CN103492269A - 电磁推进器 - Google Patents

Abstract

公开了用于电磁推进的系统和方法。一种电磁推进系统，包括：包括导电内表面的轴向不对称谐振腔，该谐振腔适于在其中支持电磁（EM）驻波，该EM驻波具有限定该谐振腔的z轴的振荡电场矢量。该谐振腔缺乏第二轴轴向对称。该EM驻波在该谐振腔上引起单向净力。

Description

电磁推进器

技术领域

本发明涉及推进系统和方法。具体来说，这些系统和方法使用谐振电磁波与谐振腔之间的交互以获得推力。

背景技术

面向太空探索计划的一个问题是，开发有效的低质量推进系统。在传统推进系统中包括反作用体（reaction mass）、和发动机本身上的质量的必要性给这些推进系统的范围和寿命的设置了实际限制。已经探索了针对该问题的许多方法。这种系统的一个示例是Emdrive系统。

Emdrive系统是一种空间推进系统，其使用施加在谐振腔的两个端部上的辐射压力的差异来生成推力，并由此避免反作用体的问题。Emdrive是装满微波的谐振瓶。对于原型Emdrive的情况来说，封闭谐振腔一个端部比另一端部更宽。Emdrive的设计者所进行的数学分析指出，谐振微波的群速度在较宽端部比较窄端部可更高，并因此，存在施加在较宽端部上的过度净力。而且，所施加的过度净力成比例于Emdrive谐振腔的Q，或者该谐振腔作为谐振器所表现的有效性。由此，Emdrive似乎能够发展推力而不需要使用反作用体。

本发明的示例性实施例还可以被用于，在不需要使用反作用体或用于创建推力的喷射EM能量的情况下生成推力，但是按不同于Emdrive的方法的方式来实现。除了基于空间的应用以外，本发明的实施例还可以被用于在基于地球的应用和其它应用中产生推力。

发明内容

本发明一示例性实施例提供了一种电磁推进器，其包括：包括导电内表面的轴向不对称谐振腔；和电耦接至该谐振腔的频率发生器。该谐振腔适于支持具有沿大致垂直于该腔的横平面的方向指向的振荡电场矢量的电磁（EM）驻波。该频率发生器被用于在该谐振腔中生成EM驻波。EM驻波与该轴向不对称谐振腔的导电内表面之间的EM交互创建了沿大致垂直于该横平面的方向的净不平衡力。

本发明另一示例性实施例提供了一种电磁推进器，包括：包括导电内表面的轴向不对称谐振腔；和电耦接至该谐振腔的频率发生器。该谐振腔适于支持具有沿大致垂直于该腔的横平面的方向指向的振荡电场矢量的电磁（EM）驻波。该频率发生器被用于在该谐振腔中生成EM驻波。EM驻波与该轴向不对称谐振腔的导电内表面之间的EM交互创建了沿大致平行于该横平面的方向的净不平衡力。

本发明另一示例性实施例提供了一种电磁推进器，包括：包括导电内表面的轴向对称谐振腔；和电耦接至该谐振腔的频率发生器。该谐振腔适于支持具有沿大致垂直于该腔的横平面的方向指向的振荡电场矢量的电磁（EM）驻波。该频率发生器被用于在该谐振腔中生成EM驻波。该轴向对称谐振腔包括至少一个信号端口。EM波与谐振腔和信号端口之间的交互在该谐振腔上创建了净不平衡力。所述净不平衡力可以大致平行于z轴，或者所述不平衡力可以大致平行于谐振腔的x-y平面。

本发明另一示例性实施例提供了一种利用谐振腔来生成不平衡力的方法。在该谐振腔中生成具有沿大致垂直于横平面的方向指向的振荡电场矢量的EM驻波。该EM驻波与该谐振腔的壁部和/或信号端口上的电荷和电流交互，以生成可以沿大致垂直于该横平面的方向或者沿大致平行于该谐振腔的横平面的方向的单向力。

附图说明

当结合附图阅读时，根据下面详细的描述，将最佳地理解本发明。强调的是，根据通常的实践，附图中的各个特征不是按规定比例的。与此相反，为清楚起见，所述各个特征的尺寸被任意扩展或缩减。附图中包括以下各图：

