【科學科普】飛往星辰大海靠什麼?唯一靠譜的無工質推進引擎,原來只是一場夢

天空之城 2020/12/22 檢舉 我要評論

現在人類到地球以外的空間活動,依靠的主要就是化學燃料火箭,顯而易見,化學燃料火箭只能夠帶領人類在家門口領略一下宇宙之美,而並不能帶領人類飛往遙遠的星辰大海。

以土星五號運載火箭為例,它的總重量達到了3000噸以上,而其在近地軌道的有效運載能力僅有118噸,而在月球軌道的運載能力則為45噸,運載效率如此之低,不需多言,我們也能夠明白,這種東西是走不遠的。

要想飛往遙遠的星辰大海,哪怕是能夠在太陽系自由飛翔,我們都需要一種新的推進裝置,而無工質推進引擎一直以來都被科學家們視為最靠譜的科幻夢。什麼是無工質推進引擎呢?我們現在所使用發動機,無論是航空領域,還是航太領域,都是工質發動機,而無工質發動機是與工質發動機截然不同的。

火箭也好、飛機也好,它們之所以能夠移動,本質上都是利用了動量守恆原理。

這些航天器和航空器,通過燃料燃燒來向後噴射物質,依靠作用力與反作用使自身向前推進。在這裡通過燃燒向後噴射的物質就被稱之為工作物質,簡稱工質。

要借助於作用力與反作用力使自身向前推進,就必須要以工作物質為媒介,現有的發動機都是利用了這一原理,所以被稱為工質發動機,而無工質發動機顧名思義,就是不需要借助於工作物質,就能夠產生向前的推力。這可能嗎?當然可能,至少曾經認為是可能的。

無工質引擎的概念,最早是由英國研究員羅傑·肖耶於2001年所提出的,這個概念一提出就在世界范圍內引起了科學家們的廣泛關注,在此後的十多年時間裡,在世界各地有大量的科學家和科研團隊投入到了相關課題的研究之中,也曾取得了不小的成果。

羅傑·肖耶的無工質推進引擎,從表面上來看似乎並不複雜,由兩個主要部分構成:一個錐形外殼,這實際上是一個反射腔,還有一個微波發生器。

原理是這樣的:微波發生器發射微波,微波就會在反射腔的底部方向上產生一個推力。這個概念是在2001年提出的,兩年之後,也就是2003年,羅傑·肖耶就進行了實驗,實驗結果是產生了16毫牛的推力,而這個實驗原型機的名字就叫做EmDrive。

羅傑·肖耶的實驗結果一出,頓時就像炸開了鍋,因為這並不需要工質發動機所遵循的動量守恆定律。自此之後,世界各國科學家們都開始了類似的研究。

人們幾乎相信了無工質推進引擎的問世只是一個時間問題。再好的夢,也終有醒來的一天,擊碎這場美夢的是來自於德國德累斯頓工業大學的馬丁教授,馬丁教授在實驗過程中將實驗裝置旋轉了90度,所得到的推力陡然增大。

在2018年的時候,馬丁教授終於做出了一個結論,無工質推進引擎EmDrive的內在原理其實是電磁感應,也就是說推力的產生實際上是源於引擎的自供電線路切割地球磁場線的結果。

馬丁教授的結論一出,人們立刻明白了,為什麼實驗裝置的方向會影響到推力的大小,既然無工質推進引擎EmDrive的內在原理是切割地球磁場線,那麼很顯然,它是無力帶我們飛往遙遠的星辰大海的。

曾經最為靠譜的無工質推進引擎,最終也被證實為一場美夢,難道無工質推進引擎就真的不可行嗎?就現在而言,這是一個無法回答的問題。雖然現在無法確定無工質推進引擎是否有實現的可能,但人類並不會一直被困鎖在地球周圍。

因為在可預見的未來,我們會擁有比化學動力發動機更為強大的動力推進裝置,比如核聚變發動機,雖然可控核聚變技術目前還處於研究的初級階段,但科學家們普遍認為這項技術將會在百年內得以實現。

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