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脉衝感应推进器的工作流程如下:
1.推进器的喷管向一个扁平的电磁线圈喷射少量气体;
2.一组电容器在极短时间內(仅几微秒)向电磁线圈施加数千伏的高压脉衝;
3.高压脉衝使气体电离,並使电离后的气体(等离子体)向与初始喷射方向相反的方向做圆周运动;
4.等离子体沿垂直於磁场的方向流动,这一状態非常適合洛伦兹力对其进行加速,並將其高速(数十千米秒)推向太空飞行器后方,產生推力。
此外,脉衝感应推进器还具有以下特点:
·可扩展性:能够扩展到更高功率,例如兆瓦级系统可实现每秒数百次的脉衝频率,从而產生相当可观的推力;
·推进剂兼容性:对推进剂的要求不高,水、二氧化碳、氨、氢、氬、氙等物质均可作为推进剂。
这一特性使其在火星任务中极具吸引力——太空飞行器在火星轨道运行时,可通过收集火星富含二氧化碳的大气来补充推进剂。
加粗-量子真空推进器
量子真空推进器(简称qthruster)是一种基於卡西米尔效应和量子力学原理的假想太空飞行器推进器。
根据当前的物理学认知,在量子尺度上,空间中存在著持续的电磁波动,虚粒子会不断地“凭空出现”
又“瞬间消失”
。
我们在《反物质工厂》节目中详细討论过这一现象,解释了虚粒子与夸克-反夸克对相互作用的过程。
简而言之,我们通常所说的“太空真空”
——即不含任何普通物质且与外界辐射隔绝的空间——並非绝对的“空无一物”
,而是一种“假真空”
。
在这种假真空中,电磁波动和虚粒子的“涨落”
始终存在,它们虽然存在时间极短,但数量庞大,形成了持续的能量密度。
如果你听说过“卡西米尔效应”
,就会知道:当我们將两块非常平整、不带电的导电板放置在仅相距几纳米(仅能容纳几个原子)的位置时,plates之间会產生一种微弱的排斥力或吸引力(具体方向取决於plates的排列方式)。
在普通介质(如水)中,这种波动效应是存在的,但根据传统认知,真空(空无一物的空间)中不应存在这种介质波动——这一现象曾令人困惑,也由此催生了“真空能量”
和“假真空”
等概念。
从实验角度来看,对卡西米尔效应的一种理解是:两块plates之间的距离过小时,波长大於该距离的虚粒子无法在plates之间“出现”
。
这意味著plates之间的“真空度”
比外部更高,外部假真空中的虚粒子会对plates產生一个净推力——我们可以利用这种推力来发电。
这里的关键结论是:如果量子真空的波动確实存在,我们就可以“从虚无中”
產生能量、光子或其他粒子,並將这些粒子用作推进剂——这本质上相当於製造了一台光子火箭、中微子火箭,或是能喷出由虚粒子转化而来的等离子体的推进器。
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