图1是例示了根据本发明的示例性推进器系统的示意性截面侧视图和俯视图；

图2是例示图1的示例性推进器系统的谐振腔的顶板的、示意性侧截面图、侧视图、立体图、以及仰视图；

图3是例示图1的示例性推进器系统的谐振腔的底板的示意性侧截面图、侧视图、以及俯视图；

图4是例示图1的示例性推进器系统的系统构造的系统图；

图5是本发明的概念证明实施例的顶板的示意性侧剖面图、俯视图、侧视图以及细节图；

图6是本发明的概念证明实施例的底板的示意性侧剖面图、仰视图、侧视图以及两细节图；

图7是图5和6的概念证明实施例的示意性侧截面图和俯视图；

图8是图5、6以及7的AAC和接合管道的剖面图、侧视图以及2个细节图；

图9是被用于测试图5、6、7以及8的概念证明实施例的杜瓦瓶（Dewar）的侧截面图和俯视图；

图10是图9的杜瓦瓶，图5、6、7以及8的概念证明实施例的侧视图、侧截面图、以及俯视图；

图11是图10中描绘的杜瓦瓶的顶部的细节图；

图12是被用于测试图5、6、7以及8描绘的概念证明实施例的锁相环路的示意图；

图13是被用于测试图5、6、7、8、9、10、11以及12中的概念证明实施例和杜瓦瓶的测力传感器（load cell）电路的输出的示意图Excel文件；

图14是被用于测试图5、6、7、8、9、10、11、以及12中的概念证明实施例和杜瓦瓶的测力传感器电路的输出的示意图Excel文件；

图15是被用于测试图5、6、7、8、9、10、11、以及12中的概念证明实施例和杜瓦瓶的测力传感器电路的输出的示意图Excel文件；

图16是根据数值法软件的网格的屏幕快照。该网格是图5、6、7以及8描绘的概念证明实施例的1/144；

图17是图16描绘的网格的特写屏幕快照图；

图18是根据图5、6、7、以及8描绘的概念证明实施例的一个快照的数值分析的数据点的Excel标绘图；

图19是图5、6、7、以及8描绘的概念证明实施例的横截面处一快照周围磁场的数值法描绘的屏幕快照；

图20是图5、6、7、以及8描绘的概念证明实施例的横截面处1/2快照周围磁场的数值法描绘的屏幕快照；

图21是图5、6、7、以及8描绘的概念证明实施例的BCS电阻的图表；

图22是针对图5、6、7、以及8描绘的概念证明实施例的、作为腔电阻和几何因子的函数的预测Q的图表；

图23是针对图5、6、7、以及8描绘的概念证明实施例的、图5的顶板的狭槽上的预测磁场强度与腔Q和输入功率的表面标绘图；

图24是被用于生成图23的表面标绘图的电子数据表；

图25是本发明一实施例的示例性谐振腔的底板的示意性侧剖面图，和俯视图；

图26是本发明一实施例的示例性谐振腔的顶板的示意性侧剖面图，和俯视图；

图27是本发明一实施例的、包括图26的顶板和图25的底板的谐振腔的示意性侧截面图；

图28是在本发明的示例性谐振腔中使用的盲板（blank plate）的示意性侧剖面图和俯视图；

图29是本发明一实施例的、包括图26的顶板和图28的盲板的谐振腔的示意性侧截面图；

图30是本发明一实施例的、包括图25的底板和图28的盲板的谐振腔的示意性侧截面图；

图31是与电子交互的传播电磁波的图；

图32是谐振电磁波的图；

图33是图25的底板的一个截面的细节图和图28的盲板的一个截面的细节图；

图34是图25的底板的一个截面的细节图和图28的盲板的一个截面的细节图；

图35是图25的底板的另选不对称特征的细节图和图28的盲板的一个截面的细节图；

图36是图25的底板的另选不对称特征的细节图和图28的盲板的一个截面的细节图；

图37是图26的顶板的一个截面的细节图和图28的盲板的一个截面的细节图；

图38是图26的顶板的一个截面的细节图和图28的盲板的一个截面的细节图；

图39是本发明的、并入万向节的一实施例的图；

图40是本发明的、并入三个谐振腔以实现6轴运动控制的一实施例的图；

图41是本发明的、使用更高EM工作模式的一实施例的示意性侧截面图；

图42是本发明一示例性方法的步骤的图；

图43是柱形型谐振腔的侧截面图和等轴侧截面图；

图44是图43的腔中的按最大值的电场的图；

图45是图43的腔中的按最大值的磁场的图；

图46是图43的谐振腔内部的坡印廷（Poynting）矢量的图；

图47是传播电磁波和谐振电磁波的坡印廷矢量的图表；

图48是图43的腔中的、根据TM₀₁₀EM波的电场施加的力矢量的描绘图；

图49是图43的腔中的、根据TM₀₁₀EM波的磁场施加的力矢量的描绘图；

图50是轴向对称、赤道方向不对称谐振腔的截面形状的图；

图51是根据在图50的腔中工作的TM₀₁₀EM波生成的电场的图；

图52是根据在图50的腔中工作的TM₀₁₀EM波生成的磁场的图；

图53是具有第二轴向对称的轴向不对称、赤道方向对称谐振腔的侧视图、侧剖面图、俯视图以及仰视图；

图54是本发明一实施例的、轴向不对称且赤道方向不对称的谐振腔的具有三个剖面图的侧视图；

图55是本发明一实施例的、轴向不对称而赤道方向对称的谐振腔的侧视图、仰视图、以及两剖面图；

图56是本发明一实施例的、轴向不对称而赤道方向对称的谐振腔的侧视图、仰视图、以及两剖面图；

图57是根据图56的实施例的两细节图；

图58是轴向不对称而赤道方向对称谐振腔的俯视图、侧视图以及侧剖面图；

图59是本发明一实施例的、轴向不对称且赤道方向不对称谐振腔的俯视图、侧视图以及两截面图；

图60是本发明一实施例的一个板的正视图、俯视图以及剖面图；

图61是轴向不对称且赤道方向不对称谐振腔的正视图和2剖面图；

图62是轴向不对称且赤道方向不对称谐振腔的正视图、俯视图、2剖面图、以及两细节图；

图63是轴向不对称且赤道方向不对称谐振腔的正视图、俯视图、以及2剖面图；

图64是轴向对称、赤道方向对称谐振腔的正视图、侧视图、以及侧剖面图；

图65是本发明的使用轴向且赤道方向不对称的四分之一波长谐振器的实施例的正视图、俯视图、仰视图、以及两剖面图；

图66是本发明的、使用具有凸突到谐振腔中的不对称特征的轴向不对称且赤道方向不对称谐振腔的一实施例的正视图、俯视图、以及2剖面图；

图67是图25的具有交替桥几何机构的底板的一个截面的细节图和图28的盲板的一个截面的细节图；

图68是图25的具有交替桥几何机构的底板的一个截面的细节图和图28的盲板的一个截面的细节图；

附图中的标号

100    AAC

101    底板

102    顶板

103    不对称特征

104    不对称特征

105    不对称特征

106    信号端口

107    信号端口

400    外壳

401    电源单元

402    中央控制单元

403    信号单元

405    冷却单元

500    顶板

501    信号端口A

502    信号端口B

508    桥

600    底板

700    谐振腔（还称为AAC700）

801    信号线缆

802    采集（pickup）线缆

803    可调节通孔

804    真空管

806    开孔

900    杜瓦瓶

901    真空阀

902    N2端口

903    N2端口

904    氦容器

905    护套

1001   真空泵

1101   支承臂

1102   支承托架

1103   螺杆A

1104   螺杆B

1105   平台A

1106   平台B

1107   真空阀

1108   波纹管

1200   PLL

1201   信号发生器

1202   动力驱动

1203   衰减器

1204   衰减器

1205   放大器

1206   耦合器

1207   功率表

1208   功率表

1210   动力驱动部

1211   频谱分析仪

1212   放大器

1213   动力驱动部

1214   示波器

1215   可调U形同轴线（Trombone）

1216   移相器

1217   放大器

1218   混合器

1219   衰减器

2500   底板

2501   磁场线

2502   磁场线

2503   狭槽

2506   箭头

