射頻共振空腔推進器

射頻共振空腔推進器(RF resonant cavity thruster)或稱相對性推進器是一種尚具爭議性的新型態推進裝置,最常見的稱呼為「電磁推進器」(EmDrive、電磁驅動引擎),由英國航空太空工程師Roger Shawyer發明,他在2000年創建Satellite Propulsion Research[1][2] 。這種技術可以用來促進交通工具革命,包括地面交通,海洋交通,航空太空載具[3][4][5][6][7][8]

NASA鷹工廠(Eagleworks Laboratories)所建造的射頻共振空腔推進器原型機

至2016年底,相對性推進器研究已經逐漸進入主流科學界實驗如NASA,但批評家認為相對性推進器違反動量守恆。一些科學家及美國太空總署林顿·约翰逊太空中心鷹工廠(Eagleworks)實驗室,德國德勒斯登工業大學、西北工業大學已經完成原型設計。目前有一些實驗觀察到相對性推進器產生小型推力,但也受到其他科學家懷疑。目前相對性推進器研究正在進行中,仍沒有令人信服的物理原理出現。2017年 NASA將進行太空實驗。

歷史编辑

英國航空太空工程師Roger Shawyer在2000年創建Satellite Propulsion Research,致力於相對性推進器研究。Shawyer在2003年進行實驗,並稱相對性推進器實驗產生16毫牛頓推進力。[9]

2006年,美國工程師Guido Fetta仿照EmDrive製作出一台原型機「Cannae Drive」。

2006年9月8日,英國科學雜誌新科學人》以EmDrive為封面[10],發表文章認為該裝置似乎是可信的。科幻作家格雷格·伊根公開表示該文章「一味追求轟動效應,作者缺乏基本的科學知識」。格雷格·伊根的文章被美國數學物理學家約翰·拜艾茲轉發在自己的部落格[11][12]。之後《新科學人》迅速發表澄清聲明,並附上專家們對EmDrive持否定意見的公開信。

2010年,中國西北工業大學楊涓教授帶領的團隊開始相對性推進器設計。2013年,楊涓製作出EmDrive原型機,並發表公布測試結果:2.5千瓦電量產生720毫牛頓推進力,實驗記錄比Shawyer更好,達到更高功率[8][13]。楊涓注意到此結果得出的推力比同類實驗大百倍,因此表示在作出更多實驗前不會評論這個實驗,並期望其他團隊作重複其實驗引證,她在接著的一次同樣的實驗中不能重複之前的結果,因此認為之前的實驗有錯誤。[14]


2013年8月,美國太空總署在德州林頓·詹森太空中心對兩台Cannae Drive進行為期8天的實驗,並於2014年6月4日將實驗結果在美國航天航空學會(AIAA)第50屆聯合推進大會上發表。實驗數據顯示,28瓦的電力產生30至50微牛頓的推力。

2014年10月,Roger Shawyer在多倫多航太會議上演講並發表論文。

2015年根據英國《每日郵報》報導,美國太空總署工程師鮑爾·馬爾希(Paul March)表示在高度真空中,以一輸入功率50W的相對性推進器產生50μN的推力, torr and new null-thrust tests.[15]馬爾希解釋相對性推進器機制不是洛伦兹力(Lorentz force)或熱力學。但當試圖以反向測試驗證時,其中一實驗設備(120W RF 放大器)燒毀了,因為未能完成測試及得出實驗報告。[16]

2015年7月,德國德勒斯登工業大學Martin Tajmar教授在美國航空航太學會推進和能源論壇展示EmDrive更加精密的實驗結果,過程中測得微小的推力,但當把被測試的EmDrive向垂直方向旋轉90°、理論上應無推力的情況下,卻測得相對大得多的推力,意味著實驗中存在著干擾,因此得出無法證實相對性推進器能產生推力。該團隊計劃在更好的磁屏蔽環境下再嘗試。

2016 年,中國西北工業大學楊涓的團隊發表文章記述了他們進行的另一次實驗,當中使用了較精細的設置。包括了發射微波的電源在推進器內外兩不同情況。結果電源在外時測得了微小推力,但電源在內時卻沒有。因此推斷在外部電源情況測得的推力是噪訊所致。[14]

2016年11月17日, NASA鷹工廠實驗室的論文《" "Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio-Frequency Cavity in Vacuum"》 發表在同行評議期刊《推進與動力雜誌》(Journal of Propulsion and Power)上。鷹工廠論文描述了對 EmDrive進行的測試,測試在接近真空(類似於太空)的環境下進行。他們把引擎放到一個叫做扭擺的裝置上,啟動引擎,然後測量它運行的距離來推算推進力的大小。他們估計,EmDrive消耗每千瓦功率能夠產生1.2毫牛頓的推進力。[17]

