淘客熙熙

主题:三体里描述的星际发动机出现了 -- 北纬42度

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家园 任何电磁辐射都是广义上的光

微波可能更加容易控制和实现。

家园 坦率的说我不懂,不过

假定你说的正确,推力来自于电磁辐射,那么真空中推进似乎很简单,那个电磁辐射源加上反射镜就可以了?

即便这样,由于2.45GHz的频率太低,使得其能量非常低, (E=hv),别的不说,此文中的mN级别的推力绝非光辐射所产生。

这篇文章中的推力我可以想见,但我无法理解不产生如何能推进宇航器,如果不抛射“某种物质”的话。等物理学家来解惑。

家园 电磁波也是物质

2.45GHz的频率太低,使得其能量非常低, (E=hv)

这个是单个光子。总功率和频率无关。

忘记微波炉和雷达“烤鸡”了吗?

家园 我也怀疑,不过

我也怀疑,不过是这样想的

根据动量守恒,航天器所获得的动量和离开它的光子的动量应该是相同的(假设理想情况下无热量散失)。

那么离开它的光子动量可以传递给航天器的压力可以类比于光压。我记得太阳的光压是很小的,难道2500 W的微波功率是很高的亮度?初级物理知识就可以估算一下推力上限,不过现在没有时间。

当然我也就这么一想,没有计算,也许有明显的遗漏。

家园 不是说用了2500w的功率吗

如果在真空里做他们这个实验,我觉得唯一可能抛射的物质也只有光子了。

不过他们的实验是在空气里做的,这就有个问题:如果电磁辐射导致了空气的流动,那么他们测出来的实际至少包括了推动空气产生的反作用力。看那个图,如果电磁辐射足够强(2500w),把旁边的空气加热,我觉得光是空气流动产生的干扰就应该不小,不知道他们怎么解决这个问题的。

家园 还是算一下

光子能量 E=hv (miu)

光子动量 p=E/c

功率 = 单位时间辐射总能量 I=sum(E), sum :单位时间辐射所有光子

单位时间辐射总动量 P=sum(E/c) = I/c

=单位时间航天器单位时间获得总动量=d(mv)/dt = ma = F = 压力

那么

F =I/c = 2500W / c

= (2500 牛*米/秒)/(3.0*10E9 米/秒)

< 1E-6 牛 = 1微牛

哪里算错了?

家园 看wikipedia,好像物理界也有这个怀疑

http://en.wikipedia.org/wiki/EmDrive

注意analysis那部分

analysis

Any claim of a reactionless drive is treated with skepticism by the physics community, since reactionless drives violate the well-established principle of the conservation of momentum, which has enormous experimental support. Shawyer claims that his drive does not violate the conservation of momentum.[11]

Since there are no known phenomena that do not conserve energy, any calculation based on standard physical theory that predicts a violation of energy conservation almost certainly is in error. This is a non-controversial and fundamental fact regarding the mathematical structure of the theories, regardless of whether the theories themselves are or are not correct descriptions of the physical world. Accordingly, the results reported regarding the EmDrive, if true, would demonstrate that existing physical theory (or its application in engineering) is incorrect or incomplete.

The EmDrive has been compared to the previous Dean Drive, in that an oscillatory motion is set up so that it has a different effect in each direction of the stroke, in the hope that momentum transfer will differ in each direction, except in this case the oscillations are said to be electromagnetic.

Conservation of momentum is also required and maintained in Maxwell's equations, Newtonian mechanics, Special relativity and quantum mechanics (and their combination, quantum electrodynamics), so this claim cannot be valid unless these well-established physical theories are false or can be otherwise explained in terms within these existing theories.

Shawyer's calculations[12] may be in error.[4] He may have incorrectly identified the forces on the sides of the waveguide. If an error is present, it is most likely that the 'thrust' is eliminated and the drive then cannot accelerate. Despite some criticism, Shawyer has released to the public a video purportedly demonstrating that his device works.

Any dispute will be settled when independent observations are able to conclude whether or not the machine works in the way it is claimed.