2507   桥

2508   剖面

2600   顶板

2601   狭槽

2602   狭槽

2603   桥

2700   谐振腔

2701   场线

2800   盲板

2801   信号端口A

2801   信号端口B

3000   柱形腔

3001   轴

3002   箭头

3003   箭头

3301   壁部C

3302   壁部D

3601   不对称特征

3701   壁部A

3702   壁部B

3900   AAC

3901   万向节

4000   外壳

4001   AAC

4002   AAC

4003   AAC

4100   AAC

4101   底板

4102   顶板不对称特征

4103   底板不对称特征

4104   电场

4105   顶板

4200   谐振腔的构造

4201   将EM波提供到谐振腔中

4202   生成不平衡力

4203   调制单向推力

4300   柱形腔

5000   谐振腔

5300   AAC

5301   信号端口

5302   信号端口

5400   AAC

5401   信号端口

5402   信号端口

5403   狭槽

5500   AAC

5501   信号端口

5502   信号端口

5503   狭槽

5600   AAC

5601   信号端口

5602   信号端口

5603   狭槽

5800   AAC

5801   信号端口

5802   信号端口

5900   AAC

5901   信号端口

6000   底板

6001   信号端口

6100   AAC

6101   信号端口

6102   信号端口

6103   不对称特征

6200   AAC

6201   信号端口

6202   信号端口

6300   AAC

6301   信号端口

6302   信号端口

6303   狭槽

6400   谐振腔

6401   信号端口

6402   信号端口

6500   AAC

6501   信号端口

6502   信号端口

6503   狭槽

6600   谐振腔

6601   信号端口

6602   信号端口

6603   不对称特征

6701   桥

6702   基板层

6801   桥

具体实施方式

系统工作概述

图25、26以及27表示本发明的一示例性实施例。下面，对系统操作的基本概述进行描述。

图27中描绘了示例性轴向不对称谐振腔2700。谐振腔2700通过组合图26描绘的顶板2600和图25描绘的底板2500来创建。谐振腔2700是轴向不对称谐振腔。

可以在谐振腔2700内生成基本或一次谐振电磁（EM）谐波（即，EM驻波）。图27的虚线场线2701表示针对在谐振腔2700内工作的一次EM谐波驻波的电场的一个电场最大值。

图25的磁场线2501和磁场线2502表示在谐振腔2700内的360度波周期期间一次EM谐波的磁场方向。EM波的磁场每180度波周期反转极性（方向）。磁场线2501和磁场线2502的双向箭头表示360度EM波周期期间EM波的磁场线的两个方向。在谐振腔2700内工作的EM波的磁场方向在底板2500的狭槽附近的区域中具有与z轴平行的矢量分量。EM波的EM磁场方向的z分量在图25中未描绘。

在图27中，随着EM波的电场沿正z方向增加至最大量值，自由电子（和/或库珀对）被驱动到顶板2600的导电壁的中心部分（z轴附近）。最大浓度的盈余电子出现在腔2700的内腔壁上的、z轴穿过顶板2600的中心的区域中。顶板2600上的最大浓度的盈余电子在EM波周期中的、在EM波的电场沿正z方向具有最大量值时出现。

在EM波周期的、盈余负电荷（电子电荷）出现在顶板2600上的时段期间，盈余正电荷（质子电荷）出现在其中腔2700中心轴与顶板2500的内表面相交的区域中的顶板2500上。EM波的电场在位于顶板2600上的负电荷上施加一力。所述力的方向垂直于包含盈余电子的表面部分，并且所述力的方向向内指向并且朝着EM波的电场。EM波的电场在位于底板2500上的盈余正电荷上施加一力。所述力的方向垂直于包含底板2500上的盈余正电荷的表面部分，并且朝着谐振腔2700内的谐振EM波的区域。

在EM波周期的、在EM波的电场沿正z方向指向时的时段期间，由EM波在位于顶板2600和底板2500上的所有负和正电荷上施加的净z方向力沿正z方向。谐振腔2700上的这种时间平均力被计算为，通过EM电场在位于谐振腔2700的壁部上的盈余表面电荷上施加的力矢量的z分量在谐振腔2700的整个导电内表面上的时间（在180度EM波周期上）与表面积分。

方程1） $\stackrel{\‾}{F}=-\frac{1}{2}\underset{s}{\∫}{\mathrm{\ϵ}}_0{E}_{\max }^2\mathrm{da}$

其中：ε₀是介电常数

E_max是最大表面电场

随着EM波的电场沿负z方向增加至最大值，自由电子（和/或库珀对）被驱动到底板2500的导电壁的中心部分上。最大浓度的盈余电子出现底板2500的中心轴处，并且出现在波周期中EM波的电场沿负z方向具有最大值时。

在EM波周期中盈余负电荷（电子电荷）出现在底板2500的内表面上的时段期间，盈余正电荷（质子电荷）出现在顶板2600的内表面上。EM波的电场在位于顶板2600和底板2500的内表面上的正和负电荷上施加一力。所述力的方向垂直于包含盈余电荷的表面部分，并且朝着谐振腔2700内部的谐振EM波的区域。

在EM波周期中EM波的电场沿负z方向指向时的时段期间，由EM波在位于顶板2600和底板2500上的所有盈余负电荷和盈余正电荷上施加的净z方向力沿正z方向。这种时间平均力被计算为，通过EM波电场在位于谐振腔2700的腔壁上的盈余表面电荷上施加的力矢量的z分量在谐振腔2700的整个导电内表面上的时间（在180度EM波周期上）与表面积分。

因EM波电场与盈余表面电荷的交互而造成的时间平均净力在第一个180度EM波周期与第二个180波周期之间相同。

在其中谐振腔2700内的EM波具有非零磁场值的时段期间，在谐振腔2700的腔壁上感应出电流。随着自由电子（和/或库珀对）在谐振腔2700的内壁的导电表面上移动而产生AC电流。

随着电子横跨谐振腔2700的导电表面移动，EM波的磁场在该移动电子上施加一力。所述力的方向垂直于其中存在AC电流的腔表面，并且所述力的方向向外并且远离EM波的磁场区。

EM波的磁场在存在于谐振腔2700的内壁上的AC电流上的净力被计算为，通过EM磁场在位于谐振腔2700的内腔壁上的AC电流上施加的力矢量的z分量在谐振腔2700的整个导电内表面上的时间（在180度波周期上）与表面积分。

因EM波磁场与AC表面电流的交互而造成的谐振腔2700上的时间平均净z方向力在180度EM波周期上计算。因EM波磁场与AC表面电流的交互而造成的时间平均净力对于第一个180度EM波周期与第二个180度EM波周期是相同的。

由EM波的电场和磁场在位于谐振腔2700的壁部上的盈余电荷和AC电流上施加的净力构造性地组合以在谐振腔2700上生成时间平均净正z方向力。该时间平均净z方向力是不平衡力。

信号端口未在谐振腔2700上描绘。在计算与AC电流和盈余电荷交互的EM波的电场与磁场之间的交互的表面和时间积分时，该信号端口的表面被包括在该积分中。

通过谐振腔2700内的一次EM谐波的工作而产生的时间平均净不平衡z方向力生成推力。在一隔离环境中，通过本发明该示例性实施例（谐振腔2700）的工作来推进主体。通过本发明该示例性实施例生成的推进力生成推力，而不需要使用反作用体和改变该环境的隔离系统的动量。由本发明该示例性实施例生成的所述不平衡力可以在该示例性实施例按针对谐振腔2700的大于180度的TM₀₁₀EM工作基波的稳定状态工作时，改变该实施例（针对初始参照系）的净动能。

本发明该实施例（谐振腔2700）还可以在由该实施例生成的净不平衡力矢量与由该实施例推进的主体的质心不一致时，在一主体上生成不平衡角向力。由该实施例生成的不平衡角向力使该实施例改变该实施例的隔离系统的净角动量。

