電子技術論文超導量子場推進技術應用
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。融入了各種先進技術的現(xiàn)代火箭，它的推進方式其實與古代的火箭并沒有什么本質的區(qū)別。目前，人類使用的宇宙飛船需要用火箭發(fā)動機來推進，而火箭發(fā)動機需要攜帶大量的化學物質來作推進劑才能發(fā)射升空�；鸺l(fā)動機攜帶的推進劑的重量往往是用火箭來發(fā)射的飛船的重量的很多倍，而推進劑占用的空間也遠遠地超過了飛船占用的空間。這大大地限制了飛船的大小和載荷以及飛船的航程。
【摘要】超導量子場推進飛船利用量子場單向振蕩推進原理來推進。這種飛船無需攜帶任何推進劑，具有載量大，動力強，可長期重復使用，最高速度可接近光速，可進行星際躍遷等眾多優(yōu)點。本文詳細介紹了超導量子場推進飛船的技術原理和發(fā)展前景。
【關鍵詞】雙向振蕩,單向振蕩,位移電流,單鏈式
1.引言
設想中的核動力火箭可以縮短宇宙飛船前往火星的航行期，但核動力火箭與化學能火箭一樣需要攜帶大量的推進劑，因此，這種火箭也無法勝任恒星系之間距離遙遠的星際航行。反物質火箭更不具可行性。因為反物質火箭需要攜帶大量的反物質和正物質來作推進劑。且不說反物質的成本有多高，單是大量反物質的儲存就無法解決，一但發(fā)生事故，大量的反物質會造成毀滅性的滅難。由此可見，人類要想跨躍恒星系，進行長距離的星際航行，就必須采用一種不同于火箭的具有革命性的推進方式。
2.量子場單向振蕩推進原理
電磁波與機械波一樣，傳播的都是波源的振蕩形式。機械振蕩需要彈力來做回復力，因此機械振蕩只存在雙向振蕩一種形式（物質周而復始地從兩個相反的方向通過一個中心位置的振蕩叫做雙向振蕩），機械波只能以雙向振蕩的形式在彈性介質中傳播，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方向不變場強大小呈周期性變化的振蕩等，均是單向振蕩。單向振蕩的電流產生單向振蕩的原磁場，單向振蕩的原磁場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，單向振蕩的量子磁場又會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互相激發(fā)，交替產生，形成單鏈式的電磁波。單鏈式電磁波與一般的無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：處在單鏈式電磁波傳播方向上的任意一個點產生的感應磁場都是場強方向不變的單向振蕩的，且只能對物體產生單個磁極的力學效應。
一個單向振蕩的電磁波實際上就是一個磁單極量子，也稱單極光子。利用單鏈式電磁波的物理特性，把通恒定電流的超導體放置在單鏈式電磁波的傳播方向上，使超導體受到一個脫離了電流（即脫離了發(fā)動機系統(tǒng)）獨立存在于空間和時間中的單向振蕩的量子磁場的作用，從而獲得方向不變的電磁力，推動系統(tǒng)前進。這就是超導量子場推進技術的原理。
3.利用波的疊加原理合成超低頻單極量子場
超導量子場推進技術遇到的瓶頸是：高強度激烈變化的單極量子場會使超導體發(fā)熱，失去超導性，甚至將超導體熔斷。這大大地限制了量子發(fā)動機的功率和壽命，解決的辦法就是將超高頻單鏈式電磁波解調成超低頻，使通恒定電流的超導體受到一個超低頻單向振蕩的量子磁場的作用，從而產生大小和方向都不變的電磁力，推動系統(tǒng)前進。
圖1所示是一個磁單極解調器的原理簡化圖。它主要由兩個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成。0時刻直流脈沖器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產生兩個時間相差T/2秒的超高頻單向振蕩的原磁場，從而激發(fā)出兩列時間相差T/2秒的超高頻單鏈式電磁波。兩列時間相差T/2秒的超高頻單鏈式電磁波通過兩段長度相等的波導管，從兩個并排在一起的發(fā)射口發(fā)射出去，讓兩列時間相差T/2秒的超高頻單鏈式電磁波經過等長的路徑后疊加。
在與每根天線距離相等且與天線的距離勻為波長的偶數倍的空間中產生如圖2所示的兩個時間相差T/2秒的超高頻單向振蕩的感應磁場，疊加成如圖3所示的超低頻單向振蕩的量子磁場。將通恒定電流的超導體放置在與每根天線距離相等且與天線的距離為波長的偶數倍的兩列時間相差T/2秒的超高頻單鏈式電磁波的疊加區(qū)域，超導體就會受到一個超低頻單向振蕩的量子磁場的作用，產生大小和方向都不變的電磁力。因為這種由兩列時間相差T/2秒的超高頻單鏈式電磁波通過等長的路徑后疊加成的磁場是脫離了電流（即脫離了發(fā)動機系統(tǒng)）獨立存在于空間和時間中的無源場，所以，它對通恒定電流的超導體產生的電磁力屬系統(tǒng)的外力，可推動系統(tǒng)前進。為了能夠產生更加強大的電磁力，可用一定數量的超高頻高幅直流脈沖器和天線組成兩個陣列，激發(fā)出多列超高頻單鏈式電磁波，藕合成兩束超高頻超高幅單鏈式電磁波，疊加成場強超過10萬高斯的超低頻單向振蕩的量子磁場。大功率磁單極解調器可用來制造大推力量子發(fā)動機[2]，為超導量子場推進飛船提供動力。
4.用核能和太陽能作飛船的能源
超導量子場推進飛船采用的大推力量子發(fā)動機技術極大地提高了能量的利用率。目前的化學能火箭對能量的利用率不高，化學燃料燃燒產生的能量有一大部分都作為光和熱被揮霍掉了，只有一部分轉化為火箭前進的動能。而大推力量子發(fā)動機讓能量直接在電和磁之間轉換，使能量得到了最大限度的利用。采用大推力量子發(fā)動機技術的超導量子場推進飛船無需攜帶任何推進劑，省下來的空間可用來加強生命保障系統(tǒng)和能源系統(tǒng)，使這些系統(tǒng)可以長期重復使用，以適應長距離的星際航行。超導量子場推進飛船采用核能和太陽能作為能源，解決了長期星際航行中的能源問題。核物質在宇宙中的很多星球上都有，未來的星際航行中，超導量子場推進飛船可在這些星球上補充核能。雖然太陽能遠沒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的區(qū)域，一邊繞著太陽轉，一邊吸收太陽的能量以一G（地球表面的重力加速度）的加速度不間斷地加速，經過大約一年的加速期后，飛船的速度就會增加到接近光速，這時，再調整航向朝目的地所在的恒星系飛去，然后吸收那里的太陽的能量來減速，接著再朝目的地飛去。因為這種飛行方式就好像從一個恒星系躍遷到另一個恒星系中似的，所以叫做星際躍遷。
5.發(fā)展前景
從蒸汽機到內燃機，再到噴氣式飛機的出現(xiàn)，推進技術的每一次革命都會給人類社會帶來翻天覆地的變化。超導量子場推進飛船的誕生，必將引發(fā)一場宇航技術革命，把人類從近太空時代推進到星際時代，對人類文明產生深遠的影響。
參考文獻
[1]李昌穎.單極量子發(fā)生器[N].武漢科技信息快報社，2011-5.
[2]李昌穎.大推力量子發(fā)動機[J].電子世界，2013，10.
