超导量子场推进技术在宇航领域中的应用

【摘要】超导量子场推进飞船利用量子场单向振荡推进原理来推进。这种飞船无需携带任何推进剂，具有载量大，动力强，可长期重复使用，最高速度可接近光速，可进行星际跃迁等众多优点。本文详细介绍了超导量子场推进飞船的技术原理和发展前景。

【关键词】双向振荡；单向振荡；位移电流；单链式

1.引言

从古代原始火箭的出现到现代，人类使用火箭的历史已有一千多年，用火箭把人或货物送入太空的历史则不到一百年。融入了各种先进技术的现代火箭，它的推进方式其实与古代的火箭并没有什么本质的区别。目前，人类使用的宇宙飞船需要用火箭发动机来推进，而火箭发动机需要携带大量的化学物质来作推进剂才能发射升空。火箭发动机携带的推进剂的重量往往是用火箭来发射的飞船的重量的很多倍，而推进剂占用的空间也远远地超过了飞船占用的空间。这大大地限制了飞船的大小和载荷以及飞船的航程。

设想中的核动力火箭可以缩短宇宙飞船前往火星的航行期，但核动力火箭与化学能火箭一样需要携带大量的推进剂，因此，这种火箭也无法胜任恒星系之间距离遥远的星际航行。反物质火箭更不具可行性。因为反物质火箭需要携带大量的反物质和正物质来作推进剂。且不说反物质的成本有多高，单是大量反物质的储存就无法解决，一但发生事故，大量的反物质会造成毁灭性的灭难。由此可见，人类要想跨跃恒星系，进行长距离的星际航行，就必须采用一种不同于火箭的具有革命性的推进方式。

2.量子场单向振荡推进原理

电磁波与机械波一样，传播的都是波源的振荡形式。机械振荡需要弹力来做回复力，因此机械振荡只存在双向振荡一种形式（物质周而复始地从两个相反的方向通过一个中心位置的振荡叫做双向振荡），机械波只能以双向振荡的形式在弹性介质中传播，而量子不但可以双向振荡，还可以单向振荡。

比如，电流方向不变大小呈周期性变化的振荡与量子磁场方向不变场强大小呈周期性变化的振荡等，均是单向振荡。单向振荡的电流产生单向振荡的原磁场，单向振荡的原磁场在其周围的空间中激发单向振荡的位移电流，单向振荡的位移电流在其周围的空间中激发单向振荡的量子磁场，单向振荡的量子磁场又会在其周围的空间中激发单向振荡的位移电流……单向振荡的位移电流和单向振荡的量子磁场互相激发，交替产生，形成单链式的电磁波。单链式电磁波与一般的无线电波一样具有波的共性，可以叠加，可以干涉、衍射和反射等。唯一的不同之处是：处在单链式电磁波传播方向上的任意一个点产生的感应磁场都是场强方向不变的单向振荡的，且只能对物体产生单个磁极的力学效应。

一个单向振荡的电磁波实际上就是一个磁单极量子，也称单极光子。利用单链式电磁波的物理特性，把通恒定电流的超导体放置在单链式电磁波的传播方向上，使超导体受到一个脱离了电流（即脱离了发动机系统）独立存在于空间和时间中的单向振荡的量子磁场的作用，从而获得方向不变的电磁力，推动系统前进。这就是超导量子场推进技术的原理。

3.利用波的叠加原理合成超低频单极量子场

超导量子场推进技术遇到的瓶颈是：高强度激烈变化的单极量子场会使超导体发热，失去超导性，甚至将超导体熔断。这大大地限制了量子发动机的功率和寿命，解决的办法就是将超高频单链式电磁波解调成超低频，使通恒定电流的超导体受到一个超低频单向振荡的量子磁场的作用，从而产生大小和方向都不变的电磁力，推动系统前进。

图1所示是一个磁单极解调器的原理简化图。它主要由两个一模一样的超高频高幅直流脉冲器[1]和两根一模一样的天线等构成。0时刻直流脉冲器1输出连续的超高频高幅直流脉冲，间隔T/2（T表示直流脉冲单向振荡的一个周期）秒后，直流脉冲器2输出等幅同频率的直流脉冲，使天线1和天线2产生两个时间相差T/2秒的超高频单向振荡的原磁场，从而激发出两列时间相差T/2秒的超高频单链式电磁波。两列时间相差T/2秒的超高频单链式电磁波通过两段长度相等的波导管，从两个并排在一起的发射口发射出去，让两列时间相差T/2秒的超高频单链式电磁波经过等长的路径后叠加。

在与每根天线距离相等且与天线的距离匀为波长的偶数倍的空间中产生如图2所示的两个时间相差T/2秒的超高频单向振荡的感应磁场，叠加成如图3所示的超低频单向振荡的量子磁场。将通恒定电流的超导体放置在与每根天线距离相等且与天线的距离为波长的偶数倍的两列时间相差T/2秒的超高频单链式电磁波的叠加区域，超导体就会受到一个超低频单向振荡的量子磁场的作用，产生大小和方向都不变的电磁力。因为这种由两列时间相差T/2秒的超高频单链式电磁波通过等长的路径后叠加成的磁场是脱离了电流（即脱离了发动机系统）独立存在于空间和时间中的无源场，所以，它对通恒定电流的超导体产生的电磁力属系统的外力，可推动系统前进。为了能够产生更加强大的电磁力，可用一定数量的超高频高幅直流脉冲器和天线组成两个阵列，激发出多列超高频单链式电磁波，藕合成两束超高频超高幅单链式电磁波，叠加成场强超过10万高斯的超低频单向振荡的量子磁场。大功率磁单极解调器可用来制造大推力量子发动机[2]，为超导量子场推进飞船提供动力。

4.用核能和太阳能作飞船的能源

超导量子场推进飞船采用的大推力量子发动机技术极大地提高了能量的利用率。目前的化学能火箭对能量的利用率不高，化学燃料燃烧产生的能量有一大部分都作为光和热被挥霍掉了，只有一部分转化为火箭前进的动能。而大推力量子发动机让能量直接在电和磁之间转换，使能量得到了最大限度的利用。采用大推力量子发动机技术的超导量子场推进飞船无需携带任何推进剂，省下来的空间可用来加强生命保障系统和能源系统，使这些系统可以长期重复使用，以适应长距离的星际航行。超导量子场推进飞船采用核能和太阳能作为能源，解决了长期星际航行中的能源问题。核物质在宇宙中的很多星球上都有，未来的星际航行中，超导量子场推进飞船可在这些星球上补充核能。虽然太阳能远没有核能那么高度集中的能量，但它取之不尽。飞船只要在靠近太阳的区域，一边绕着太阳转，一边吸收太阳的能量以一G（地球表面的重力加速度）的加速度不间断地加速，经过大约一年的加速期后，飞船的速度就会增加到接近光速，这时，再调整航向朝目的地所在的恒星系飞去，然后吸收那里的太阳的能量来减速，接着再朝目的地飞去。因为这种飞行方式就好像从一个恒星系跃迁到另一个恒星系中似的，所以叫做星际跃迁。

5.发展前景

从蒸汽机到内燃机，再到喷气式飞机的出现，推进技术的每一次革命都会给人类社会带来翻天覆地的变化。超导量子场推进飞船的诞生，必将引发一场宇航技术革命，把人类从近太空时代推进到星际时代，对人类文明产生深远的影响。

参考文献

[1]李昌颖.单极量子发生器[N].武汉科技信息快报社， 2011-5.

[2]李昌颖.大推力量子发动机[J].电子世界，2013，10.