(圖片來源:蓋蒂圖片社)

　　日本的研究人員正在使用微波為無人機(jī)的自由飛行提供動(dòng)力，這個(gè)項(xiàng)目可能會(huì)為一種新型火箭的研制鋪平道路。

　　目前，大多數(shù)火箭是通過控制固體或液體燃料源的爆炸來產(chǎn)生推力的，這種燃料源可占火箭總重量的90%。然而，發(fā)表在《航天器與火箭雜志》(Journal of Spacecraft and Rockets)上的一項(xiàng)新研究提出了使用一種替代燃料“微波”的潛力。

　　微波是一種電磁輻射。因此，它們充滿了可以轉(zhuǎn)化為電能的能量，就像太陽能電池板可以將陽光轉(zhuǎn)化為電能一樣。在這項(xiàng)新研究中，研究人員通過直接向自由飛行的無人機(jī)發(fā)射微波來發(fā)電，為它們提供燃料。

　　“在無人機(jī)實(shí)驗(yàn)中，微波能量從地面天線發(fā)送到無人機(jī)上的天線。整流器用于將射頻轉(zhuǎn)換為直流，直流電源用于驅(qū)動(dòng)無人機(jī)的電機(jī)。我們稱之為“整流天線”(整流器+天線)，”這項(xiàng)新研究的作者之一、筑波大學(xué)的島村航平在一封電子郵件中告訴Space。

　　無人機(jī)實(shí)驗(yàn)的設(shè)置，包括了微波發(fā)射天線和自由飛行的無人機(jī)。(圖片來源:島村浩平)

　　以往研究微波推進(jìn)時(shí)使用的是低頻波，但研究小組發(fā)現(xiàn)當(dāng)頻率提高時(shí)，功率傳輸?shù)男室矔?huì)提高?？紤]到這一點(diǎn)，研究小組使用高頻率(28ghz)將一架0.9磅(0.4公斤)的無人機(jī)吊離了地面。

　　在微波波束的正上方，發(fā)射的能量使無人機(jī)能夠在30秒內(nèi)達(dá)到約2.6英尺(0.8米)的高度。島村在一份聲明中說:“我們使用了一個(gè)復(fù)雜的光束跟蹤系統(tǒng)，來確保無人機(jī)接收到盡可能多的微波功率?！?/p>

　　在實(shí)驗(yàn)中，發(fā)射的微波被無人機(jī)捕獲的有30%，其中有40%被轉(zhuǎn)換為電力來推進(jìn)。

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　　島村說:“這些結(jié)果表明，我們需要做更多的工作來提高傳送效率，并嚴(yán)格評估這種推進(jìn)方法在飛機(jī)、航天器和火箭上的可行性?！薄拔磥淼难芯窟€應(yīng)該致力于改進(jìn)波束跟蹤系統(tǒng)和增加超出我們實(shí)驗(yàn)證明的傳輸距離?！?/p>

　　盡管這項(xiàng)新研究展示了微波推進(jìn)的潛力，但這項(xiàng)技術(shù)在很大程度上仍處于起步階段，尤其是考慮到它在火箭飛行方面的潛在用途時(shí)。

　　“我們最大的挑戰(zhàn)是讓微波跟蹤火箭，并且直到它到達(dá)100公里(約62英里)的高度。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要對推力器和微波的相位進(jìn)行高精度的控制。此外，用高功率校準(zhǔn)多個(gè)微波源的相位也是未來的一個(gè)挑戰(zhàn)，”島村通過電子郵件告訴Space?！俺杀臼且粋€(gè)主要問題，也是一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)。建造一個(gè)幾兆瓦的大功率源相當(dāng)于建造一個(gè)核聚變發(fā)電廠，并且目前發(fā)射火箭的成本非常高?！?/p>

　　火箭(源自意大利語:rocchetto，點(diǎn)燃的，'bobbin/spool')[nb 1][1]是一種從火箭發(fā)動(dòng)機(jī)獲得推力的宇宙飛船、飛機(jī)、交通工具或發(fā)射體?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)排氣完全是由火箭內(nèi)所攜帶的推進(jìn)燃料完成的?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理是作用與反作用，通過高速的向相反方向排出廢氣來推動(dòng)火箭前進(jìn)，因此其可以在真空中工作。

　　事實(shí)上，火箭在太空真空中比在大氣層中工作效率更高。多級火箭能夠達(dá)到脫離地球的速度，并且可以達(dá)到無限高的最大高度。與吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)相比，火箭的重量輕、功率大，能夠產(chǎn)生較大的加速度?；鸺揽繘_力、翼型、輔助反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)、萬向節(jié)推力、動(dòng)量輪、排氣偏轉(zhuǎn)、推進(jìn)劑流動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或地心引力來控制飛行。

　　用于軍事和娛樂的火箭至少可以追溯到13世紀(jì)的中國。直到20世紀(jì)，重大的科學(xué)、星際和工業(yè)應(yīng)用才出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)火箭技術(shù)包括登上月球，是太空時(shí)代的推動(dòng)技術(shù)。火箭現(xiàn)在被用于煙花、導(dǎo)彈和其他武器，彈射座椅、人造衛(wèi)星發(fā)射工具、載人航天和太空探索。

　　化學(xué)火箭是最常見的高功率火箭，通常用燃料與氧化劑的燃燒產(chǎn)生高速氣體。存儲(chǔ)的燃料可以是簡單的加壓氣體或單一液體燃料,在催化劑的作用下水解(單元燃料),兩種自發(fā)反應(yīng)的液體接觸(自燃推進(jìn)劑),這是兩種液體必須點(diǎn)燃的反應(yīng)(如煤油(RP1)和液態(tài)氧,在大多數(shù)液體推進(jìn)劑火箭使用),燃料與氧化劑的固體組合(固體燃料)，或固體燃料與液體或氣體氧化劑(混合推進(jìn)劑系統(tǒng))。化學(xué)火箭以一種容易釋放的形式儲(chǔ)存了大量能量，這非常危險(xiǎn)。不過，仔細(xì)的設(shè)計(jì)、測試、施工和使用可以將風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

吉林龍航無人機(jī)科技服務(wù)有限公司，成立于2016年2月，公司是一家以無人機(jī)研發(fā)生產(chǎn)、民用無人機(jī)駕駛員培訓(xùn)、無人機(jī)行業(yè)應(yīng)用服務(wù)、青少年航空科普教育為主營業(yè)務(wù)的《國家級高新技術(shù)企業(yè)》，現(xiàn)在長春和沈陽擁有超過100萬平米專用無人機(jī)飛行空域、2000平米無人機(jī)實(shí)訓(xùn)教室、超過100架的各類型無人機(jī)，可滿足各行業(yè)的無人機(jī)培訓(xùn)及應(yīng)用需求。

編輯：周佳慧

審核：周  爽