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射频共振空腔推进器

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NASA鹰工厂（Eagleworks Laboratories）所建造的射频共振空腔推进器原型机

射频共振空腔推进器（英语：RF resonant cavity thruster），或称相对性推进器，是一种尚具争议性的新型态推进装置，最常见的称呼为“电磁推进器”（EmDrive、电磁驱动引擎），由英国航空太空工程师罗杰·肖耶（Roger Shawyer）发明，他在2000年创建Satellite Propulsion Research[1][2] 。这种技术可以用来促进交通工具革命，包括地面交通，海洋交通，航空和太空载具[3][4][5][6][7][8]。

至2016年底，相对性推进器研究已经逐渐进入主流科学界实验如NASA，但批评家认为相对性推进器违反动量守恒。一些科学家及美国太空总署林顿·约翰逊太空中心鹰工厂（Eagleworks）实验室，德国德累斯顿工业大学、西北工业大学已经完成原型设计。目前有一些实验观察到相对性推进器产生小型推力，但也受到其他科学家怀疑。之后对于相对性推进器的研究仍进行中，至今从未获得令人信服的物理原理或实验结果。

概念主张

科学家罗杰·肖耶提出在椎体内发射微波，微波在密闭空间内反复地反弹，进而产生的辐射压推动椎体前进。

射频共振空腔推进器原理有几种可能：

  • 量子真空凭空产生的虚粒子推动射频共振空腔推进器
  • 通过改变射频共振空腔推进器前后的时空来产生推进力
  • 微波存在更高维度，射频共振空腔推进器内部在高维空间前进
  • 马赫效应（Mach effect）：詹姆斯·伍德瓦德于1990年提出，即在加速物体所受的力中，有一部分力不会产生动能，而是转化为势能储存在物体中，使物体的静止质量出现波动，从而产生实验中观察到的推力。

研究发展

英国航空太空工程师罗杰·肖耶在2000年创建Satellite Propulsion Research，致力于相对性推进器研究。肖耶在2003年进行实验，并称相对性推进器实验产生16毫牛顿推进力。[9]

2006年，美国工程师吉多·费塔（Guido Fetta）仿照EmDrive制作出一台原型机“Cannae Drive”。同年9月8日，英国科学杂志《新科学人》以EmDrive为封面[10]，发表文章认为该装置似乎是可信的。科幻作家格雷格·伊根公开表示该文章“一味追求轰动效应，作者缺乏基本的科学知识”。格雷格·伊根的文章被美国数学物理学家约翰·拜艾兹转发在自己的部落格[11][12]。之后《新科学人》迅速发表澄清声明，并附上专家们对EmDrive持否定意见的公开信。

质疑观点

无法证实

2010年，中国西北工业大学杨涓教授带领的团队开始相对性推进器设计。2013年，杨涓制作出EmDrive原型机，并发表公布测试结果：2.5千瓦电量产生720毫牛顿推进力，实验记录比肖耶更好，达到更高功率[8][13]。杨涓注意到此结果得出的推力比同类实验大百倍，因此表示在作出更多实验前不会评论这个实验，并期望其他团队作重复其实验引证，她在接着的一次同样的实验中不能重复之前的结果，因此认为之前的实验有错误。[14]

2013年8月，美国太空总署在德州林顿·詹森太空中心对两台Cannae Drive进行为期8天的实验，并于2014年6月4日将实验结果在美国航空航天学会（AIAA）第50届联合推进大会上发表。实验数据显示，28瓦的电力产生30至50微牛顿的推力。2014年10月，肖耶在多伦多航太会议上演讲并发表论文。2015年根据英国《每日邮报》报导，美国太空总署工程师鲍尔·马尔希（Paul March）表示在高度真空中，以一输入功率50W的相对性推进器产生50μN的推力， torr and new null-thrust tests.[15]马尔希解释相对性推进器机制不是洛伦兹力或热力学。但当试图以反向测试验证时，其中一实验设备（120W RF 放大器）烧毁了，因为未能完成测试及得出实验报告。[16]

