超導(dǎo)量子場(chǎng)推進(jìn)技術(shù)在宇航領(lǐng)域中的應(yīng)用

【摘要】超導(dǎo)量子場(chǎng)推進(jìn)飛船利用量子場(chǎng)單向振蕩推進(jìn)原理來(lái)推進(jìn)。這種飛船無(wú)需攜帶任何推進(jìn)劑，具有載量大，動(dòng)力強(qiáng)，可長(zhǎng)期重復(fù)使用，最高速度可接近光速，可進(jìn)行星際躍遷等眾多優(yōu)點(diǎn)。本文詳細(xì)介紹了超導(dǎo)量子場(chǎng)推進(jìn)飛船的技術(shù)原理和發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】雙向振蕩；單向振蕩；位移電流；單鏈?zhǔn)?/p>

1.引言

從古代原始火箭的出現(xiàn)到現(xiàn)代，人類使用火箭的歷史已有一千多年，用火箭把人或貨物送入太空的歷史則不到一百年。融入了各種先進(jìn)技術(shù)的現(xiàn)代火箭，它的推進(jìn)方式其實(shí)與古代的火箭并沒(méi)有什么本質(zhì)的區(qū)別。目前，人類使用的宇宙飛船需要用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)推進(jìn)，而火箭發(fā)動(dòng)機(jī)需要攜帶大量的化學(xué)物質(zhì)來(lái)作推進(jìn)劑才能發(fā)射升空?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)攜帶的推進(jìn)劑的重量往往是用火箭來(lái)發(fā)射的飛船的重量的很多倍，而推進(jìn)劑占用的空間也遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)了飛船占用的空間。這大大地限制了飛船的大小和載荷以及飛船的航程。

設(shè)想中的核動(dòng)力火箭可以縮短宇宙飛船前往火星的航行期，但核動(dòng)力火箭與化學(xué)能火箭一樣需要攜帶大量的推進(jìn)劑，因此，這種火箭也無(wú)法勝任恒星系之間距離遙遠(yuǎn)的星際航行。反物質(zhì)火箭更不具可行性。因?yàn)榉次镔|(zhì)火箭需要攜帶大量的反物質(zhì)和正物質(zhì)來(lái)作推進(jìn)劑。且不說(shuō)反物質(zhì)的成本有多高，單是大量反物質(zhì)的儲(chǔ)存就無(wú)法解決，一但發(fā)生事故，大量的反物質(zhì)會(huì)造成毀滅性的滅難。由此可見(jiàn)，人類要想跨躍恒星系，進(jìn)行長(zhǎng)距離的星際航行，就必須采用一種不同于火箭的具有革命性的推進(jìn)方式。

2.量子場(chǎng)單向振蕩推進(jìn)原理

電磁波與機(jī)械波一樣，傳播的都是波源的振蕩形式。機(jī)械振蕩需要彈力來(lái)做回復(fù)力，因此機(jī)械振蕩只存在雙向振蕩一種形式（物質(zhì)周而復(fù)始地從兩個(gè)相反的方向通過(guò)一個(gè)中心位置的振蕩叫做雙向振蕩），機(jī)械波只能以雙向振蕩的形式在彈性介質(zhì)中傳播，而量子不但可以雙向振蕩，還可以單向振蕩。

比如，電流方向不變大小呈周期性變化的振蕩與量子磁場(chǎng)方向不變場(chǎng)強(qiáng)大小呈周期性變化的振蕩等，均是單向振蕩。單向振蕩的電流產(chǎn)生單向振蕩的原磁場(chǎng)，單向振蕩的原磁場(chǎng)在其周圍的空間中激發(fā)單向振蕩的位移電流，單向振蕩的位移電流在其周圍的空間中激發(fā)單向振蕩的量子磁場(chǎng)，單向振蕩的量子磁場(chǎng)又會(huì)在其周圍的空間中激發(fā)單向振蕩的位移電流……單向振蕩的位移電流和單向振蕩的量子磁場(chǎng)互相激發(fā)，交替產(chǎn)生，形成單鏈?zhǔn)降碾姶挪?。單鏈?zhǔn)诫姶挪ㄅc一般的無(wú)線電波一樣具有波的共性，可以疊加，可以干涉、衍射和反射等。唯一的不同之處是：處在單鏈?zhǔn)诫姶挪▊鞑シ较蛏系娜我庖粋€(gè)點(diǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)都是場(chǎng)強(qiáng)方向不變的單向振蕩的，且只能對(duì)物體產(chǎn)生單個(gè)磁極的力學(xué)效應(yīng)。

