电流微波推进的推力产生机理分析

摘 要：电流微波推进属于新概念，具有不依赖工质，性能不受工作环境影响，没有高温燃气流烧蚀，理论推力大于使用相同导体膜材料太阳帆的特点。电流微波推进装置在卫星、深空探测和近地空间飞行等领域有广泛前景。文章从经典电磁理论出发，结合平面电磁波在导体表面的反射和透射规律给出该装置的推进机理，得出该推进装置的推力来源于电磁波磁分量对导体表面传导电流作用力的结论。

关键词：无工质 电推进 空间飞行器推进

中图分类号：V43 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（a）-0110-02

电流微波推进是一种全新的概念。在相应的推进装置中，平面电磁波在导体膜平面上被反射并产生感应电流；外电源在导体膜表面产生与感应电流同相位的电流；被放大的导体膜表面电流与导体膜表面磁场波腹产生沿电磁波入射方向的推力。这种推进装置的特点是：（1）不需要工作介质就可以产生净推力，没有高温燃气流的烧蚀、冲刷和传热问题，同时能大幅度降低消极质量；（2）只要电磁波和外电源输出电功率稳定，推进装置的性能不受工作环境的影响；（3）由于该装置使用外电源放大导体膜表面电流，理论上该装置产生的推力大于使用相同导体膜材料的太阳帆。由此可见这种推进装置可广泛地应用于卫星、深空探测器和近地空间飞行器，所带来的效益是大幅度地提高有效载荷和寿命[1]。

1 电流微波推进装置的思想起源

如图1，设入射平面电磁波的传播方向为z，E和H分别沿x和y方向。当电磁波到达金属板表面时，其表面附近的自由电子将在电场的作用下沿x方向往复运动，形成传导电流j。由于电子的运动方向与磁场垂直，它将受到一个洛伦兹力F，F沿J×H（即入射波的坡印廷矢量）方向，即图中+z方向。金属中自由电子受到的这个力最终会以某种方式传递给金属本身。于是在电磁波的作用下，金属板将受到一个+z方向的压力，或者在此压力作用一段时间后，金属将获得沿+z方向的动量，这就是光压也是太阳帆产生推力的原理[2]。如果可以放大导体表面传导电流，则必然能放大导体获得的动量。

2 电流微波推进装置的经典电磁学理论

电磁波的磁分量将对面电流产生沿z方向的洛仑兹力。用外电源在理想导体表面产生与面电流同相位的电流，增大理想导体界面处的电流密度。

在界面处电磁场电子运动状态及受力的矢量关系如图2所示。

图2中，在电磁波电分量和电源电动势的作用下，自由电子沿速度1即+Z方向运动，在电磁波+Y方向磁分量中受到+X方向洛仑兹力的作用产生速度2，产生如图所示的合速度v，于是电子在磁场中产生如图所示的合洛仑兹力f。洛仑兹力在-Z方向的分力阻碍电场力对电子沿速度1即+Z方向的加速。电场力克服在-Z方向洛仑兹力1分力做功，使+X方向洛仑兹力2分力产生驱动力。

在良导体内电磁波振幅呈指数衰减。故导体薄膜不宜过厚，否则电磁波磁分量无法有效作用于由外电源产生的电流。

3 结语

电流微波推进装置不需要工作介质，因而没有高温燃气流的烧蚀、冲刷和传热问题，推进装置的性能不受工作环境影响，同时能大幅度降低飞行器消极质量，适用于空间和近地空间飞行器。

这种新概念推进装置的工作机理可以用经典电磁理论解释。该推进装置的推力来源于电磁波磁分量对导体表面传导电流的作用力。

参考文献

[1] 赵凯华，陈熙谋.新概念物理电磁学[M].北京：高等教育出版社，2003：422-424.

[2] 王家礼.电磁场与电磁波[M].西安：西安子科技大学出版社，2009：188-190.

[3] 杨涓，杨乐，朱雨，等.无工质微波推进的推力转换机理与性能计算分析[J].西北工业大学学报，2010，28（6）：807-813.