EM引擎是英文“Electromagnetic Drive”的簡(jiǎn)稱，指的是一種全新的驅(qū)動(dòng)方式——電磁驅(qū)動(dòng)，由英國工程師羅杰·肖耶2000年左右提出。原理大致是：用電力在密閉的錐形腔內(nèi)產(chǎn)生微波，微波在腔內(nèi)來回反射，在兩端產(chǎn)生的推力差即可作為飛行器前進(jìn)的動(dòng)力，太陽能提供電力來維持微波的運(yùn)動(dòng)。
EM引擎再次吸引了航天迷們的眼球。
這一次，NASA（美國國家航空航天局）發(fā)布了經(jīng)過同行評(píng)審的EM引擎（EM Drive）論文。評(píng)論稱，這表示其實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及整個(gè)論證過程都得到了同行專家們的認(rèn)可，意義重大。這篇題為《真空中對(duì)來自閉合射頻腔的脈沖推力的測(cè)量》的論文已發(fā)表在美國航空航天學(xué)會(huì)（AIAA）期刊上，并于12月印刷出版。
“各國科研機(jī)構(gòu)近幾年陸續(xù)開展了對(duì)EM引擎的一系列長(zhǎng)期、反復(fù)的試驗(yàn)，這次NASA發(fā)表的試驗(yàn)結(jié)果，可以說是再次確認(rèn)了該技術(shù)。”中國空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部陳粵博士告訴科技日?qǐng)?bào)記者。他也首次披露了中國空間技術(shù)研究院科研人員在EM引擎研發(fā)上的最新進(jìn)展。
2000年左右，英國工程師羅杰·肖耶提出EM引擎這一概念時(shí)就飽受質(zhì)疑，因?yàn)樗坪踹`反了牛頓第三定律。火箭升空需要推進(jìn)力，然而，EM引擎的外界沒有任何作用力，“憑空”產(chǎn)生了前進(jìn)的推動(dòng)力。
羅杰·肖耶等人試圖從不同角度解釋其產(chǎn)生推力的原理，但均未被廣泛認(rèn)可。正因此，這一聽起來就很玄幻的技術(shù)很長(zhǎng)時(shí)間沒有引起主流學(xué)術(shù)圈的注意。直到中國西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院的楊涓教授開始跟蹤這一技術(shù)。公開資料顯示，從2008年開始，楊涓將該技術(shù)引入正規(guī)學(xué)術(shù)領(lǐng)域開展研究，發(fā)表了關(guān)于EM引擎及其相關(guān)試驗(yàn)的論文。
此后，廣為人知的是NASA約翰遜航天中心專注于前沿推進(jìn)技術(shù)的研究團(tuán)隊(duì)“鷹工廠”的試驗(yàn)結(jié)果。他們對(duì)兩臺(tái)推進(jìn)器進(jìn)行了為期8天的實(shí)驗(yàn)，并于2014年6月4日將實(shí)驗(yàn)結(jié)果以論文的形式在AIAA第50屆聯(lián)合推進(jìn)大會(huì)上發(fā)表。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在28瓦微波功率的作用下，產(chǎn)生了30—50微牛（1毫牛=1000微牛）的推力。
因當(dāng)時(shí)其試驗(yàn)條件并非真空， 這篇文章曾受到外界質(zhì)疑。此次最新發(fā)表的論文，正是該團(tuán)隊(duì)完善試驗(yàn)后，在真空中完成的推力測(cè)試的結(jié)果。數(shù)據(jù)顯示，在最大80瓦的微波功率輸入時(shí)，最大測(cè)到推力約124微牛。相比之下，同樣是無工質(zhì)的太陽帆，每千瓦只能產(chǎn)生6.67微牛的推力。
“除了NASA，國際上還有幾個(gè)團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行這方面的研究，如羅杰·肖耶本人，美國Cannae公司，以及德國德累斯頓工業(yè)大學(xué)等，德國這個(gè)團(tuán)隊(duì)2015年也發(fā)表了一篇會(huì)議論文，結(jié)論跟NASA的類似。”陳粵說。
陳粵團(tuán)隊(duì)從2010年開始正式開展EM引擎研究。該團(tuán)隊(duì)依靠經(jīng)典電磁場(chǎng)理論分析和計(jì)算，開展了推力器腔體設(shè)計(jì)。通過分析計(jì)算，研究人員認(rèn)為該推力的產(chǎn)生，來自電磁場(chǎng)在特定設(shè)計(jì)的諧振腔體里產(chǎn)生的不均衡分布，因此該技術(shù)不需要傳統(tǒng)工質(zhì)，實(shí)際上是使用了電磁場(chǎng)對(duì)物質(zhì)的作用力，也符合經(jīng)典力學(xué)定律。
“我們已研制成功幾種規(guī)格的多臺(tái)原理樣機(jī)，建立了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)，完成了毫牛級(jí)微推力測(cè)量試驗(yàn)，通過幾年來的重復(fù)試驗(yàn)及相應(yīng)的干擾因素排查試驗(yàn)，確認(rèn)該類型推力器的推力存在。”陳粵介紹，他們已完成了可用于飛行試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置研制，正在開展在軌驗(yàn)證。
“這項(xiàng)技術(shù)目前處于原理驗(yàn)證階段的后期，后繼目標(biāo)是使該技術(shù)盡快在衛(wèi)星工程領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用，但還有很多攻關(guān)工作要做。”中國空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部總設(shè)計(jì)師李峰說，目前原理樣機(jī)體積大，推力較小，需要特殊的工程方法，優(yōu)化腔體設(shè)計(jì)，提高腔體品質(zhì)因數(shù)，減小損耗，將微波能量更有效用于產(chǎn)生推力。目前測(cè)到的推力是微牛級(jí)至毫牛級(jí)，至少要提高到百毫牛級(jí)甚至牛級(jí)才能用于衛(wèi)星的姿控、變軌等工作。
他具體解釋道，從原理驗(yàn)證到工程應(yīng)用，還需解決目前原理樣機(jī)推力小、推功比低、推力器難以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作、推力器布局、應(yīng)用策略等一系列工程問題，如果這些工程問題都得以解決，EM引擎的工程化應(yīng)用將使航天推進(jìn)技術(shù)產(chǎn)生跨代式飛躍。這些技術(shù)問題，雖然有很大難度，但是在工程上是可以解決的。
李峰透露，陳粵團(tuán)隊(duì)依托國家相關(guān)項(xiàng)目支持，正在開展工程應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，爭(zhēng)取5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用，“我們已調(diào)集了微波、結(jié)構(gòu)、熱控、電力電子、星載電子系統(tǒng)等相關(guān)專業(yè)力量，全力來做這件事，雖然難度很大，但我們有信心做成。”
據(jù)報(bào)道，NASA下一步也將開展太空實(shí)驗(yàn)，記者就此相關(guān)問題發(fā)出采訪函，截至發(fā)稿時(shí)尚未收到回復(fù)。從與NASA關(guān)系密切的美國Cannae公司官網(wǎng)可以看到，該公司已經(jīng)啟動(dòng)了EM引擎技術(shù)的飛行試驗(yàn)計(jì)劃，計(jì)劃于2018年發(fā)射一顆6U立方星驗(yàn)證該技術(shù)