希望破滅！最有希望的無工質推進引擎，被科學家判了死刑

2020-11-13 星辰大海路上的種花家

無工質推進引擎EmDrive可能是進入二十一世紀以來人類最大的發動機原理突破，它只需要輸入電能，即可產生源源不斷的推力，它不再需要工質的支持，省去了大量作為推進反作用力的工質！

從2003年問世以來，已經過去十幾年，當大家覺得這種發動機逐漸發展成熟並且不久將飛上天時，了解EmDrive原理與測試進度的紐約州立大學石溪分校的保羅·薩特給了大家當頭一棒，他認為這種引擎已經徹底失敗！

EmDrive到底是什麼東西，它的原理是怎麼樣的？

2001年時英國航太工程師Roger Shawyer（羅傑·肖）發現了一種神奇的引擎，主體是一個微波發生器和一個純銅的錐形反射腔，據羅傑·肖稱，只要在空腔內部射入微波，就能在空腔底部方向上產生推力！他在2003年試驗時，產生了16毫牛頓的推力！

羅傑·肖

這項技術公開後引起了軒然大波！為什麼會這樣呢？因為在大家的認知中，動量守恆就像能量守恆一樣，它是無法被推翻的，比如現代交通工具，無論是汽車、飛機還是火箭，其前進原理都是動量守恆，儘管汽車會告訴你是摩擦力，但真正起作用還是作用與反作用力！

螺旋槳飛機將空氣向後拉，噴氣式飛機則向後噴氣，而飛向宇宙的火箭就更明顯了，直接衝燃燒室裡引出熾熱的火焰噴向後方，飛行器前進的速度也很容易算出來，向後排出的質量和速度乘積等於前進的速度和質量乘積，所以現代飛行器都挖空心思的提高排氣速度，引出設計衝壓發動機，氫氧發動機等等！

但現在有一種發動機居然可以不使用物質拋射，直接驅動飛行，這實在讓人匪夷所思，儘管它看起來動量不守恆，但還是滿足能量守恆定律，這讓科學家鬆了口氣！既然那麼神奇，那就研究一下吧！

EmDrive發展史

與其說是發展史，不如說就是驗證史！因為這個引擎的消息被傳開後，各國相關領域的科學家都紛紛驗證，其中就有我國西工大的楊涓教授，2010年楊教授帶領的團隊製作了EmDrive原型機，並且在真空下取得了2.5千瓦/720毫牛的推力！

可能很多朋友認為這毫牛是不太小了，但事實上如果真的可以達到這個推力，那麼分分鐘將全面替代現在衛星上如火如荼的離子發動機，因為這效率對於空間推進的發動機來說實在是太優秀了！而且它不需要工質，而在土星軌道以內，只要有太陽能電池，那就有遠遠不斷的電能，你說這誘惑力有多大？

但比較可惜，楊教授也沒有重複出720毫牛的實驗結果，因此她認為此前的試驗存在問題，此後就不太有消息了。

NASA加入驗證團隊

2013年NASA在德州林頓·詹森太空中心對兩臺Cannae Drive進行為了期8天的實驗，並於2014年6月4日將實驗結果在美國航天航空學會（AIAA）第50屆聯合推進大會上發表。實驗數據顯示，28瓦的電力產生30至50微牛頓的推力

似乎這個數據和楊教授的有些類似，NASA工程師鮑爾·馬爾希稱Em Drive的推進機制並不是洛倫茲力，而在2015年7月，德國德勒斯登工業大學的馬丁教授在同樣測試時，測得了極其微小的推力，然而馬丁教授將其旋轉一個90度後，卻測得了一個更大的推力，這讓馬丁教授相信，實驗一定有某種幹擾，而且這個幹擾還有方向。

2016年楊娟團隊發表論文稱，電源和引擎同時置於測試臺上時有推力，但如果分離就沒有推力！2018年德國德勒斯登工業大學的馬丁教授得到了同樣的結果，因此馬丁教授發表論文稱，Em Driv的推力來自供電線路切割地球磁場的磁力線所致，這就解釋了不同方向上推力不同的問題。

所以紐約州立大學石溪分校的保羅·薩特在談到該引擎的未來時，他的評價是「可以繼續做夢！」。

飛向星辰大海，我們還有哪些引擎可以使用？

當然我們並不能將這種看似「異想天開」，卻有很多科學原理在內的設想，大膽假設，小心求證，以開放的科學態度來對這種有理有據，能證偽的方式提出的種種方法，現代科學的發展就有很多就是建立在現有結果，再有理論的基礎上的！

當然這些探索過程並不耽誤人類的星辰大海事業的展開，就像哥倫布和達伽馬的環球航行，不都是揚帆起航嗎？現在有了各種推進引擎，這樣的人反而少了！那麼從現在開始飛向火星，有能用的發動機嗎？

有哪些現在就能用的發動機？

其實我們的選擇還真不多，火箭發動機是必然的，如果人類要飛向火星，那麼可能是上面級作為脫離地球軌道的推力，要麼飛船自身的不拋棄部分火箭提供推力，比如阿波羅登月飛船！

阿波羅登月飛船屁股後面的大火箭發動機

化學燃料火箭比衝比較低，無法長時間工作，因此人類前往火星的時間至少也得半年，而且下一次回來時還得2年之後，因為2年火星和地球才靠近一次，這化學燃料得省著用！

另一種能用的就是離子推進火箭了，比較流行的有兩種，一種靜電式推，另一種是電磁式，利用的都是加速帶電粒子向後排氣的原理。前者離子排出速度很高，比衝極高，但靜電柵極的限制無法限制排氣密度，所以它推力很小，適合人造衛星提升軌道！

靜電加速離子發動機

另一種電磁式則比較容易提高增加密度，增加推力，但比衝降低（同樣質量的燃料用的時間少了），這種發動機比較適合載人火星探測或者木星等探測，至於所謂的比鄰星，還是算了吧，電磁式離子推進發動機（比如霍爾電推）成熟後，木星軌道內玩玩還是可以了！柯伊伯帶去一下估計也比較勉強！

如果要恆星際探索，必須要開發新體制發動機，比如核聚變引擎，甚至曲速引擎，當然後者就科幻了，核聚變引擎至少還能畫出大餅，而曲速引擎，還不知道在哪層天上飛！

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