一個(gè)單向振蕩的電磁波實(shí)際上就是一個(gè)磁單極量子，也稱單極光子。利用單鏈?zhǔn)诫姶挪ǖ奈锢硖匦裕淹ê愣娏鞯某瑢?dǎo)體放置在單鏈?zhǔn)诫姶挪ǖ膫鞑シ较蛏?，使超?dǎo)體受到一個(gè)脫離了電流（即脫離了發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)）獨(dú)立存在于空間和時(shí)間中的單向振蕩的量子磁場(chǎng)的作用，從而獲得方向不變的電磁力，推動(dòng)系統(tǒng)前進(jìn)。這就是超導(dǎo)量子場(chǎng)推進(jìn)技術(shù)的原理。

3.利用波的疊加原理合成超低頻單極量子場(chǎng)

超導(dǎo)量子場(chǎng)推進(jìn)技術(shù)遇到的瓶頸是：高強(qiáng)度激烈變化的單極量子場(chǎng)會(huì)使超導(dǎo)體發(fā)熱，失去超導(dǎo)性，甚至將超導(dǎo)體熔斷。這大大地限制了量子發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和壽命，解決的辦法就是將超高頻單鏈?zhǔn)诫姶挪ń庹{(diào)成超低頻，使通恒定電流的超導(dǎo)體受到一個(gè)超低頻單向振蕩的量子磁場(chǎng)的作用，從而產(chǎn)生大小和方向都不變的電磁力，推動(dòng)系統(tǒng)前進(jìn)。

圖1所示是一個(gè)磁單極解調(diào)器的原理簡(jiǎn)化圖。它主要由兩個(gè)一模一樣的超高頻高幅直流脈沖器[1]和兩根一模一樣的天線等構(gòu)成。0時(shí)刻直流脈沖器1輸出連續(xù)的超高頻高幅直流脈沖，間隔T/2（T表示直流脈沖單向振蕩的一個(gè)周期）秒后，直流脈沖器2輸出等幅同頻率的直流脈沖，使天線1和天線2產(chǎn)生兩個(gè)時(shí)間相差T/2秒的超高頻單向振蕩的原磁場(chǎng)，從而激發(fā)出兩列時(shí)間相差T/2秒的超高頻單鏈?zhǔn)诫姶挪ā闪袝r(shí)間相差T/2秒的超高頻單鏈?zhǔn)诫姶挪ㄍㄟ^(guò)兩段長(zhǎng)度相等的波導(dǎo)管，從兩個(gè)并排在一起的發(fā)射口發(fā)射出去，讓兩列時(shí)間相差T/2秒的超高頻單鏈?zhǔn)诫姶挪ń?jīng)過(guò)等長(zhǎng)的路徑后疊加。

