中國領先世界的「反重力引擎」究竟有多科幻?7周就能送你上火星

撰文 | 雲風 圖源 | Internet

"反重力引擎"這麼高大上的名字，聽起來是不是有一種「極度科幻」的感覺？

不過雖然聽上去挺科幻的，中國目前還真的在"反重力引擎"上取得了重大突破，甚至極有可能已經反超美國，達到了世界領先水平。

其實嚴格來說，目前的"反重力引擎"並不算是真正意義上的"反重力技術"，它真正的名字叫"EmDrive"，直譯為中文應該叫"電磁驅動"，有時也被稱為"電磁噴射引擎"、"無燃料EM引擎"或「無工質微波推力器」。

相較於傳統的噴射引擎，它只是不依靠火焰噴射，而依靠電磁波來產生推進力而已。但不知為何，國外的科學家總是用「Anti-Gravity（反重力）」來形容這種有別於傳統噴射引擎的驅動模式，於是才有了「反重力引擎」這麼一個科幻的稱謂。

既然是從英文翻譯成中文的，就說明它並不是中國「土生土長」的技術——實際上，EmDrive的理論最初被提出於英國；最早取得突破性進展的是美國；最後卻出人意料地被中國彎道超車了。

但無論哪個國家，研究EmDrive的目的無非都是為了給空間飛行器尋找新的推進器，以達到更快的飛行速度，旨在為未來的深空探測計劃架橋鋪路。

按照理論預計，EmDrive一旦正式投入使用，能讓太空飛行器在10周之內就抵達火星，而依靠傳統噴射引擎則需要6-7個月。這速度看上去是如此的誘人，也難怪航天大國們會爭相投入研究了。

值得一提的是，美國和中國都不約而同地在2016年時，曝出了各自對於"EmDrive"的研究進展。

美國方面：

NASA在2016年12月出版的《美國航空航天學會（AIAA）》期刊上，發表了一篇名為《真空中對來自閉合射頻腔的脈衝推力的測量》的論文，介紹了位於 "雄鷹工作實驗室(Eagleworks Laboratory)"中的"EmDrive"測試機，以及它在真空環境中的測試報告。

中國方面：

中國國家航天局（Cast）通信衛星部的總設計師李峰，在2016年12月10日召開的一次新聞發布會上向各國記者證實，中國的研究團隊於2010年開始投入"電磁噴射引擎"的研究，並且已經開發出了低軌道太空測試設備，它被安裝在2016年9月15日發射的「天宮二號」空間實驗室上，在太空進行了初步測試。

這意味著同在2016年時，美國的"電磁噴射引擎"還關在真空實驗室中；中國的「EmDrive」已經拉開了太空測試的序幕。

但也不可否認，中美雙方或英國、德國、俄羅斯等任何投入「EmDrive」研究的國家，統統都還停留在理論驗證階段，距離正式投入使用還「路漫漫其修遠兮」，要說誰領先誰也不過五十步笑百步罷了。

說出來你可能不信，這玩意兒還真跟"51區的外星人"扯上了一丁點關係。

當然，我這麼說也並不意味著EmDrive這項技術與外星人有關，因為就主流觀點而言，51區本身就跟外星人無關。

關於"51區在秘密研究外星人"這一說法，支持者和反對者一直在網絡上爭論不休，無數人試圖利用手中的鍵盤來"證明"這一事件的真實性。

譬如下圖這位眼神充滿邪氣的英國小夥。

加裡·麥金農 | 英國

這是一個脾氣特犟的年輕人，無論官方或反對者如何"曉之以理，動之以情"，他就是堅定地認為：隨便你們怎麼解釋，俺就是不信51區沒有研究外星人。

於是他也同其他人一樣 "毫不猶豫"地舉起了手中的鍵盤，試圖以一己之力粉碎美軍的遮遮掩掩。

你別看這傢伙一臉的間諜氣質，長得就像個高端黑客一樣，實際上……他還真就是全球公認的"世界頭號黑客"。

這個叫加裡·麥金農(Gary McKinnon) 的英國人，大概是所有質疑美軍在51區裡跟外星人搞事情的狂熱者當中，鍵盤玩兒得最溜的一位了。

同樣想用鍵盤來證明51區有外星人，你只會在網上碼字跟人爭論，而他卻在2000年-2001年間，利用家裡的一臺只配備了56k數據機的電腦，輕而易舉地黑入了美國陸軍、海軍、空軍、五角大樓以及NASA的整整97處網絡系統，「拜讀」了大量絕密資料，簡直令美軍計算機網絡安全防禦機制"顏面盡失"。

拿加裡·麥金農自己的話來說："進入美軍的計算機網絡就像逛花園一樣簡單。"