贯穿本申请使用的定义

谐振腔：是由可以支持电磁驻波的导电材料构成的中空形状。

z轴：穿过在谐振腔内工作的谐振EM波的电场的中心波腹的轴。该z轴与EM波在电场波腹处的电场线一致。

轴向不对称谐振腔：环绕谐振腔的中心轴（z轴）不对称的谐振腔。信号端口不影响轴向不对称。轴向不对称谐振腔贯穿本申请还被称为AAC。图1、7、59以及65描绘了轴向不对称谐振腔。

轴向对称谐振腔：环绕谐振腔的中心轴（z轴）对称的谐振腔。信号端口不影响轴向对称。图43和50描绘了轴向对称谐振腔。

赤道方向对称谐振腔：环绕谐振腔的x-y平面对称的谐振腔。该x-y平面是垂直于z轴并且与谐振腔的赤道壁的中心线相交的平面。赤道方向对称谐振腔可以轴向对称，或者轴向不对称。信号端口不影响赤道方向对称。图53、56、以及58描绘了赤道方向对称谐振腔。

赤道方向不对称谐振腔：环绕谐振腔的x-y平面（或者平行于谐振腔的x-y平面的任何其它平面）不对称的谐振腔。该x-y平面是垂直于z轴并且与谐振腔的赤道壁的中心线相交的平面。赤道方向不对称谐振腔可以轴向对称，或者轴向不对称。信号端口不影响赤道方向不对称。图1、7、27、50以及54描绘了赤道方向不对称谐振腔。

第二轴轴向对称；其中谐振腔环绕不是z轴的一轴轴向对称的谐振腔的轴向对称。第二轴轴向对称谐振腔也可以轴向对称，或者可以轴向不对称。第二轴轴向对称谐振腔也可以赤道方向对称，或者可以赤道方向不对称。信号端口不影响第二轴向对称。图53描绘了具有第二轴轴向对称的谐振腔。

单向推力：在不使用反作用体或喷射EM能的情况下生成的推力。单向推力通过不平衡力生成。单向推力使隔离系统改变该隔离系统的净动量。单向推力的推力矢量与通过单向推力生成的加速度矢量方向相同，并且和生成单向推力的不平衡力矢量方向相同。

不平衡力：在没有生成相等且方向相反的第二力的情况下生成的力。不平衡力生成单向推力。

单向力：不平衡力。

大致同相：两个振荡实体之间的相位角小于或等于45度。

大致异相：两个振荡实体之间的相位角等于或大于45度，并且等于或小于90度。

大致平行：两个实体之间的角小于或等于45度并且大于或等于0度。

大致垂直：两个实体之间的角小于或等于90度并且大于或等于45度。

大致抽空：指谐振腔内部的真空度，其中，该腔中的真空压力小于谐振腔外部环境压力水平的10%，或者（在环境压力接近于零时）其中，该腔中的真空压力小于1torr。

信号端口：谐振腔壁表面中的开孔，该开孔用于以下目的：将EM功率引入谐振腔中、监测谐振腔中的EM波能量、控制谐振腔中的EM波能量、或者监测和/或控制谐振腔内部的其它参数，包括但不限于：温度、和/或腔形状、和/或腔内的部件的位置。信号端口在估算轴向对称/不对称、赤道方向对称/不对称、以及第二轴向对称时不被考虑，除非信号端口开孔的截面积大于总谐振腔壁表面积的5%。

TM₀₁₀EM波：驻波模式，其中，E_z不等于零而H_z为零（存在环绕Hz不为零的轴向不对称特征的一些局部化区）。

驻波：谐振波

EM波动力学

谐振电磁波是本发明的实施例的工作必不可少的。谐振腔内部的谐振波具有与传播EM波的特性不同的特性。本发明的实施例的谐振腔采用谐振EM波的唯一特性来生成不平衡力。

标准电磁波交互中的动量传递

传播电磁波与电荷交互，并且向那些带电粒子赋予动量。传播EM波的动量被表达为：

方程（1）

其中：ρ=波动量（kg·m/s）

E=波能量（焦耳）

c=光速（m/s）

当传播EM波被物质反射开、穿过物质、或者被物质吸收时，其根据标准动量守恒方程向所述物质赋予动量。在反射表面上施加的辐射压力例示这种原理。

太阳帆采用通过反射太阳EM能的辐射压力来生成推力。激光引擎是一种概念发动机，其使用从推进系统发射的激光能，以沿与所发射激光能相反的方向驱动该推进系统。

用于传播EM波的标准动量传递

图31描绘了与自由电子交互的传播EM波。

该EM波在沿正x方向传播。随着EM波的、指向负z方向的电场越过该电子，该电子将被施加沿正z方向的力。因电子与EM波的电场的交互而造成的电子的运动产生沿负z方向的、与EM波的磁场交互的小电流。随着电子被施加沿正z方向的力（产生沿负z方向的电流），EM波的指向正y方向的磁场将在电子上产生沿正x方向的力。该电子经历沿正x方向的力，并且沿正x方向加速。

当EM波的具有指向正z方向的电场的一部分越过该电子时，该电子将被施加沿负z方向的力（产生沿正z方向的电流）。EM波的指向负y方向的磁场与该电流交互，并且该电子经历沿正x方向的力，并且沿正x方向加速。

动量在上述交互中守恒。EM波因在该电子上作的功而能量减少。EM波的能量减少还对应于根据方程（1）的、EM波的动量的减少。EM波的动量减少因电子的动量增加而平衡化。减少总是沿和EM波的传播方向相同的方向，通过传播EM波将动量赋予带电粒子。

为了执行电子上的功，传播EM波的光子必须是以下任一者：

a）被电子吸收（对应于电子的更高动能、在接合至电子的任何事物中加热、或者电子或接合至电子的任何物质中的光子能的某一其它表现）。

b）以稍微更高的波长从振荡电子重新发射（对应于光子能的减少）。

传播EM波动量传递根据：

a）EM波电场，用于产生位于EM波电场的区域内的带电粒子的移动。

b）EM波磁场，用于与因电场与带电粒子的交互而产生的电流交互。

c）传播波的电场和磁场必须同时作用在电子上，以向带电粒子赋予动量。

谐振波动量

图32表示谐振EM波（还已知为驻波）的电场和磁场。谐振波通过在其本身上反射传播EM波而产生。在谐振腔中，谐振EM波因该腔的恰当设计和EM波能量的恰当信号发生和控制而生成并维持到所述谐振腔中。

