EmDrive就是不会死
2018年，当DARPA为有争议的EmDrive提供资金时，这看起来像是一场豪赌。许多物理学家对这次革命性的太空运动不屑一顾，认为这只是一门伪科学。DARPA在今年2月告诉大众机械公司，现在它的EmDrive项目已经为第二阶段开了绿灯。与此同时，其他团队希望在今年晚些时候完成这项技术的最终演示。
英国普利茅斯大学地球测量学讲师、美国国防部高级研究计划局(DARPA)EmDrive项目负责人迈克·麦卡洛克(Mike McCulloch)表示，这是一项可以改变太空旅行的技术，可以看到飞船悄悄地从发射台上升空，并延伸到太阳系之外。“我们还可以在(漫长的)人类寿命内，90年后，向半人比邻星发射一艘无人探测器。”
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“基于理论模型的性能预测导致了新的推进器设计，这些新的设计可能有助于为未来的开发和测试活动提供信息，”DARPA的一位发言人告诉“大众机械”(Popular Mechanical)。
随着两项正在进行的研究严格测试EmDrive的“不可能性”，这一围绕着天文工程界20多年的有争议的驱动力距离生死存亡的时刻只有几个月的时间了。
最初的EmDrive由罗杰·肖耶(Roger Shawyer)于1998年建造，是一个密封的铜管(如上图所示)，一端比另一端更宽。根据Shawyer的说法，如果你在管子内反射微波，它们在一个方向上比在另一个方向上施加更大的力，在不需要任何推进剂的情况下产生净推力。
根据传统物理学，这是不应该发生的。简而言之，像拟议的EmDrive这样的封闭系统应该不会产生推力。但包括NASA的Eagleworks(正式名称为先进物理推进实验室，旨在探索新技术)和中国西安的一个团队在内的几个研究小组进行了尝试，并获得了相同的结果，即一个小但不同的净力量。
批评家们认为实验结果肯定是错的，而麦卡洛克则认为我们只是还不了解物理学。
麦卡洛克发展了量化惯性(QI)理论，解释了这种效应以及它如何帮助人类进行太空旅行。麦卡洛克在过去18个月的大部分时间里一直在磨练这一理论，并在实验室检查其预测与结果如何匹配。
西班牙马德里的何塞·路易斯·佩雷斯·迪亚兹(Jose Luis Perez Diaz)和德国德累斯顿的马丁·塔马尔(Martin Tajmar)正在进行该项目的实验部分。Tajmar证实，他计划在2021年2月发表两篇论文，一篇是关于“普通”微波EMDrives的，另一篇是关于基于激光的EMDrives的。在实验方面，Tajmar仍在努力消除所有可能的误差源。
“我们仍在改善我们的余额，测试仍在继续，”Tajmar说。“尤其是，我们正在努力进一步减少磁场与环境的相互作用，这是我们在之前的测试中发现的主要副作用。”
当被问及他是否可能对之前的测试中看到的明显推力有其他解释时，塔伊马尔只说“等待论文…”。
麦卡洛克的预测之一是，推力既可以用光，也可以用微波。迪亚兹在马德里进行了一项实验，用2000次缠绕的不对称光纤环来验证这一假设，他称之为光子环。
与微波版本一样，不对称性才是最重要的。赛车经历不同的力取决于它绕过的弯道有多大，根据QI的说法，光线绕过不同曲率的弯道也会产生类似的效果。迪亚兹发现，通过光子环传递激光脉冲会产生足够的净力来移动它。
在迪亚兹建造和测试了这个仪器后，他把它送到了塔伊马尔位于德累斯顿的实验室，对推力进行了验证和精确测量，今年夏天正在进行这项工作。麦卡洛克说，推力似乎在1到4微牛顿之间-恰好是他的理论预测的量。
这种设备的优点是，光纤比需要精密加工的铜腔便宜得多，安装和测试也容易得多。一旦设计完善，世界各地的物理实验室应该可以制作自己的光子环路，并亲眼看到效果。