美軍官員也將該事件稱為"迄今為止全球最嚴重的軍用計算機入侵事件"。

其實對於美軍而言，機密網絡被人當成花園逛只是很丟臉而已，倒也沒什麼大不了的，真正的嚴重之處在於，麥金農在"逛花園"的同時還很不自覺地順走了不少"紀念品"，其中就包括了與51區的研究項目有關的絕密信息——碟形飛行器的照片，以及「反重力引擎」的一些圖紙和資料（也就是前面提到的"EmDrive"）。

然而諷刺的是，加裡·麥金農只精通於網絡技術，對物理學一竅不通，看見這些匪夷所思的東西之後，他個人的判斷是：人類造不出這樣的物體。

言下之意便是"EmDrive"是來自於外星人的技術，那些資料也被他毫無保留地曝光在了網絡上。

更加諷刺的是，EmDrive的技術不僅跟外星人沒有任何關係，細說起來還是加裡·麥金農的本家——英國工程技術學會特許工程師羅傑·肖耶爾（Roger Shawyer）在2000年提出的理論。

它是利用電磁反應產生推力來驅動飛行器的"無燃料驅動技術"，所以它的英文全稱叫做——

Electromagnetic Drive

Electromagnetic| 電磁Drive | 驅動

兩個絲毫也不科幻的單詞，對嗎？合起來就是一句簡潔明了的"電磁驅動"。

要說科幻，EmDrive遠遠比不上NASA的另一個研究項目——"IXS企業號（IXS Enterprise）"上使用的"阿庫別瑞引擎"，也就是常說的"曲速引擎"。這玩意兒都涉及到時空扭曲了，EmDrive還在玩兒電磁噴射。

提到曲速引擎，很多人可能會立刻想起著名的"哈羅德·懷特（HaroldWhite）"，他是NASA詹森航空中心的物理學家，"IXS企業號"曲速飛船正是他帶領的團隊重點研究的項目。

無獨有偶的是，哈羅德·懷特也參與了EmDrive的研究。但這是美國人的事情，咱就不展開詳細討論了，何況在"反重力引擎"這件事情上他們還落後於咱祖國。

不過中國的研究人員似乎不太喜歡"反重力引擎"這個誇誇其談的名字，更習慣稱它為「無工質微波推力器」，或"電磁噴射引擎"。

坦白講，我不喜歡「無工質微波推力器」這麼文縐縐的名字，所以我們在後文中不妨就用"電磁噴射引擎"這個通俗點的名稱來稱呼它吧。

中國的"電磁噴射引擎"。

講到中國，就又要提到加裡·麥金農這位"世界頭號黑客"了。

當初，加裡·麥金農把美國的EmDrive資料"偷"出來四處散布之後，全世界人民全都看見了，中國人自然也不例外。

於是乎，中國電子科技集團第38研究所（CETC38）的一位名叫程翔宇的技術人員，在2008年發表了一篇名為《美國反重力飛行器工作原理及技術瓶頸淺析》的文章，對美國的EmDrive技術進行了一番剖析。

在該文章的引言中有下面這麼一句能氣死美國政府的話：

本文從51、52區獲得的一些信息以及英國黑客加裡麥金農獲取的有關美國反重力器的一些資料入手，結合電磁爆發相關原理，分析了美國反重力器的基本結構和功能組成。

單憑這句話，估計美國政府已經恨不得把加裡·麥金農先凌遲一遍，再五馬分屍了。

從這個意義上來說，「51區的外星人」還真對中國的"電磁噴射引擎"起到了一定的助推作用，畢竟加裡·麥金農是為了尋找外星人的證據才把這些資料黑出來的嘛。

不過，真正把"電磁噴射引擎"引入正式研究的倒不是程翔宇，也不是中國電子科技集團第38研究所，而是西北工業大學航天學院的楊涓教授；以及中國空間技術研究院的陳粵博士。

楊涓教授研究的學科就是"航空宇航推進理論與工程"，而研究方向正是"空間電推進"，包括無工質微波推力器、電子迴旋共振離子推力器。

楊涓教授從2010年開始發表有關無工質微波推力器（電磁噴射引擎）的論文，與此同時，中國空間技術研究院的陳粵團隊也從2010年開始，在政府的資助下正式展開了電磁噴射引擎的研究。

前文已經說過，在2016年時，中國的研究團隊已經承認開發出了EmDrive原型機，並公布了測試結果：目前只能產生幾毫牛的推力，對於軌道與姿態控制而言，需要將推力提高至100毫牛～1牛頓（1000毫牛）。

不過，網上也有大量文章表示，楊涓教授於2013年曾發表過一篇論文，稱2.5千瓦的電量產生了720毫牛頓（約72克）的推進力。但我沒有找到這篇論文，這一信息真假不明。

我只找到了一篇她於2011年6月9日發表的名為《無工質微波推力器推力測量實驗》的論文，裡面有這麼一句話：

我不知道劃紅線的字看不看得清楚，這句話的原文如下：

基於經典電磁學理論建立的無工質微波推進系統可以產生淨推力；當微波源輸出2.45GHz，80-2500W的微波功率時，推力器產生的推力分布在70-720mN範圍內，測量總誤差小於12%。