传播EM波与谐振EM波之间存在两个主要差异。这些差异为：

a、谐振波的电场和磁场在位置上90度异相。传播EM波的电场和磁场的位置同相。

b、谐振波的电场和磁场在时间上90度异相。传播EM波的电场和磁场在时间上同相。

因为谐振电磁波的电场与磁场之间的时间相位差和位置相位差，所以时间平均（在180度波周期上）E×B矢量（还称作坡印廷矢量）总是为零。在谐振波中不存在能量传播的时间平均方向，并且该波的净动量为零（假定稳定状态工作条件）。在谐振腔内，在具有E×B矢量的谐振波场内存在局部化区域，但在180度波周期上，这些局部化区域中的时间平均坡印廷矢量为零。谐振腔内的整个谐振场在180度上的时间平均坡印廷矢量总是为零。

注意：时间平均坡印廷矢量在具有无限Q的谐振腔中为零，并且在那里，EM波在该腔上不进行非耗散功。在实际腔工作中，随着EM能量存在的较小非零坡印廷矢量通过信号端口迁移到该腔中和/或从腔信号端口迁移出。针对有限Q腔和/或具有执行非耗散功的EM波能量的多个腔的该非零时间平均坡印廷矢量与能量密度相同的传播EM波相比，具有可忽略的时间平均坡印廷矢量。

贯穿谐振腔的EM波动量通过干涉图案来抑制。在图32中的点A处放置了较小的点电荷。点A是谐振EM波的电场的波腹。点A处的带电粒子因点A周围的振荡电场的电势而被施加沿正和负z方向的力。因为点A还是磁场的节点，所以点A处不存在磁场。因带电粒子沿正和负z方向振荡，而不存在沿x方向针对点A处的带电粒子的动量传递。磁场在点A处总是为零，并且点A的任一侧（沿x方向）上的磁场效应因点A的任一侧上的磁场总是极性相反而总是抵消。

在谐振波的z方向同质振荡电场中，带电粒子在谐振EM波的许多波周期上，将不获得沿任何方向的动量，但沿着平行于z轴的路径持续振荡通过点A。在没有z方向同质性的情况下，在谐振波的振荡电场中，带电粒子因有质动力而沿正或负z方向从谐振EM波逐出。

在上述振荡粒子的示例中，带电粒子沿垂直于局部化坡印廷矢量的轴移动，该局部化坡印廷矢量在谐振波的180度周期内的时间间隔期间存在。

图32的点B位于谐振EM波的电场节点处。电场在点B处总是为零。点B处的静粒子不经历来自谐振波的电场的力。位于点B处的粒子将不从点B移动，并由此，任何时候都不经历来自图32的点B处的谐振EM波的振荡磁场的力。

在沿着x轴的、点A与点B之间的点处，带电粒子因E×B力而经历x方向力。由带电粒子在点A与点B之间的点处经历的时间平均力因电场和磁场按时间90度异相而为零。当该电场正指向正z方向时，谐振波的磁场指向正和负y方向。当该电场正指向负z方向时，谐振波的磁场指向正和负y方向。沿x轴的、在点A与点B之间的任何点处处于固定位置的带电粒子将不经历来自EM波的时间平均净力。不在固定位置的带电粒子因有质动力而从波场逐出。

结论：不总是存在用于谐振波带电粒子交互的针对传播EM波至带电粒子的动量传递机制。谐振波不具有时间平均（在180度EM波周期上）净动量，并且不能向固定位置的带电粒子赋予动量。

谐振腔动力学

谐振腔工作

图43表示柱形腔4300的两剖面图。沿着对称轴（z轴）定位的柱形腔4300的腔壁中的两个孔被用于考虑到EM能量进入腔的信号线缆，并且被用于要接合至该腔的反馈控制回路（这些信号线缆系统在图43中未描绘）。

柱形腔4300轴向对称且赤道方向对称。

图44表示柱形腔4300内的谐振EM波的处于最大幅度的电场的分布图。按最小幅度，谐振腔内部的电场在该腔中的所有点处为零。谐振EM波在柱形腔4300内按一次谐波模式（TM₀₁₀）工作。柱形腔4300内部的EM谐振波的电场的分布利用贝塞尔函数建模。

图45描绘了柱形腔4300内的EM波的处于最大幅度的磁场量值的分布图。按最小幅度，柱形腔4300内部的磁场在该腔中的所有点处为零。谐振波在柱形腔4300内按一次谐波模式工作。柱形腔4300内部的磁场的行为利用贝塞尔函数建模。

当柱形腔4300内的EM谐振波的电场具有在最大正或负值时，EM谐振波的磁场在柱形腔4300内各处具有零幅度。当EM波的磁场在柱形腔4300内具有最大正或负值时，柱形腔4300内的EM谐振波的电场贯穿该腔具有零量值。

柱形腔4300内的谐振EM波的能量在两个状态之间振荡：呈现为100%的电场能量和0%的磁场能量，呈现为100%的磁场能量和0%的电场能量。在所述状态之间的转变期间，EM波的能量呈现为电场能量和磁场能量两者。柱形腔4300内的谐振EM波的干涉图案造成谐振EM波的电场与磁场之间的时间和位置相位差。

图46描绘了柱形腔4300内的谐振EM波的局部化坡印廷矢量。这些坡印廷矢量平行于x-y平面。当在谐振波的整个区域上和/或180度波周期上求和时，这些坡印廷矢量抵消并且谐振EM波具有零净值坡印廷矢量。时间平均（在180度波周期上）净谐振波动量还通过向谐振波赋予时间平均净零动量矢量的干涉图案来抑制。

谐振波的时间平均（在180度波周期上）净动量总是为零。谐振波具有磁场能量并且具有可用于做功的电场能量。通过该波的能量场做的任何功将减少波的能量，但因为波动量的时间平均净值因干涉效应而保持接近零，所以不改变波动量。谐振腔内的谐振EM波的时间平均零净动量被本发明的实施例采用以产生不平衡力。

图47描绘了在自由空间中行进的传播EM波的坡印廷矢量和在谐振腔内工作的谐振EM波内的单一点处的坡印廷矢量。传播EM波和谐振EM波都具有相同波长。图47示例了传播EM波与谐振EM波的坡印廷矢量之间的差异。

图47的水平平坦虚线表示零幅度坡印廷矢量。针对图47的水平标度表示540度EM波周期。图47中的垂直标度表示针对坡印廷矢量的幅度和方向。在180度EM波周期上，谐振波场内的每一个点都具有坡印廷矢量，其当在180度波周期上求和时生成净零矢量。传播EM波的坡印廷矢量是单向的并且具有非零净幅度。谐振波的时间平均（在180度上）坡印廷矢量在谐振场内的每一个点处并且对于谐振波电场和磁场的整个区域的和来说总是为零。谐振波场内的单个点处的局部化坡印廷矢量在180度EM波周期上不是单向的。

