超越NASA? 天宮二號(hào)測(cè)試無(wú)燃料EM引擎， 10周可達(dá)火星 | 解析
導(dǎo)語(yǔ)：中國(guó)天宮二號(hào)在太空測(cè)試了EM引擎，超過(guò)了NASA，EM引擎究竟是什么神器？
EM引擎是英文“Electromagnetic Drive”的簡(jiǎn)稱，指的是一種全新的驅(qū)動(dòng)方式——電磁驅(qū)動(dòng)。美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）完成了全新的EM引擎的試驗(yàn)，并且發(fā)表了論文論證。但是中國(guó)卻在天宮二號(hào)上進(jìn)行了太空測(cè)試，目前此方面處于領(lǐng)先地位。此次中國(guó)在這項(xiàng)研究上的突破性進(jìn)展，引起了外媒極大的關(guān)注。
EM引擎是什么神器？
最近，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）完成了全新的EM引擎的試驗(yàn)，并且發(fā)表了論文論證。這篇題為《真空中對(duì)來(lái)自閉合射頻腔的脈沖推力的測(cè)量》的論文已發(fā)表在美國(guó)航空航天學(xué)會(huì)（AIAA）期刊上，并于12月印刷出版。論文中介紹了NASA雄鷹工作實(shí)驗(yàn)室（Eagleworks Laboratories）開展的一系列成功測(cè)試。論文作者稱，他們已經(jīng)打造了一臺(tái)能順利運(yùn)行的EmDrive引擎原型機(jī)。EmDrive引擎無(wú)需燃料，據(jù)說(shuō)只需10周便能將人類送到火星上。
NASA雄鷹工作實(shí)驗(yàn)室的EmDrive引擎
EmDrive引擎最初由英國(guó)研究人員羅杰·肖耶爾（Roger Shawyer）于2000年左右提出。EmDrive引擎的原理是，讓光子微波在密閉的錐體內(nèi)部反彈，從而在錐體較細(xì)的一端產(chǎn)生推力，推動(dòng)宇宙飛船向前飛行。但從牛頓的運(yùn)動(dòng)學(xué)第三定律來(lái)看，這是不可能實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槿魏芜\(yùn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生大小相等的反作用力，而EmDrive引擎不會(huì)向外噴射任何廢料。（可以聯(lián)想一下火箭，它們就是通過(guò)高速噴出氣體和其它物質(zhì)獲得前進(jìn)的推力的。）
EmDrive引擎的一款原型機(jī)
由NASA約翰遜航空中心的哈羅德·懷特（Harold “Sonny” White）帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)的確檢測(cè)到了微弱的推力。在這項(xiàng)最新研究中，研究人員對(duì)該設(shè)備在真空中的表現(xiàn)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)“前進(jìn)時(shí)、后退時(shí)和靜止時(shí)的推力數(shù)據(jù)顯示，該系統(tǒng)可以產(chǎn)生每千瓦1.2毫牛頓（正負(fù)波動(dòng)0.1）的推力，十分接近該系統(tǒng)在空氣中運(yùn)行的平均性能”。懷特與同事們?cè)谡撐闹兄赋�，這一推力高達(dá)太陽(yáng)帆的100多倍。與太陽(yáng)帆類似，EmDrive引擎不需要任何推進(jìn)劑，采用該推進(jìn)系統(tǒng)的宇宙飛船可通過(guò)太陽(yáng)能帆板產(chǎn)生所需的微波。因此，EmDrive引擎可以大大降低太空旅行的成本，提高飛行速度，幫助我們更好地探索宇宙。
中國(guó)EM引擎研究上處于領(lǐng)先地位
從2010年開始，中國(guó)和美國(guó)都在這個(gè)EM引擎研究上投入巨大人力物力。最近，中國(guó)宣稱取得了一項(xiàng)關(guān)鍵的突破。
中國(guó)空間技術(shù)研究院（CAST）商業(yè)航天技術(shù)中心主任陳粵博士于2016年12月10日首次向外披露，中國(guó)現(xiàn)在不僅在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證了無(wú)燃料引擎EmDrive的技術(shù)，同時(shí)，進(jìn)行了原理性驗(yàn)證，試驗(yàn)在軌道的零重力環(huán)境中開展。據(jù)國(guó)際商業(yè)時(shí)報(bào)報(bào)道，中國(guó)在天宮二號(hào)測(cè)試了該電磁驅(qū)動(dòng)的引擎。
天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室已于2016年9月15日22時(shí)04分09秒在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功。這是中國(guó)第一個(gè)真正意義上的太空實(shí)驗(yàn)室，搭載了空間冷原子鐘等14項(xiàng)應(yīng)用載荷，配備在軌維修技術(shù)驗(yàn)證裝置、機(jī)械臂操作終端在軌維修試驗(yàn)設(shè)備等空間科學(xué)及技術(shù)試驗(yàn)，包括EM引擎測(cè)試。
中國(guó)的深空探測(cè)計(jì)劃
未來(lái)，深空探測(cè)是中國(guó)太空科學(xué)研究的重要計(jì)劃，包括觀測(cè)火星、金星、小行星，以及太陽(yáng)和木星。EM引擎將使深空探測(cè)任務(wù)變得更容易操作。
雖然EM引擎可能比沖較低，但是在深空間中由于缺乏重力和摩擦，允許它以足夠的時(shí)間加速到高速，甚至從低功率水平開始。 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能取決于腔體材料（以減少由腔壁吸收的EM損失）和溫度，這可以影響電磁場(chǎng)，這表明由超導(dǎo)材料制成的未來(lái)的EM引擎將具有很高的性能指標(biāo)。 宇宙飛船或衛(wèi)星還必須從頭開始設(shè)計(jì)，以最大限度地提高EM驅(qū)動(dòng)器的工作效率。 值得注意的是，EM引擎也可能易受空間天氣變幻無(wú)常的輻射影響，因此EM引擎在天宮二號(hào)上的概念證明測(cè)試是十分重要的。
EM引擎是深空探測(cè)的理想選擇，因?yàn)樗鼈兿思佑偷男枰�，甚至也不需要�?chǔ)存燃料所需的重量和空間，從而簡(jiǎn)化了后勤和設(shè)計(jì)。 在理論上，所有航天器都需要一個(gè)EM引擎作為動(dòng)力能源，像太陽(yáng)能或反應(yīng)堆，為從火星任務(wù)到機(jī)器人探測(cè)器超出太陽(yáng)系提供能源。 EM引擎的使用還將使得衛(wèi)星更小更高效，因?yàn)樗鼈兛梢圆恍枰糜跈C(jī)動(dòng)的消耗空間的化學(xué)推進(jìn)器。
這種系統(tǒng)的應(yīng)用（如果它實(shí)際上證明是可行的）是很多的。如果中國(guó)能夠在其衛(wèi)星上安裝EM引擎用于軌道機(jī)動(dòng)和高度控制，它們將變得更便宜和更持久。 中國(guó)空間科學(xué)研究院的商業(yè)衛(wèi)星設(shè)計(jì)師李峰表示，目前的EM引擎只有一位數(shù)毫牛的推力，用于軌道調(diào)整; 中型衛(wèi)星需要0.1-1牛頓。功能性的EM引擎還將為小行星帶之外的遠(yuǎn)距離中國(guó)星際探測(cè)器開辟新的可能性，同時(shí)釋放載人航天器中的燃料所占據(jù)的質(zhì)量，用于其他用品和設(shè)備，以建造月球和火星基地。 在軍事方面，EM引擎還可以用于創(chuàng)造更隱秘，更持久的中國(guó)監(jiān)視衛(wèi)星。