2018年,德國德勒斯登工業大學太空工程研究所物理學家Martin Tajmar領導的團隊發表獨立測試結果,表明推力並非來自 EmDrive,而只是椎室內供電電線與地球磁場的電磁相互作用,因為EmDrive並沒有完全屏蔽地球磁場影響的設備。[18]

原理编辑

科學家Roger Shawyer提出在椎體內發射微波,微波在密閉空間內反復地反彈,進而產生的輻射壓推動椎體前進。

射頻共振空腔推進器原理有幾種可能:

  • 量子真空憑空產生的虛粒子推動射頻共振空腔推進器
  • 通過改變射頻共振空腔推進器前後的時空來產生推進力
  • 微波存在更高維度,射頻共振空腔推進器內部在高維空間前進
  • 馬赫效應(Mach effect):詹姆斯·伍德瓦德於1990年提出,即在加速物體所受的力中,有一部分力不會產生動能,而是轉化為勢能儲存在物體中,使物體的靜止質量出現波動,從而產生實驗中觀察到的推力。

參考資料编辑

  1. ^ EmDrive.com. Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) web site. Roger Shawyer / SPR Ltd. 
  2. ^ Satellite Propulsion Research. Aerospace Member Directory. ADS Group. (原始内容存档于2014-07-09). 
  3. ^ Hambling, David. Chinese Say They're Building 'Impossible' Space Drive. Wired. Wired. 24 September 2008. 
  4. ^ Hambling, David. Video: 'Impossible' Space Drive In Action?. Wired. Wired. 2 October 2008. 
  5. ^ Hambling, David. 'Impossible' Device Could Propel Flying Cars, Stealth Missiles. WIred. Wired. 29 October 2009. 
  6. ^ Hambling, David. Propellentless Space Propulsion Research Continues. Aviation Week & Space Technology. 5 November 2012. 
  7. ^ Hambling, David. EmDrive: China's radical new space drive. Wired UK. Wired UK. 6 February 2013. 
  8. ^ 8.0 8.1 Hambling, David. Nasa validates 'impossible' space drive. Wired UK. Wired UK. 31 July 2014 [31 July 2014]. 
  9. ^ 10 週就能把人送上火星的 EmDrive 引擎,是偽科學還是世紀大發現?. TechNews 科技新報. [2018-06-15] (中文(台灣)). 
  10. ^ Shawyer, Roger. A Theory of Microwave Propulsion for Spacecraft (Theory paper v.9.3) (PDF). New Scientist. September 2006. 
  11. ^ Egan, Greg. Baez, John C. , 编. A Plea to Save New Scientist. The n-Category Café (a group blog on math, physics and philosophy). 19 September 2006. 
  12. ^ Powell, Corey S. Did NASA Validate an "Impossible" Space Drive? In a Word, No.. Discover. 6 August 2014 [2014-08-06]. 
  13. ^ Brady, David A.; White, Harold G.; March, Paul; Lawrence, James T.; Davies, Franck J. Anomalous Thrust Production from an RF Test Device Measured on a Low-Thrust Torsion Pendulum. 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. American Institute of Aeronautics and Astronautics. 30 July 2014 [31 July 2014]. doi:10.2514/6.2014-4029. Lay summary (PDF)NASA (30 July 2014). 
  14. ^ 14.0 14.1 Yang, Juan; Liu, Xian-chuang; Wang, Yu-quan; Tang, Ming-jie; Luo, Li-tao; Jin, Yi-zhou; Ning, Zhong-xi. Thrust Measurement of an Independent Microwave Thruster Propulsion Device with Three-Wire Torsion Pendulum Thrust Measurement System. Journal of Propulsion Technology. February 2016, 37 (2): 362–371 (中文). 
  15. ^ Wang, Brian. Update on EMDrive work at NASA Eagleworks. NextBigFuture. 6 February 2015 [2016-09-15]. (原始内容存档于2016-03-15). 
  16. ^ Wang, Brian. NASA Emdrive experiments have force measurements while the device is in a hard vacuum. NextBigFuture. 7 February 2015 [2016-09-15]. (原始内容存档于2015-02-08). 
  17. ^ NASA Eagleworks. Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio-Frequency Cavity in Vacuum. AIAA ASSOCIATION. 17 November 2016. 
  18. ^ NASA’s EM-drive is a magnetic WTF-thruster. Ars Technica. [2018-06-15] (美国英语). 

外部連結编辑