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不用燃料70天飞到火星 这技术太科幻

    发布时间:2016-09-07  文章来源:北京时间

2015 年 7 月,美国宇航局对外宣布发现了一颗“迄今为止最像地球的行星”。虽说当大家冷静下来之后发现所谓的“第二个地球”其实是想太多,但人们对于新的宜居星球的关注度确实提高了。然而无论我们发现多少类似的存在,都伴随着一个让人沮丧的信息 —— 该行星距离地球 N 光年。这就意味着以现有的技术,在燃料限制的范围内是绝不可能到达的。


美国一家名为 Cannae 的公司不久前突然宣布,他们所研发的“Cannae Drive”作为即将开始测试。Cannae Drive 将不携带任何推进剂,但它在测试中将要把一个鞋盒大小的立方体卫星送入高达 240 公里的低地轨道中。届时卫星将展开为期六个月的工作,主要为了测试轨道推进技术。

要将什么东西送上太空,我们肯定马上会想到火箭这种利用反推力来获得动力的航天器。就目前来说这种技术可行性最高,但效率也很低。如果说 Cannae 公司的技术真有其事而且得以实现,那么现有的航天业将被彻底颠覆。根据该公司的说法,利用他们的技术,从地球到火星只需要 10 个星期的时间 —— 我们知道地球到火星最近也有 5500 万公里,传统的技术需要大概七个月的时间。


其实 Cannae Drive 所用的技术并不能够算是新鲜事物,它所用的原理可以追溯到 16 年前,英国科学家罗杰·索耶(Roger Shawyer)提出的微波推进器 EmDrive。

EmDrive 和我们常见的火箭发动机完全不同,它不需要任何的推进剂,依靠燃烧来推动航天器前进。罗杰·索耶的理念是将电力转化为微波,这些微波光子随后被发射进一个倒圆锥状的封闭金属腔中。当这些微波光子击打在金属腔较宽的那一段时,就会导致较窄的那一段朝着相反的方向加速。

索耶的 EmDrive 理念一经提出,立刻遭到了大量的质疑,因为在批评者们看来,这种构想甚至连最基本的动量守恒法则都无法遵守。因此,如果想要让 EmDrive 朝着一个方向产生推力是不可能的,必须要有推进剂朝着一个方向被排放出去,但这个装置确实一个封闭系统。

索耶则反驳说,考虑到狭义相对论,EmDrive 事实上仍然遵循动量守恒。它带来的相对效应在腔体的两端产生了辐射压力差,使得装置能够朝一个方向前进。在科学家们的努力下,人们最终还是证明了这种微波推进器是可行的。

有趣的是,因为 EmDrive 基于的理论看上去实在太荒唐,索耶的绝大部分工作在西方被忽视,而认真对待这些研究成果的却是中国的科学家。2008 年来自国内的研究小组接受挑战,发表了一系列基于理论和实验结果的论文。2012 年他们成功制造出了利用这个原理的设备,用电力的输入换来了动力的输出。在那之后,NASA 离经叛道的 Eagleworks 实验室经过测试,对人们原先的质疑提出了积极的修正。有趣的是,该实验室测试的数个装置原型中,有两个正是 Cannae 公司打造的。

那么我们今天的主角 Cannae Drive 呢?它基于另一位科学家吉多·费塔(Guido Fetta,他正是 Cannae 公司的 CEO)的研究成果。费塔和索耶两人走上了两条不同的研究之路,不过 Cannae Drive 同样有着一个不对称腔体,但它的形状比 EmDrive 要更扁平一些。根据费塔本人的说法,Cannae Drive 和 EmDrive 非常相似,但还牵涉到了洛伦兹力的不平衡(洛伦兹力指磁场对运动电荷的作用力)产生推力,从而实现让航天器前进的目的。

有趣的是,费塔提出的新办法看上去像是一个改进方案,但索耶却认为他的 EmDrive 比 Cannae Drive 更好。索耶认为,因为带电粒子会在腔体内衰减,Cannae Drive 产生的推力会比 EmDrive 要小得多。


吉多·费塔表示,Cannae Drive 目前最为实际的好处是它能够用来发射小型人造卫星。因为不需要推进剂,整个的装置也就可以更小、更轻、耗能更少了。

对于低空卫星来说,推进剂本身就是一个很大的局限,因为卫星要频繁产生推力来抵消大气阻力,让它自己维持好轨道。推进剂本身就占据了整个卫星重量的一半。太阳能面板虽然能够提供能量,但当推进剂耗尽后它就完全没用了。

EmDrive 概念的提出者罗杰·索耶则相信,这个技术将会彻底改变整个航天业,甚至有望缓解能源危机和气候变化的问题,因为未来发射卫星和航天飞机不再需要大量的燃料。另外,微波推进也有助于延长卫星的寿命。

如果通过这个突破能够将更多的卫星送上太空,那么它们就可以用来收集太阳能,甚至作为对抗全球变暖的“护盾”。就和上文所说的那样,该技术可以大幅提高宇宙航行的速度。索耶表示,未来浮空汽车甚至可以成为可能。


Cannae Drive 一经宣布,不少人都以为传说中的“曲速引擎”近在眼前,无论多远的距离那都不是事儿。可惜的是,微波推进技术理论上确实能够大幅提高星际航行的速度,但那距离科幻电影里所描述的无论多少光年都近在眼前还是太遥远。

事实上正如吉多·费塔所说,目前这个技术仍然在测试阶段,而且也只能尝试先把一个很小的卫星送上太空,等待实验成功之后再进行下一步的计划。无论是 Cannae Drive 还是 EmDrive,NASA 都还没有对这两个技术进行官方确认。业界人士称,NASA 和其他的研究小组很可能还需要经过更多的测试,才能够真正开始认真看待这项技术。

EmDrive 的缔造者罗杰·索耶也没有闲着。据了解,他已经和某英国航天公司达成合作,打造下一代的 EmDrive 技术。据了解,如果研究成功,新的推进器将产生比现有任何推进装置都要多很多个数量级的推力。未来很光明,道路很漫长,希望我们今生有缘得见。

 


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