家园 嘿嘿,你呀,真不科學

不科學來說凡事也要向好的想

家园 作者的理论解释在这里

虽然俺还是看不懂

外链出处

家园 2.5kw的微波,基本上就是个比较大的微波炉啊

也就是说,可以一边煮方便面(也就是论文图里的“负载”),一边星际航行。。。

家园 这种想法90年前就有了

Solar Sail

Solar Sail的原始想法是利用太阳(恒星)辐射产生的光压让飞行器向恒星系外飞行,这样飞行器就不用自带能源,前提是你能把飞行器送到大气层外。照维基百科的信息,美俄欧日都做过这方面的试验,最成功的尝试是日本航天局在2010年的那次试验。

这篇论文在solar sail的基础上再进一步,让飞行器自带能源,这样可以控制飞行方向。但是我在中学时就看到过NASA在做这方面研究的报道,所以这篇论文的作者应该不是第一个提出这类设想的人。而且我觉得这篇论文对辐射发动机优点的评论最大的问题是辐射发动机只能在远离大气层的空间起作用,从地球表面到大气层外这段距离还是要靠化学发动机。不论是火箭还是飞船携带的“庞大的推进剂储箱”其实正是在发射阶段使用的,所以不能用它来证明辐射发动机的优越性。

以70年代发射的Voyager 1 probe为例,Voyager 1本身重722公斤,把它打入空间的火箭(包括“庞大的推进剂储箱”)重600多吨。一旦被打入空间,Voyager 1的722公斤中至少有100多公斤是科学仪器,另外它还携带供科学仪器使用的发电机和核燃料、与地球的通信系统、惯性导航仪等等,所以它携带的化学推进剂最多也就只有几百公斤。虽说Voyager 1的主要动力来源是它经过的各颗行星的引力场,但是在过去30多年里Voyager 1也靠自己的动力作过多次变轨/变速运动和自身的调整以保持和地球的通信。所以要证明辐射发动机比化学发动机优越,不能拿它和600多吨的火箭比,而是要和Voyager 1本身的几百公斤的推进器/推进剂相比。我不知道辐射发动机要像Voyager 1的发动机那样工作30多年,“集成在一起的圆台微波谐振腔、微波源和负载”能否控制在几百公斤内。再说Voyager 1代表的上世纪70年代的技术水平。

家园 不能只看电力功率和推力

而要看要达到同样的推力(不论电力功率),发动机/燃料/电源/等等一共要有多少质量。我觉得“圆台微波谐振腔”这个东西不会太小(Solar sail都是几十米半径大小),所以也不会太轻。当然我也不知道怎么估计这个辐射发动机需要的重量。

家园 不会太大吧

微波炉也不大啊

家园 微波炉是不大,但是微波炉产生的辐射应该是每个方向都有的

总的momentum应该等于或非常接近0。

要让辐射产生推力,就要把光子集中到一个方向发射出去。我的理解是“圆台微波谐振腔”就是起这个作用的,不是仅仅产生微波的东西。我(没有任何根据地)怀疑这个东西从结构和材料上说不会太轻

家园 这个貌似不是太阳帆,根本就没出现帆的概念

文章里也说了,原理是一个英国人提出的,很少有人研究,肯定不是你说的那种一个中学生都知道的东西。

另外这东西的应用,除了深空探索,通信卫星也很适合这东西,当然卫星发射肯定要靠化学燃料,但通信卫星在轨道上定位以后受各种扰动经常需要发动机做微小的调姿,目前对卫星寿命的一大限制就是燃料,燃料用光了卫星就完蛋了,甚至有人设想加油卫星给通信卫星加燃料,要是可以用电就可以进行微小调姿(通信卫星上太阳能电池的电力供给一般是几到十几千瓦),对通信卫星绝对是个利好,money大大滴。。。

至于重量嘛,也不用担心,通信卫星带的燃料都是以吨计算滴,载荷倒是只占很小一部分。。。

旅行者号估计变轨的幅度不大,所以燃料不用太多,否则30年前就有这种高科技发动机,现在的只有几年寿命的通信卫星也不至于带上几吨的燃料,旅行者号的电力用的是半衰期很长的同位素核电池,不是化学燃料,自然有辐射,不绿色不环保,而且冷战结束后这种同位素的生产也断了,NASA前几年想再次使用这种同位素电池发现竟然搞不到原料。。。

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