电磁引擎在英语中是“电磁驱动”的简称,指的是一种全新的驱动方式——电磁驱动。美国国家航空航天局(美国航天局)已经完成了一个新的电磁发动机的测试,并发表了一篇论文来演示它。然而,中国已经对天宫二号进行了空间试验,目前在这方面处于领先地位。这一次,中国在这方面的突破引起了外国媒体的极大关注。

电磁引擎是什么东西?

最近,美国国家航空航天局(美国航天局)完成了一个新的电磁发动机的测试,并发表了一篇论文来演示它。题为“真空中封闭射频腔脉冲推力的测量”的论文发表在《美国航空航天学会杂志》(AIAA)上,并于12月出版。本文介绍了美国国家航空航天局Eagleworks实验室进行的一系列成功试验。作者说,他们已经建立了一个可以顺利运行的原型电子驱动引擎。EmDrive发动机不需要燃料,据说能够在10周内将人类送上火星。

美国宇航局鹰工作实验室的发动机

电磁驱动发动机最初是由英国研究员罗杰·肖伊尔在2000年左右提出的。电磁驱动引擎的原理是让光子微波在一个封闭的圆锥体中反弹,从而在圆锥体的较薄一端产生推力,推动航天器前进。然而,从牛顿的运动学第三定律来看,这是不可能的,因为任何运动都会产生相等的反作用力,而且电动车驱动引擎不会向外喷射任何废料。(想想火箭,它利用高速气体和其他物质来获得向前的推力。)

电子驱动引擎的原型

由美国宇航局约翰逊航空中心的哈罗德“桑尼”怀特领导的研究小组确实探测到了一个微弱的推力。在这项最新的研究中,研究人员测试了设备在真空中的性能,发现“向前、向后和静止时间的推力数据显示,系统可以产生每千瓦1.2毫牛顿的推力(正负波动为0.1),这非常接近系统在空气中的平均性能”。怀特和他的同事在论文中指出,这一推力是太阳帆的100多倍。与太阳帆类似,电磁驱动发动机不需要任何推进剂,采用推进系统的航天器可以通过太阳帆产生所需的微波。因此,电子驱动引擎可以大大降低太空旅行的成本,提高飞行速度,帮助我们更好地探索宇宙。

中国在电磁发动机研究方面处于领先地位

自2010年以来,中国和美国在电磁发动机研究方面投入了巨大的人力和物力。最近,中国宣布了一项重大突破。

中国空间技术研究院商用空间技术中心主任陈悦博士于2016年12月10日首次向公众披露,中国不仅在实验室对非燃料发动机电子驱动技术进行了验证,还进行了原理验证。测试是在轨道的零重力环境中进行的。据《国际商业时报》报道,中国在天宫二号上测试了电磁驱动发动机。

天宫二号空间实验室于2016年9月15日22: 04: 09在酒泉卫星发射中心成功发射。这是中国第一个真正的太空实验室,承载14个应用负载,如太空冷原子钟。它配备了空间科学和技术测试,如在轨维护技术验证装置和用于机械手操作终端的在轨维护测试设备,包括电磁发动机测试。

中国的深空探测计划

未来,深空探测是中国空间科学研究的一项重要计划,包括对火星、金星、小行星、太阳和木星的观测。电磁引擎将使深空探测任务更容易操作。

尽管电磁发动机的比冲可能较低,但由于缺乏重力和深层空间的摩擦,即使从低功率水平起动,也允许发动机在足够长的时间内加速到高速。发动机的性能取决于空腔材料(以减少空腔壁吸收的电磁损耗)和温度,这可能会影响电磁场,表明未来超导材料制成的电磁发动机将具有非常高的性能指标。航天器或卫星也必须从头开始设计,以最大限度地提高电磁驱动器的效率。值得注意的是,电磁发动机也可能容易受到变幻莫测的太空天气的影响,因此天宫二号上电磁发动机的概念证明测试是非常重要的。

电磁发动机是深空探测的理想选择,因为它们不需要加油,甚至不需要储存燃料的重量和空间,因此简化了后勤和设计。理论上,所有的宇宙飞船都需要一个电磁引擎作为动力源,比如太阳能或反应堆,来提供太阳系以外的能量,从火星任务到机器人探测器。电磁发动机的使用也将使卫星变得更小、更有效,因为它们可能不需要消耗空间的化学推进器来操纵。

该系统有许多应用(如果实践证明可行)。如果中国能够在卫星上安装电磁发动机用于轨道机动和高度控制,它们将变得更加便宜和耐用。中国空间科学研究院的商业卫星设计者李冯说,目前的电磁发动机只有一位数的毫牛顿推力来调整轨道。中型卫星需要0.1牛顿。该功能性电磁引擎还将为中国在小行星带之外的长距离星际探测开辟新的可能性,同时释放载人飞船中燃料所占的质量,用于建造月球和火星基地的其他供应和设备。在军事方面,电磁引擎也可以用来制造更加隐秘和耐用的中国监视卫星。