在图43的柱形腔4300中，柱形腔4300的以TM₀₁₀频率工作的谐振EM波不生成单向推力。柱形腔4300经历根据在柱形腔4300内维持TM₀₁₀谐振EM波的力。图43的柱形腔4300因在柱形腔4300内维持谐振EM波而在腔壁上经历两类力。这两类力是电场力和磁场力。图48和49中表示由柱型谐振腔内的电场力和磁场力产生的力矢量。该组合电磁场力还被称作洛伦兹力。

由柱形腔4300内的谐振EM波施加的一个力是电场力，其主要集中在柱形腔4300的轴中心附近。图48描绘了横跨柱形腔4300的截面（截面贯穿柱形腔4300的轴中心）的电场力的分布。柱形腔4300内的电场与盈余电荷交互，该盈余电荷集中在柱形腔4300的上和下内表面上。柱形腔4300的上内表面上的盈余电荷与柱形腔4300的下内表面上集结的盈余电荷极性相反。利用柱形腔4300谐振的EM波的电场与柱形腔4300的上和下表面上的盈余电荷交互，并且生成图48中描绘的力矢量。图48中的箭头的长度描绘了由谐振EM波的电场在位于柱形腔4300的内壁上的盈余电荷上施加的力的相对长度。

由柱形腔4300内的谐振EM波施加的另一力是磁场力。由EM谐振波在柱形腔4300的壁部上施加的磁场力主要集中在柱形腔4300的赤道壁部附近，并且远离柱形腔4300的轴中心。柱形腔4300内的EM波的振荡磁场在柱形腔4300的内表面上生成AC电流。这些AC电流与EM波的磁场交互，并且生成洛伦兹力，该洛伦兹力从柱形腔4300的中心向外指向，并且垂直于柱形腔4300的存在AC电流的壁部。图49描绘了由谐振EM波在柱形腔4300的壁部上施加的磁场力的方向和量值。

柱形腔4300内的EM谐振波的能量从呈现在谐振EM波的电场中振荡成呈现在谐振EM波的磁场中。由与柱形腔4300的内壁上的电荷交互的EM波的电场生成的力矢量的量值与EM波的电场强度的绝对量值同相振荡。由与柱形腔4300的内壁上的AC电流交互的EM波的磁场生成的力矢量的量值与EM波的磁场强度的绝对量值同相振荡。

在本发明的实施例中，由谐振腔内工作的谐振EM波的电场和/或磁场产生的力矢量被用于生成不平衡力。本发明的实施例的谐振腔的形状被设计成，生成由EM谐振波的电场和/或磁场与位于谐振腔壁上和信号端口壁上的电荷和/或电流的交互而产生的净力矢量中的时间平均净不平衡。

在本发明实施例的谐振腔上产生的时间平均净力矢量中的所述净不平衡在谐振腔上生成时间平均（在180度波周期上）净不平衡力。净不平衡力被用于在本发明实施例的谐振腔上生成线性和/或角向的不平衡力。

本发明的实施例生成不平衡力，其产生线性推力，并且该线性推力使该实施例改变该实施例的隔离系统的净线性动量。

本发明的实施例生成不平衡力，其生成旋转推力，并且该旋转推力使该实施例改变该实施例的隔离系统的净角动量。

本发明的实施例生成不平衡力，其产生线性推力和旋转推力，并且该线性推力和旋转推力使该实施例改变该实施例的隔离系统的净线性动量和净角动量。

本发明的生成针对基本工作EM波的一个以上波周期的不平衡力的实施例可以针对该实施例的初始参照系改变该系统的净能量（该实施例的势能和动能）。

轴向对称腔动力学：

谐振腔从维持谐振腔内的谐振电磁波而经历两类力。那些力归因于：

1）谐振波的电场与包含在谐振腔的壁部上的电荷交互。贯穿本申请，该力被称为电场力或EFF，或者称为电场推进力或EFP。

2）谐振EM波的磁场与在谐振腔的壁部上的AC电流交互。贯穿本申请，该力被称为磁场力或MFF，或者称为磁场推进力或MFP。

该组合的EFF和MFF还被称为洛伦兹力。

轴向对称谐振腔是由轴向对称表面构成的谐振腔（该表面包括谐振波的边界与谐振腔壁的接触面）。所述表面关于该腔的中心轴对称，并且该轴被称为z轴。该z轴是与工作用于该腔的EM波的电场波腹相交的轴线，并且该z轴平行于EM谐振波的、被轴向对称腔包含的谐振EM波的波腹处的电场线。

轴向对称、赤道方向对称谐振腔动力学：

图43描绘了柱形腔4300，并且环绕z轴轴向对称。柱形腔4300还环绕x-y平面对称，该x-y平面穿过柱形腔4300的赤道壁的中心线，但该对称不是轴向对称，其是赤道方向对称。柱形腔4300轴向对称并且柱形腔4300赤道方向对称。

赤道方向对称：环绕一平面几何对称，并且所述平面平行于x-y平面，以使被所述平面横切的谐振腔的两半部分为镜像。谐振腔在所述平面中的至少一个存在时赤道方向对称。

柱形腔4300利用TM₀₁₀谐振EM波工作。由于腔对称，因而柱形腔4300不经历因谐振波的电场与包含在谐振腔的壁部上的电荷交互而造成的沿z方向的净力。由EM波的电场在位于柱形腔4300的底半部分上的盈余电荷上施加的正z方向力被EM波的电场在位于柱形腔4300的顶半部分上的盈余电荷上施加的负z方向力平衡化。

由于腔对称，因而柱形腔4300不经历因谐振EM波的磁场与包含在柱形腔4300的壁部上的AC电流交互而造成的沿z方向的净力。由EM波的磁场在位于柱形腔4300的顶半部分的内表面壁上的AC电流上施加的正z方向力被EM波的磁场在位于柱形腔4300的底半部分的内表面壁上的AC电流上施加的负z方向力平衡化。

当在整个腔上求和时，施加在位于柱形腔4300壁上的AC电流和盈余电荷上的电场力和磁场力为零。在柱形腔4300中操作TM₀₁₀EM波不在柱形腔4300上施加时间平均净力。柱形腔4300是轴向对称谐振腔。

信号端口：柱形腔4300上的信号端口也是轴向对称且赤道方向对称的，并且EM波在信号端口上不施加时间平均净不平衡力。

结论：

a）轴向且赤道方向对称谐振腔因电场力而不在谐振腔上产生时间平均净力。

b）轴向且赤道方向对称谐振腔因磁场力而不在谐振腔上产生时间平均净力。

c）轴向且赤道方向对称谐振腔因组合电场力和磁场力而不在谐振腔上产生时间平均净力。

轴向对称、赤道方向对称谐振腔不经历时间平均、净不平衡洛伦兹力。

轴向对称、赤道方向不对称谐振腔动力学：

图50描绘了谐振腔5000的截面图的一半。谐振腔5000是关于z轴对称的谐振腔。z轴与图50的图中的最左侧线一致。谐振腔5000不是赤道方向对称谐振腔。谐振腔5000也没有第二轴轴向对称。

