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但仍有大量工作要做
无人机在飞行中
(图片来源:盖蒂图片社)
日本的研究人员正在使用微波为无人机的自由飞行提供动力 ， 这个项目可能会为一种新型火箭的研制铺平道路 。
目前 ， 大多数火箭是通过控制固体或液体燃料源的爆炸来产生推力的 ， 这种燃料源可占火箭总重量的90% 。 然而 ， 发表在《航天器与火箭杂志》(Journal of Spacecraft and Rockets)上的一项新研究提出了使用一种替代燃料“微波”的潜力 。
微波是一种电磁辐射 。 因此 ， 它们充满了可以转化为电能的能量 ， 就像太阳能电池板可以将阳光转化为电能一样 。 在这项新研究中 ， 研究人员通过直接向自由飞行的无人机发射微波来发电 ， 为它们提供燃料 。
“在无人机实验中 ， 微波能量从地面天线发送到无人机上的天线 。 整流器用于将射频转换为直流 ， 直流电源用于驱动无人机的电机 。 我们称之为“整流天线”(整流器+天线) ， ”这项新研究的作者之一、筑波大学的岛村航平在一封电子邮件中告诉Space 。
无人机实验搭建
无人机实验的设置 ， 包括了微波发射天线和自由飞行的无人机 。 (图片来源:岛村浩平)
以往研究微波推进时使用的是低频波 ， 但研究小组发现当频率提高时 ， 功率传输的效率也会提高 。 考虑到这一点 ， 研究小组使用高频率(28ghz)将一架0.9磅(0.4公斤)的无人机吊离了地面 。
在微波波束的正上方 ， 发射的能量使无人机能够在30秒内达到约2.6英尺(0.8米)的高度 。 岛村在一份声明中说:“我们使用了一个复杂的光束跟踪系统 ， 来确保无人机接收到尽可能多的微波功率 。 ”
在实验中 ， 发射的微波被无人机捕获的有30% ， 其中有40%被转换为电力来推进 。
相关报道:为什么微波束实验将在空军神秘的X-37B航天飞机上进行
岛村说:“这些结果表明 ， 我们需要做更多的工作来提高传送效率 ， 并严格评估这种推进方法在飞机、航天器和火箭上的可行性 。 ”“未来的研究还应该致力于改进波束跟踪系统和增加超出我们实验证明的传输距离 。 ”
尽管这项新研究展示了微波推进的潜力 ， 但这项技术在很大程度上仍处于起步阶段 ， 尤其是考虑到它在火箭飞行方面的潜在用途时 。
“我们最大的挑战是让微波跟踪火箭 ， 并且直到它到达100公里(约62英里)的高度 。 为了实现这一点 ， 需要对推力器和微波的相位进行高精度的控制 。 此外 ， 用高功率校准多个微波源的相位也是未来的一个挑战 ， ”岛村通过电子邮件告诉Space 。 “成本是一个主要问题 ， 也是一个技术挑战 。 建造一个几兆瓦的大功率源相当于建造一个核聚变发电厂 ， 并且目前发射火箭的成本非常高 。 ”
火箭(源自意大利语:rocchetto ， 点燃的 ， 'bobbin/spool')[nb 1
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是一种从火箭发动机获得推力的宇宙飞船、飞机、交通工具或发射体 。 火箭发动机排气完全是由火箭内所携带的推进燃料完成的 。 火箭发动机的工作原理是作用与反作用 ， 通过高速的向相反方向排出废气来推动火箭前进 ， 因此其可以在真空中工作 。
事实上 ， 火箭在太空真空中比在大气层中工作效率更高 。 多级火箭能够达到脱离地球的速度 ， 并且可以达到无限高的最大高度 。 与吸气式发动机相比 ， 火箭的重量轻、功率大 ， 能够产生较大的加速度 。 火箭依靠冲力、翼型、辅助反应发动机、万向节推力、动量轮、排气偏转、推进剂流动、旋转或地心引力来控制飞行 。
用于军事和娱乐的火箭至少可以追溯到13世纪的中国 。 直到20世纪 ， 重大的科学、星际和工业应用才出现 ， 当时火箭技术包括登上月球 ， 是太空时代的推动技术 。 火箭现在被用于烟花、导弹和其他武器 ， 弹射座椅、人造卫星发射工具、载人航天和太空探索 。
化学火箭是最常见的高功率火箭 ， 通常用燃料与氧化剂的燃烧产生高速气体 。 存储的燃料可以是简单的加压气体或单一液体燃料在催化剂的作用下水解(单元燃料)两种自发反应的液体接触(自燃推进剂)这是两种液体必须点燃的反应(如煤油(RP1)和液态氧在大多数液体推进剂火箭使用)燃料与氧化剂的固体组合(固体燃料) ， 或固体燃料与液体或气体氧化剂(混合推进剂系统) 。 化学火箭以一种容易释放的形式储存了大量能量 ， 这非常危险 。 不过 ， 仔细的设计、测试、施工和使用可以将风险降到最低 。
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