将火箭送入太空通常需要大约90%的火箭的初始重量燃料。

来自筑波大学的研究人员希望通过探索不同类型的发射选择:微波辐射的高功率束来减轻负荷。

在本月发布的一项研究中航天器与火箭学报,该团队使用高频,28 GHz微波炉将自由飞行无人机发送到空中持续30秒。0.4千克飞机达到微波梁源上方0.8米的高度。

由Lover作者Kohei Shimamura教授领导的工程师使用了精致的梁跟踪器,以确保无人机接收尽可能多的功率。

“为了进一步提高传输效率,我们使用与GPS单元同步的模拟相移器仔细调整微波的相位,”本月新闻发布的Shimamura

这架飞行器的总功率传输效率达到了0.43%,这比研究人员之前的研究有所提高,之前的研究表明,固定位置的无人机的效率为0.1。为了得到0.43%的数字,岛村和他的团队计算了能量通过光束传输的效率(4%),无人机捕捉微波的效率(30%),以及微波转化为推进电力的效率(40%)。

该论文的主要作者说,尽管微波火箭推进仍处于早期阶段,但考虑到传统推进技术对机载燃料的高需求,它有一天可能成为将火箭送入轨道的一种更好的方式。

“这些结果表明,需要更多的工作来提高传输效率,并彻底评估飞机,航天器和火箭的这种推进方法的可行性,”Shimamura说。

在一个简短的问答yabovip16.com下面,Shimamura揭示了微波功率如何起飞。

yabovip16.com:你如何指导微波功率?什么技术用于指导微波功率?

Shimamura教授:为了控制微波的方向,使用了一个相位比较器。相位比较器调节相位,使多个微波源产生的波以同一相位传播,以避免干扰。通过实时控制相位比较器和无人机的位置,波束可以指向无人机。

yabovip16.com:带我回顾一下无人机测试当天的情况。产生了多少能量,它对无人机的指挥效果如何?你对结果满意吗?

Shimamura教授:无人机获得的直流电源为几10mW。由于无人机的有效载荷和整流器的数量,我们没有期望得到那么多的功率。这个项目的目标是能够连续传输微波。在未来的研究中,我想让无人机只使用微波。另一方面,这将需要更多的微波源、更大的无人机、更大的场地和许多其他准备工作。

微波功率发射,振荡器振荡几兆瓦的微波。固态功率放大器(SSPA)增加到5W的微波,并将微波从垫天线从垫子天线发送到无人机上的天线。
振荡器振荡了几MW的微波炉。固态功率放大器(SSPA)增加到5W的微波,并将微波从垫天线从垫子天线发送到无人机上的天线。(图片信用:Shimamura)

yabovip16.com:为什么微波方法是将火箭发射到轨道上的高级方式?

Shimamura教授:首先,与化学火箭相比,根据燃料是否进出火箭,火箭的有效载荷非常不同;在化学火箭中,燃料占火箭总质量的90%以上。在化学火箭中,燃料占火箭总质量的90%以上,而在微波和激光火箭筒中,燃料基本上为零。因此,火箭变成了简单的结构,并且据说成本为1/100。

此外,当比较微波和激光时,微波在源发生器方面便宜,并且微波炉据说更接近实现火箭发射。

yabovip16.com:这种方法用于太空发射需要发生什么?你认为这种方法将来会用于太空发射吗?

Shimamura教授:首先,我们需要改善未完成的火箭系统的技术。特别是,对跟踪技术几乎没有研究,我们需要在100公里处的高度指向稳定微波的技术。

对多波束源发射的微波进行相位校准也很重要。我们将从几米的高度开始,逐步增加高度,目的是将重物从轻的卫星带到小的卫星上。

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