EM引擎是英文“Electromagnetic Drive”的簡稱,指的是一種全新的驅(qū)動方式——電磁驅(qū)動,,由英國工程師羅杰·肖耶2000年左右提出,。原理大致是:用電力在密閉的錐形腔內(nèi)產(chǎn)生微波,微波在腔內(nèi)來回反射,,在兩端產(chǎn)生的推力差即可作為飛行器前進的動力,,太陽能提供電力來維持微波的運動。
EM引擎再次吸引了航天迷們的眼球,。
這一次,,NASA(美國國家航空航天局)發(fā)布了經(jīng)過同行評審的EM引擎(EM Drive)論文。評論稱,,這表示其實驗結(jié)果以及整個論證過程都得到了同行專家們的認可,,意義重大,。這篇題為《真空中對來自閉合射頻腔的脈沖推力的測量》的論文已發(fā)表在美國航空航天學會(AIAA)期刊上,,并于12月印刷出版,。
“各國科研機構(gòu)近幾年陸續(xù)開展了對EM引擎的一系列長期,、反復的試驗,,這次NASA發(fā)表的試驗結(jié)果,,可以說是再次確認了該技術(shù),?!敝袊臻g技術(shù)研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部陳粵博士告訴科技日報記者,。他也首次披露了中國空間技術(shù)研究院科研人員在EM引擎研發(fā)上的最新進展,。
2000年左右,,英國工程師羅杰·肖耶提出EM引擎這一概念時就飽受質(zhì)疑,因為它似乎違反了牛頓第三定律,?;鸺招枰七M力,然而,,EM引擎的外界沒有任何作用力,,“憑空”產(chǎn)生了前進的推動力。
羅杰·肖耶等人試圖從不同角度解釋其產(chǎn)生推力的原理,,但均未被廣泛認可,。正因此,這一聽起來就很玄幻的技術(shù)很長時間沒有引起主流學術(shù)圈的注意,。直到中國西北工業(yè)大學航天學院的楊涓教授開始跟蹤這一技術(shù),。公開資料顯示,從2008年開始,,楊涓將該技術(shù)引入正規(guī)學術(shù)領域開展研究,,發(fā)表了關(guān)于EM引擎及其相關(guān)試驗的論文。
此后,,廣為人知的是NASA約翰遜航天中心專注于前沿推進技術(shù)的研究團隊“鷹工廠”的試驗結(jié)果,。他們對兩臺推進器進行了為期8天的實驗,并于2014年6月4日將實驗結(jié)果以論文的形式在AIAA第50屆聯(lián)合推進大會上發(fā)表,。實驗數(shù)據(jù)顯示,,在28瓦微波功率的作用下,產(chǎn)生了30—50微牛(1毫牛=1000微牛)的推力,。
因當時其試驗條件并非真空,, 這篇文章曾受到外界質(zhì)疑。此次最新發(fā)表的論文,,正是該團隊完善試驗后,,在真空中完成的推力測試的結(jié)果。數(shù)據(jù)顯示,,在最大80瓦的微波功率輸入時,,最大測到推力約124微牛,。相比之下,同樣是無工質(zhì)的太陽帆,,每千瓦只能產(chǎn)生6.67微牛的推力,。
“除了NASA,國際上還有幾個團隊在進行這方面的研究,,如羅杰·肖耶本人,,美國Cannae公司,以及德國德累斯頓工業(yè)大學等,,德國這個團隊2015年也發(fā)表了一篇會議論文,,結(jié)論跟NASA的類似?!标惢浾f,。
陳粵團隊從2010年開始正式開展EM引擎研究。該團隊依靠經(jīng)典電磁場理論分析和計算,,開展了推力器腔體設計,。通過分析計算,研究人員認為該推力的產(chǎn)生,,來自電磁場在特定設計的諧振腔體里產(chǎn)生的不均衡分布,,因此該技術(shù)不需要傳統(tǒng)工質(zhì),實際上是使用了電磁場對物質(zhì)的作用力,,也符合經(jīng)典力學定律,。
“我們已研制成功幾種規(guī)格的多臺原理樣機,建立了實驗驗證平臺,,完成了毫牛級微推力測量試驗,,通過幾年來的重復試驗及相應的干擾因素排查試驗,確認該類型推力器的推力存在,?!标惢浗榻B,他們已完成了可用于飛行試驗的試驗裝置研制,,正在開展在軌驗證,。
“這項技術(shù)目前處于原理驗證階段的后期,后繼目標是使該技術(shù)盡快在衛(wèi)星工程領域?qū)嶋H應用,,但還有很多攻關(guān)工作要做?!敝袊臻g技術(shù)研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部總設計師李峰說,,目前原理樣機體積大,推力較小,,需要特殊的工程方法,,優(yōu)化腔體設計,,提高腔體品質(zhì)因數(shù),減小損耗,,將微波能量更有效用于產(chǎn)生推力,。目前測到的推力是微牛級至毫牛級,至少要提高到百毫牛級甚至牛級才能用于衛(wèi)星的姿控,、變軌等工作,。
他具體解釋道,從原理驗證到工程應用,,還需解決目前原理樣機推力小,、推功比低、推力器難以長時間穩(wěn)定工作,、推力器布局,、應用策略等一系列工程問題,如果這些工程問題都得以解決,,EM引擎的工程化應用將使航天推進技術(shù)產(chǎn)生跨代式飛躍,。這些技術(shù)問題,雖然有很大難度,,但是在工程上是可以解決的,。
李峰透露,陳粵團隊依托國家相關(guān)項目支持,,正在開展工程應用的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),,爭取5年內(nèi)實現(xiàn)工程應用,“我們已調(diào)集了微波,、結(jié)構(gòu),、熱控、電力電子,、星載電子系統(tǒng)等相關(guān)專業(yè)力量,,全力來做這件事,雖然難度很大,,但我們有信心做成,。”
據(jù)報道,,NASA下一步也將開展太空實驗,,記者就此相關(guān)問題發(fā)出采訪函,截至發(fā)稿時尚未收到回復,。從與NASA關(guān)系密切的美國Cannae公司官網(wǎng)可以看到,,該公司已經(jīng)啟動了EM引擎技術(shù)的飛行試驗計劃,計劃于2018年發(fā)射一顆6U立方星驗證該技術(shù)。