2015年7月，德国德累斯顿工业大学马丁·塔吉玛教授（Martin Tajmar）在美国航空航太学会推进和能源论坛展示EmDrive更加精密的实验结果，过程中测得微小的推力，但当把被测试的EmDrive向垂直方向旋转90°、理论上应无推力的情况下，却测得相对大得多的推力，意味着实验中存在着干扰，因此得出无法证实相对性推进器能产生推力。该团队计划在更好的磁屏蔽环境下再尝试。

2016年，中国西北工业大学杨涓的团队发表文章记述他们进行的另一次实验，当中使用较精细的设置，包括发射微波的电源在推进器内外两不同情况。结果电源在外时测得微小推力，但电源在内时却没有。因此推断在外部电源情况测得的推力是噪讯所致。[14]同年11月17日, NASA鹰工厂实验室的论文《" "Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio-Frequency Cavity in Vacuum"》 发表在同行评议期刊《推进与动力杂志》（Journal of Propulsion and Power）上。鹰工厂论文描述对EmDrive进行的测试，测试在接近真空（类似于太空）的环境下进行。他们把引擎放到一个叫做扭摆的装置上，启动引擎，然后测量它运行的距离来推算推进力的大小。他们估计，EmDrive消耗每千瓦功率能够产生1.2毫牛顿的推进力。[17]

反驳结论

2018年，德国德累斯顿工业大学太空工程研究所物理学家马丁·塔吉玛领导的团队发表独立测试结果，表明推力并非来自 EmDrive，而只是椎室内供电电线与地球磁场的电磁相互作用，因为EmDrive并没有完全屏蔽地球磁场影响的设备。[18]

参考资料

  1. ^ EmDrive.com. Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) web site. Roger Shawyer / SPR Ltd. [2021-08-09]. （原始内容存档于2015-05-06）. 
  2. ^ Satellite Propulsion Research. Aerospace Member Directory. ADS Group. [2015-05-02]. （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 [2015-05-02]. （原始内容存档于2015-05-06）. 
  4. ^ Hambling, David. Video: 'Impossible' Space Drive In Action?. Wired. Wired. 2 October 2008 [2015-05-02]. （原始内容存档于2015-05-16）. 
  5. ^ Hambling, David. 'Impossible' Device Could Propel Flying Cars, Stealth Missiles. WIred. Wired. 29 October 2009 [2015-05-02]. （原始内容存档于2015-05-03）. 
  6. ^ Hambling, David. Propellentless Space Propulsion Research Continues. Aviation Week & Space Technology. 5 November 2012 [2015-05-02]. （原始内容存档于2017-01-20）. 
  7. ^ Hambling, David. EmDrive: China's radical new space drive. Wired UK. Wired UK. 6 February 2013 [2015-05-02]. （原始内容存档于2015-04-26）. 
  8. ^ 8.0 8.1 Hambling, David. Nasa validates 'impossible' space drive. Wired UK. Wired UK. 31 July 2014 [31 July 2014]. （原始内容存档于2014-08-01）. 
  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 科技新报. [2018-06-15]. （原始内容存档于2020-12-04） （中文（台湾））. 
  10. ^ Shawyer, Roger. A Theory of Microwave Propulsion for Spacecraft (Theory paper v.9.3) (PDF). New Scientist. September 2006 [2016-09-06]. （原始内容存档 (PDF)于2017-09-07）.  参数|magazine=与模板{{cite journal}}不匹配（建议改用{{cite magazine}}或|journal=） (帮助)
  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 [2016-09-06]. （原始内容存档于2020-11-09）. 
  12. ^ Powell, Corey S. Did NASA Validate an "Impossible" Space Drive? In a Word, No.. Discover. 6 August 2014 [2014-08-06]. （原始内容存档于2014-08-08）. 
  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. （原始内容存档于2015-06-11）. 简明摘要 (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 [2016-09-15]. （原始内容存档于2018-01-28） （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 [2016-12-02]. （原始内容存档于2020-11-15）. 
  18. ^ NASA’s EM-drive is a magnetic WTF-thruster. Ars Technica. [2018-06-15]. （原始内容存档于2021-02-16） （美国英语）. 

外部链接

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