谐振腔5000利用TM₀₁₀EM谐振波工作。图50中的谐振腔5000上的顶侧线表示开孔（非腔壁）并且该腔通过该开孔装填EM能量。谐振腔5000将经历腔壁上的净z方向电场力和净z方向磁场力两者。

图51中的箭头描绘了谐振腔5000在电场最大值下的电场。图51中的箭头的长度描绘了该腔中的在箭头的位置处的电场强度。箭头方向描绘了该腔中的在箭头的位置处的电场的方向。电场的方向在EM波的波周期移位180度时反转。谐振腔5000上的因电场力而造成的时间平均净z方向力矢量不为零。在谐振腔5000上存在因电场力而造成的时间平均净正z方向力。

谐振腔5000具有TM₀₁₀EM频率598.16MHz，并且在具有7.5焦耳的稳态存储能量的稳定状态下按该TM₀₁₀工作。在谐振腔5000的腔壁上存在因沿正z方向的约53牛顿的电场力而造成的净时间平均力。谐振腔5000的数值分析结合在Microsoft Excel中的数值结果的后处理，利用软件Superfish来执行。

图52中的圆圈描绘了谐振腔5000在磁场最大值下的磁场。图52中的圆圈的直径描绘了该谐振腔5000中的在圆圈的位置处的磁场强度。图52描绘的磁场方向为进入页面的平面中（并且远离读者）。磁场的方向在EM波的波周期移位180度时反转。谐振腔5000上的因磁场力而造成的时间平均（在180度上）净z方向力矢量不为零。在谐振腔5000上存在因磁场力而造成的时间平均净负z方向力。

谐振腔5000具有TM₀₁₀频率598.16MHz，并且在具有7.5焦耳的稳态存储能量的稳定状态下按该TM₀₁₀工作。在谐振腔5000的壁上存在因沿负z方向的约53牛顿的磁场力而造成的时间平均净力。

谐振腔5000上的因组合电场力和磁场力而造成的时间平均（在180度波周期上）净z方向力为零。

谐振EM波的电场和磁场在时间上90度异相。在谐振EM波的180度波周期内，在谐振腔5000上存在净不平衡z方向力的时段。在谐振腔5000中，波周期的其中在与EM波的磁场中相比在电场中存在更多能量的时段将导致施加在该腔上的净正瞬间z方向力。在谐振腔5000中，EM波周期的、其中在与EM波的电场中相比在磁场中存在更多能量的时段将导致施加在该腔上的净负瞬间z方向力。当作用于谐振腔5000上的时间平均（在180度波周期上）电场力和磁场力在整个腔上求和时，获得净零时间平均z方向洛伦兹力。

轴向对称（关于z轴）谐振腔的截面形状当在所述腔内操作谐振EM波时可以在该腔上导致净z方向电场力的不平衡。施加在所述腔上的净时间平均z方向磁场力在量值上等于所述腔上的净时间平均z方向电场力，而方向与其相反。净z方向电场力同相地从最小值振荡至最大值，具有EM波的电场的绝对量值的平方。净z方向磁场力同相地从最小值振荡至最大值，具有EM波的磁场的绝对量值的平方。

结论：赤道方向不对称的轴向对称谐振腔可以具有非零时间平均净z方向电场力和非零时间平均净z方向磁场力，但在轴向对称谐振腔上的组合电场力和磁场力的180度EM波周期上的时间平均和总是为零。

a）不赤道方向对称的轴向对称谐振腔可以因电场力而在谐振腔上产生时间平均净力。

b）不赤道方向对称的轴向对称谐振腔可以因磁场力而在谐振腔上产生时间平均净力。

c）所有轴向对称谐振腔（赤道方向对称和赤道方向不对称）因组合电场力和磁场力而不在谐振腔上产生非时间平均净力。

本发明实施例中的单向力生成

两种机构负责生成由本发明实施例产生的单向力。这些机构是磁场推进（MFP）机构，和电场推进（EFP）机构。这些推进机构需要用于生成不平衡力的轴向不对称谐振腔，和/或用于生成不平衡力的轴向不对称和/或赤道方向不对称信号端口。

轴向不对称谐振腔（AAC）：

轴向不对称腔可以赤道方向对称或者可以赤道方向不对称。

本发明的轴向不对称而赤道方向对称的实施例生成线性和/或角向不平衡力。

本发明的轴向不对称且赤道方向不对称的实施例生成线性和/或角向不平衡力。

赤道方向对称的轴向不对称谐振腔可以具有第二轴对称。第二轴对称是谐振腔关于不是该谐振腔的z轴的轴的轴向对称。

图53描绘了AAC5300。AAC5300是赤道方向对称的轴向不对称谐振腔，并且具有第二轴对称。图53中的信号端口5301和5302是被用于向AAC5300中提供EM波能量并且用于监测和控制AAC5300中的EM波能量的信号端口。

AAC5300赤道方向对称，因为AAC5300关于x-y平面对称（信号端口5301和5302不影响AAC5300的轴向对称、赤道方向对称或第二轴对称）。

AAC5300具有第二轴对称，因为AAC5300环绕x轴轴向对称。AAC5300轴向不对称，因为AAC5300环绕z轴不轴向对称。

除了信号端口5301和5302上的效应以外，AAC5300不通过本发明的组合MFP和EFP机构来产生时间平均（在180度波周期上）净不平衡力。AAC5300上的时间平均MFP和EFP净力（信号端口/EM波交互除外）为零。

存在因EM波的电场和磁场与位于信号端口5301和5302的壁部上或附近的盈余电荷和AC电流的不对称交互，而在AAC5300上产生的较小时间平均（在180度EM波周期上）不平衡力。

用于谐振腔的信号端口的主要目的是在谐振腔中引入、调制以及控制EM功率。在本申请之前，不存在使得将谐振腔上的信号端口设计成和/或确定成，在该谐振腔利用谐振EM波工作时，在谐振腔上产生时间平均不平衡力的现有技术。

本发明的实施例被设计成，使得信号端口位置和信号端口设计增加根据本实施例上的组合EFP和MFP机构而产生的时间平均（在180度波周期上）净不平衡力。所述信号端口被设计成，与EM波的电场和磁场不对称地交互，以在该实施例上生成时间平均净不平衡力。所述不平衡力的力矢量可以构造性地添加至由本实施例产生的时间平均净不平衡力。