最大的挑战是准确测量如此低的推力水平，因为实验误差可能会严重扭曲结果。麦卡洛克认为，这一问题可以在下一阶段得到解决。通过将推力方程输入优化软件，McCulloch设计了一种比Shawyer最初的驱动器效率高数千倍的驱动器。这种设计的一端有一系列的尖刺--麦卡洛克说，他们以巴特·辛普森的尖尖头发的名字给它起了个绰号--巴特·辛普森(Bart Simpson)。
目前的设计计算出，1千瓦功率的推力约为0.012牛顿(相当于回形针或葡萄干的重量)，类似于用于操纵卫星的驱动器。但麦卡洛克相信，他们至少可以做得更好几倍，实验将证明这一点。
“巴特驱动器应该能提供0.012 N/kW的功率，与工业离子驱动器相当，但没有推进剂，这使得它们很重，寿命有限，”麦卡洛克说。“如果我们能在不需要推进剂的情况下提供0.1N/kW(大约是现有推进器的8倍)，那么卫星公司会非常感兴趣，我希望这是让这项技术腾飞的门槛。”
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比现有的太空驱动器产生更多推力的工作EmDrive将是革命性的，但McCulLouch的QI理论在物理学上是不被接受的-甚至不是很接近。
症结在于动量守恒定律，即在封闭系统内动量保持不变。这就是为什么你实际上不能靠你的靴子把自己拉起来的原因。这一结果在过去的一个世纪里一直是坚实的，并为绝大多数科学家所接受。
这就是为什么大多数评论家不把EmDrive当真，一些人嘲笑它，说“魔法太空独角兽”提供推力，或者说“EmDrive，更像BS Drive”。科学的重量在他们这边，需要一些相当戏剧性的东西来取代它。
康涅狄格大学先进推进系统专家Brice Cassenti同意普遍观点，认为EmDrive似乎不可信，因为它违反了动量守恒定律。
卡森蒂告诉Popular Mechanical：“只有锥形天线发出的电磁波才能提供动量变化，才能提供力，而力太小了几个数量级。”他认为，EmDrive在DARPA中的经久不衰的人气是因为它提供了承诺。
卡森蒂说：“许多热心的人愿意相信，这是一种可以用来摆脱已知物理原理对空间推进系统的限制，并让人类向恒星航行敞开大门的方法。”
卡森蒂认为，探索新的和具有挑战性的概念是重要的，但考虑到提供的无限多样性，他更喜欢那些有已知物理学支持的概念。
卡森蒂说：“在我看来，将工程努力投资于满足已知物理原理的现有途径，并逐步在新的途径上建立科学供工程师探索，总是更好的。”
不管是真是假，DARPA并不是唯一一个在研究这项技术的机构。
麦卡洛克还在与加利福尼亚州的一个财团洽谈，这些财团正在创建自己的地平线驾驶实验。这个组织包括南加州大学(University Of Southern California)和一个组织，他只允许将该组织描述为一家“大型航空公司”。他们的目标是“发自内心”地演示这种效果，这样，与微推力演示不同，任何看到它的人都会相信。麦卡洛克说，结果应该在本月公布。
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就连美国海军也一直在涉足这一领域。他们的研究人员之一，塞尔瓦托·塞萨尔·派斯，最近为一种带有锥形谐振腔和微波发射器的太空驱动器申请了一项专利，该发射器与EmDrive非常相似。海军拒绝讨论这项工作。
也有其他的玩家。21世纪初，来自西安西北工业大学的中国研究人员是最早对肖耶的工作感兴趣的人，他们发表了一些科学论文，概述了他们显然进展迅速的情况。有一系列媒体表示，他们正准备在2016年在太空测试他们的驱动器，但自那以后，一切都保持沉默。
DARPA项目的当前阶段将持续到2021年5月，除非有切实的结果，否则该项目可能会以失败告终。二十年后，对EmDrive的最终裁决即将到来。
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