在與每根天線距離相等且與天線的距離勻?yàn)椴ㄩL(zhǎng)的偶數(shù)倍的空間中產(chǎn)生如圖2所示的兩個(gè)時(shí)間相差T/2秒的超高頻單向振蕩的感應(yīng)磁場(chǎng)，疊加成如圖3所示的超低頻單向振蕩的量子磁場(chǎng)。將通恒定電流的超導(dǎo)體放置在與每根天線距離相等且與天線的距離為波長(zhǎng)的偶數(shù)倍的兩列時(shí)間相差T/2秒的超高頻單鏈?zhǔn)诫姶挪ǖ寞B加區(qū)域，超導(dǎo)體就會(huì)受到一個(gè)超低頻單向振蕩的量子磁場(chǎng)的作用，產(chǎn)生大小和方向都不變的電磁力。因?yàn)檫@種由兩列時(shí)間相差T/2秒的超高頻單鏈?zhǔn)诫姶挪ㄍㄟ^(guò)等長(zhǎng)的路徑后疊加成的磁場(chǎng)是脫離了電流（即脫離了發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)）獨(dú)立存在于空間和時(shí)間中的無(wú)源場(chǎng)，所以，它對(duì)通恒定電流的超導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力屬系統(tǒng)的外力，可推動(dòng)系統(tǒng)前進(jìn)。為了能夠產(chǎn)生更加強(qiáng)大的電磁力，可用一定數(shù)量的超高頻高幅直流脈沖器和天線組成兩個(gè)陣列，激發(fā)出多列超高頻單鏈?zhǔn)诫姶挪ǎ汉铣蓛墒哳l超高幅單鏈?zhǔn)诫姶挪?，疊加成場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)10萬(wàn)高斯的超低頻單向振蕩的量子磁場(chǎng)。大功率磁單極解調(diào)器可用來(lái)制造大推力量子發(fā)動(dòng)機(jī)[2]，為超導(dǎo)量子場(chǎng)推進(jìn)飛船提供動(dòng)力。

4.用核能和太陽(yáng)能作飛船的能源

超導(dǎo)量子場(chǎng)推進(jìn)飛船采用的大推力量子發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)極大地提高了能量的利用率。目前的化學(xué)能火箭對(duì)能量的利用率不高，化學(xué)燃料燃燒產(chǎn)生的能量有一大部分都作為光和熱被揮霍掉了，只有一部分轉(zhuǎn)化為火箭前進(jìn)的動(dòng)能。而大推力量子發(fā)動(dòng)機(jī)讓能量直接在電和磁之間轉(zhuǎn)換，使能量得到了最大限度的利用。采用大推力量子發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的超導(dǎo)量子場(chǎng)推進(jìn)飛船無(wú)需攜帶任何推進(jìn)劑，省下來(lái)的空間可用來(lái)加強(qiáng)生命保障系統(tǒng)和能源系統(tǒng)，使這些系統(tǒng)可以長(zhǎng)期重復(fù)使用，以適應(yīng)長(zhǎng)距離的星際航行。超導(dǎo)量子場(chǎng)推進(jìn)飛船采用核能和太陽(yáng)能作為能源，解決了長(zhǎng)期星際航行中的能源問(wèn)題。核物質(zhì)在宇宙中的很多星球上都有，未來(lái)的星際航行中，超導(dǎo)量子場(chǎng)推進(jìn)飛船可在這些星球上補(bǔ)充核能。雖然太陽(yáng)能遠(yuǎn)沒(méi)有核能那么高度集中的能量，但它取之不盡。飛船只要在靠近太陽(yáng)的區(qū)域，一邊繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，一邊吸收太陽(yáng)的能量以一G（地球表面的重力加速度）的加速度不間斷地加速，經(jīng)過(guò)大約一年的加速期后，飛船的速度就會(huì)增加到接近光速，這時(shí)，再調(diào)整航向朝目的地所在的恒星系飛去，然后吸收那里的太陽(yáng)的能量來(lái)減速，接著再朝目的地飛去。因?yàn)檫@種飛行方式就好像從一個(gè)恒星系躍遷到另一個(gè)恒星系中似的，所以叫做星際躍遷。

5.發(fā)展前景

從蒸汽機(jī)到內(nèi)燃機(jī)，再到噴氣式飛機(jī)的出現(xiàn)，推進(jìn)技術(shù)的每一次革命都會(huì)給人類社會(huì)帶來(lái)翻天覆地的變化。超導(dǎo)量子場(chǎng)推進(jìn)飛船的誕生，必將引發(fā)一場(chǎng)宇航技術(shù)革命，把人類從近太空時(shí)代推進(jìn)到星際時(shí)代，對(duì)人類文明產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]李昌穎.單極量子發(fā)生器[N].武漢科技信息快報(bào)社， 2011-5.

[2]李昌穎.大推力量子發(fā)動(dòng)機(jī)[J].電子世界，2013，10.