我個人覺得，「2.5千瓦的電量產生了720毫牛頓」這個說法，極有可能是從這句話中斷章取義而來，不能完全當真。

至於電磁噴射引擎的詳細技術參數，我在這裡顯然是講不出來的：一方面，它本身就是尚處於研究中的技術；另一方面，這些信息在任何國家都沒有被完全公開。

不過它的大致原理還是可以提一提的。

由磁控管產生的微波能量,經過調整進入一個封閉,錐形波導腔體內,其外形，電長度讓工作微波產生了共振。電磁波的群速度在錐體大端高於錐體細端，因此錐體的大端輻射壓力高於錐體細端，這導致了輻射壓力差等於(Fg1 -Fg2)乘以諧振腔品質因數Q。這個壓力差遵守經典洛倫茲力方程：F=q(E+v×B)

這段話你能看懂算我輸，但沒關係，我們可以「說人話」來解釋一下。

注意：上圖這個「簡陋」的玩意兒是英國的原型機，不是中國的。

從上圖的原型機外形可以看出，電磁噴射引擎是一個"完全密閉的椎形體"，它的提出者羅傑·肖耶爾認為，可以利用電力在這個密閉的錐形腔內產生大量微波，微波會在錐體內部不停地反彈，從而不斷「衝撞」椎體的兩端。

在這個過程中，椎體較細的一端受到的「衝撞力」會小於較粗的一端，於是兩端就有了推力差，如此一來，錐體較細的一端就會產生「推力」，推動飛行器向較粗的一端前進。

至於產生微波的電力，可以依靠太陽能來提供，因此這種引擎不需要消耗任何燃料就能推動飛船前進。

這一運作原理聽上去就類似於一大堆桌球在一個密閉的錐形圓筒裡來回反彈，從而撞擊著圓筒不斷朝一個方向前進。

可是這裡存在著一個讓全球科學家們至今也頭疼不已的矛盾：

讓微波在腔體內部來回反彈，來獲得單一方向的推力，這種驅動方式聽上去完全違背了牛頓第三運動定律——想像一下，一大堆桌球在密閉的車廂裡不停地反彈，有可能推動車廂朝一個方向運動嗎？

但凡有點高中物理常識的人都會認為，這簡直就是天方夜譚嘛。

這種思路跟下圖這玩意兒簡直就是如出一轍。

正因如此，這種驅動方式在剛提出時，並未受到主流科學的認可。

然而詭異的是，世界各國的研究團隊在真空環境中對大量原型機進行過多次測試，結果卻表明它確實就在錐體較細的一端平白無故地產生了推力。

這種本不該存在的推力究竟是怎麼冒出來的呢？

目前有一種解釋是地球磁場與真空室內的電線產生相互作用的結果。

換言之，並不是內部的微波反彈讓這個密閉的椎體產生了推力，而是地球磁場這一外在因素導致的某種虛假的"推力"，這一解釋也得到了部分科學家的認可。

或許這也正是三年前，"天宮二號"會把設備帶到太空軌道去測試的原因吧——如果真是地球磁場幹擾了測試結果，在太空中測試自然不會與地面測試受到同等幹擾了——當然，這只是我的個人猜測，不能當真。

而中國空間技術研究院的研究人員則認為：該推力的產生，來自電磁場在特定設計的諧振腔體裡產生的不均衡分布，因此該技術實際上是使用了電磁場對物質的作用力，也符合經典力學定律，也就是前面提到的經典洛倫茲力方程：F=q(E+v×B)。

實際上，"測試機中檢測到的推力究竟從何而來"正是世界各國目前正在努力攻克的難關。說白了就是事實證明推力確實存在，但大家都在拼命驗證對於推力來源的各種假設是否正確，因為找不出推力的真正來源就不知道如何讓推力得到增強。

根據中國空間技術研究院通信衛星事業部總設計師李峰的說法：這項技術目前處於原理驗證階段的後期，後繼目標是使該技術儘快在衛星工程領域實際應用，但還有很多攻關工作要做。

對於電磁噴射引擎的未來發展前景如何，看來也只能由時間來回答了。

最後說點題外話："電磁噴射引擎"是用於太空飛行器的推進器，並且至今還處於理論驗證階段，與前陣子舉辦的"2019天津直升機博覽會"上展出的那臺神似UFO的"超級大白鯊"武裝直升機模型並沒有任何關係。

"超級大白鯊"武裝直升機是採用了"翼身融合（BWB）設計"的"空氣動力直升機"，它是依靠傳統的槳葉驅動的，只是主旋翼被隱藏在機體內部而已。換言之，它仍然是依靠空氣動力學設計而成的傳統直升機，而非突破新技術的"反重力飛碟"。

況且它還只是一個空有外殼的模型而已，連起落架都是墊的泡沫箱子。

所以"電磁噴射引擎"和"超級大白鯊"武裝直升機絕對不能混為一談。