(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的自由飛行提供動力，這個項目可能會為一種新型火箭的研制鋪平道路。

　　目前，大多數火箭是通過控制固體或液體燃料源的爆炸來產生推力的，這種燃料源可占火箭總重量的90%。然而，發表在《航天器與火箭雜志》(Journal of Spacecraft and Rockets)上的一項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，它們充滿了可以轉化為電能的能量，就像太陽能電池板可以將陽光轉化為電能一樣。在這項新研究中，研究人員通過直接向自由飛行的無人機發射微波來發電，為它們提供燃料。

　　“在無人機實驗中，微波能量從地面天線發送到無人機上的天線。整流器用于將射頻轉換為直流，直流電源用于驅動無人機的電機。我們稱之為“整流天線”(整流器+天線)，”這項新研究的作者之一、筑波大學的島村航平在一封電子郵件中告訴Space。

　　無人機實驗的設置，包括了微波發射天線和自由飛行的無人機。(圖片來源:島村浩平)

　　以往研究微波推進時使用的是低頻波，但研究小組發現當頻率提高時，功率傳輸的效率也會提高。考慮到這一點，研究小組使用高頻率(28ghz)將一架0.9磅(0.4公斤)的無人機吊離了地面。

　　在微波波束的正上方，發射的能量使無人機能夠在30秒內達到約2.6英尺(0.8米)的高度。島村在一份聲明中說:“我們使用了一個復雜的光束跟蹤系統，來確保無人機接收到盡可能多的微波功率。”

　　在實驗中，發射的微波被無人機捕獲的有30%，其中有40%被轉換為電力來推進。

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　　島村說:“這些結果表明，我們需要做更多的工作來提高傳送效率，并嚴格評估這種推進方法在飛機、航天器和火箭上的可行性。”“未來的研究還應該致力于改進波束跟蹤系統和增加超出我們實驗證明的傳輸距離。”

　　盡管這項新研究展示了微波推進的潛力，但這項技術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。

　　“我們最大的挑戰是讓微波跟蹤火箭，并且直到它到達100公里(約62英里)的高度。為了實現這一點，需要對推力器和微波的相位進行高精度的控制。此外，用高功率校準多個微波源的相位也是未來的一個挑戰，”島村通過電子郵件告訴Space。“成本是一個主要問題，也是一個技術挑戰。建造一個幾兆瓦的大功率源相當于建造一個核聚變發電廠，并且目前發射火箭的成本非常高。”

　　火箭(源自意大利語:rocchetto，點燃的，'bobbin/spool')[nb 1][1]是一種從火箭發動機獲得推力的宇宙飛船、飛機、交通工具或發射體。火箭發動機排氣完全是由火箭內所攜帶的推進燃料完成的。火箭發動機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火箭前進，因此其可以在真空中工作。

　　事實上，火箭在太空真空中比在大氣層中工作效率更高。多級火箭能夠達到脫離地球的速度，并且可以達到無限高的最大高度。與吸氣式發動機相比，火箭的重量輕、功率大，能夠產生較大的加速度。火箭依靠沖力、翼型、輔助反應發動機、萬向節推力、動量輪、排氣偏轉、推進劑流動、旋轉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世紀的中國。直到20世紀，重大的科學、星際和工業應用才出現，當時火箭技術包括登上月球，是太空時代的推動技術。火箭現在被用于煙花、導彈和其他武器，彈射座椅、人造衛星發射工具、載人航天和太空探索。

　　化學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生高速氣體。存儲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),兩種自發反應的液體接觸(自燃推進劑),這是兩種液體必須點燃的反應(如煤油(RP1)和液態氧,在大多數液體推進劑火箭使用),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(混合推進劑系統)。化學火箭以一種容易釋放的形式儲存了大量能量，這非常危險。不過，仔細的設計、測試、施工和使用可以將風險降到最低。

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編輯：周佳慧

審核：周  爽