飞行器诞生以来,引擎技术从最早期的螺旋桨推进发展到了喷气式推技术,飞行速度也从亚音速提高到了超音速甚至高超音速,但这些依赖大气层的推进方式无法进入宇宙空间!因此科学家又发明出了火箭技术,这种自带燃料和氧化剂的发动机有着强大的推力,使探测器到达火星、木星甚至飞向太阳系外!但火箭发动机有一个致命的缺点:燃料消耗速度太快,比冲是衡量火箭对燃料利用率的一个重要指标,即使顶尖的RD-180液氧煤油机的比冲也只有338S(真空)。
为了应对漫漫宇航旅途(太阳系内就动辄上亿千米),科学家又开发出了离子电推发动机,和之前的发动机相比,这绝对是革命性的,它将燃料(汞或者氙等)离子化后在电场作用下加速到每秒上千公里速度,以最小的燃料消耗飞持续最长时间的动力飞行,现在的离子发动机已经比较大规模装在探测器上应用了,未来的载人行星探测必将大放异彩!致命缺点:必须催生一种新体制发动机尽管发动机技术一直在进步,从大气层内走向宇宙空间,从粗暴的化学燃料火箭走到了精细化利用燃料的离子电推发动机,但有一点一直都没有改变过,那就是利用燃料的高速排气动作获得飞行器向前的动力,这很容易理解,作用与反作用的牛三定律!SR-71黑鸟式侦察机的J58发动机打开加力时形成了明显的马赫环尽管排气速度越来越高,飞行器获得的速度也水涨船高,但有一个问题,燃料消耗也越来越少,比如最后的电推进发动机,不仅要使用排气用的工质,还需要电能,在太阳系土星轨道内,获得电力并不难,太阳能电池即可免费获得!木星探测器朱诺的巨大太阳能电池但问题是工质是有限的,必须从地球上带出去!比如离子发动机用的工质汞或者氙,尽管消耗远比化学燃料发动机要低,但总是要耗尽的,怎么办?新体制发动机出现1998年,Roger Shawyer设计出了一种看起来“不可能的发动机”,一个密封的锥套形铜棺,一头大,一头小,根据罗杰的说法,只要在管子内部加载微波,它们将在一个方向比另一个方向上产生压力差,从而取得向前的推力,而且它不使用任何工质,因而被称为是射频(RF)谐振腔推进器,或者称EM DRIVE。
我们的直觉认为它违反了动量守恒定律和牛顿第三定律,但没有违反能量守恒,当2001年向全球公布时,很多人第一反应就是民科,毕竟民科最喜欢干的事情就是这些看上去高大上却毫无鸟用的东西!但随着各方对其研究的深入,还真觉得有一些门道:EmDrive首创者Roger Shawyer2004年,西门子和IEE的专家对这种引擎的工作方式存在异议,理论和实验存在致命缺陷,公司对其不感兴趣,也不会寻求专利保护。
2008年,西北工业大学的杨娟教授对这种电-微波谐振腔推进器背后的电磁理论非常感兴趣,因此介入研究,并且在2010年测试了多种不同的谐振腔体对推力的贡献,据说在2500W的功率输入下获得了720毫牛的推力(没有确切