轴向不对称谐振腔（AAC）被本发明的实施例利用。AAC是部分或全部由轴向不对称表面构成的谐振腔（该表面包括谐振EM波的边界与谐振腔壁的接触面）。所述表面关于z轴不对称（该不对称表面关于绕z轴的360度扫描改变）。该z轴是与AAC的EM工作波的电场波腹相交的轴线，并且平行于被AAC包含的谐振EM工作波的电场波腹处的电场线。该线贯穿本文档被称为z轴。

对于本发明的其中使用TM₀₁₀EM工作的实施例来说，z轴位于EM波的单一波腹处。

AAC的轴向不对称表面被限定为：具有形状随着半径（处于二维形状的平面中）环绕z轴旋转360度而改变的截面形状（该截面形状被限定为在包含平行于x-y平面的半径的平面中的二维形状，z轴、所述二维形状被AAC内导电表面的边界描画出）的壁表面。所述半径的旋转的路径平行于x-y平面。该x-y平面垂直于z轴。

轴向对称谐振腔具有关于谐振腔的z轴的轴向对称性。轴向不对称谐振腔（AAC）没有关于谐振腔的z轴的轴向对称性。

对于本发明的其中使用更高模式EM波的实施例来说，z轴位于EM波的电场波腹处，其最接近谐振腔的几何中心，并且z轴在所述波腹处平行于EM波的电场线。

轴向不对称特征是使谐振腔轴向不对称的谐振腔壁的部分。被用于将EM波能量引入该腔中的信号端口和被用于测量、和/或监测、和/或控制EM波能量或执行该腔中的其它功能的信号端口不是本发明的实施例的轴向不对称特征，除了在其中信号端口和谐振腔的相交的截面的表面积大于谐振腔内表面积的5%的实施例中以外。

图58描画了AAC5800，并且是赤道方向对称的轴向不对称谐振腔。AAC5800不根据AAC5800内的EM波的工作来产生不平衡力。AAC5800不是本发明的实施例。

图59描绘了AAC5900，并且是轴向且赤道方向不对称的谐振腔。AAC5900除AAC5900具有添加至AAC5900的不对称特征以外，其余和AAC5800相同。图59描绘了添加至AAC5900的不对称特征，并且是狭槽。AAC5900是本发明一实施例，并且当在AAC5900内谐振具有恰当波长的EM波时，产生环绕AAC5900的y轴生成一扭矩的不平衡力。

图43的柱形4300是轴向对称谐振腔。图30的AAC3000是柱形型腔并且AAC3000是轴向不对称的。AAC3000由图25描绘的底板2500和图28描绘的盲板2800联合构成。AAC3000具有处于该腔的底半部分（底板2500）上的72个狭槽（图25中描绘）。该72个狭槽是AAC3000的轴向不对称特征。图28的信号端口2801A和2801B不是AAC3000的轴向不对称特征，因为信号端口2801A和2801B被用于将EM能量引入并调制到AAC3000中，而不包括该腔的内腔壁与真空室之间的接触面的、5%以上的表面积。如果该72个狭槽从AAC3000去除，则AAC3000将不再轴向不对称，并且AAC3000将成为轴向对称谐振腔。ACC3000的该72个狭槽是AAC3000的轴向不对称特征。

AAC3000不是赤道方向对称的，因为不存在平行于x-y平面的切面，以使通过所述切面生成的AAC3000的两半部分环绕所述切面对称。

AAC3000没有第二轴对称，因为不存在AAC3000关于其具有轴向对称的轴（其不是z轴）。

通过恰当设计AAC，根据由MFP和EFP机构产生的时间平均净力矢量的组合生成的时间平均净力矢量不为零。由MFP和EFP机构产生的力单独作用和/或组合以在本发明的实施例上生成线性的和/或旋转不平衡力。在本发明的实施例中，MFP和EFP机构可以单独作用于AAC，以生成不平衡力。本发明的实施例可以生成线性和/或角向的不平衡力（在接合至该实施例的主体上产生线性动量和/或角动量变化）。

不产生单向力的轴向不对称腔是本领域技术人员已知的。本领域技术人员已知的许多AAC系统被用于除了产生单向推力以外的其它目的。轴向不对称的每一个谐振腔不必产生不平衡力。通过本发明的MFP和/或EFP机构来产生不平衡力的每一个谐振腔轴向不对称，和/或具有通过MFP和EFP机构生成不平衡力的信号端口。到本申请的日期为止，不存在有关出于在谐振腔上产生单向力的目的的、EM波与信号端口交互的现有技术。

磁场推进（MFP）机构：

MFP机构通过在由与在本实施例的谐振腔的内导电壁上流动的电流交互的EM波磁场的交互而生成的磁场感应洛伦兹力中产生不平衡，而在本发明的实施例中产生不平衡力。

本发明的实施例的AAC具有多种形状，但具有轴向不对称表面（特征）的柱形腔是本发明的考虑到例示MFP机构的实施例。图25、28、以及30表示柱形腔3000。柱形腔3000是AAC。柱形腔3000具有轴向不对称表面，其与在柱形腔3000内工作的TM₀₁₀EM波的磁场交互以生成单向力。图28描绘了盲板2800，并且盲板2800是柱形腔3000的顶板。柱形腔3000通过联合盲板2800与底板2500而形成。盲板2800中的两个孔是被用于向柱形腔300提供动力和用于连接反馈控制电路的耦接端口（信号端口）。图25描绘了底板2500。底板2500具有72个狭槽，其包括柱形腔3000的轴向不对称特征。狭槽2503描绘了底板2500的72个狭槽中的一个。底板2500的所有狭槽在形状上与狭槽2503相同。任何数量的轴向不对称特征可以被用于本发明的实施例AAC中，并且本发明的实施例AAC的不对称特征不需要在形状上统一。

在柱形腔3000内按一次谐波模式工作的谐振EM波生成具有处于该腔的赤道壁处的电场节点和沿图25、28以及30的中心线（z轴）定位的磁场节点的驻波。在TM₀₁₀EM波在柱形腔300内的工作期间，EM波的电场和磁场在时间上90度异相。因为由谐振EM波生成的干涉图案，所以电场在柱形腔3000的轴中心处最强，而磁场朝向柱形腔3000的外壁部最强。

图25中的狭槽表示柱形腔3000的轴向不对称特征。当柱形腔3000利用TM₀₁₀EM波谐振时，在柱形腔3000的壁部上生成电流。在图30上，这些电流将沿着柱形腔3000的壁部从点A移动至点B，在位于图25上描绘的狭槽之间的AAC内壁表面上经过。在柱形腔3000的内壁上行进的AC电流跟随由图30中的箭头3002和箭头3003描绘的路径。用于AC电流的单一路线在图25中被描绘为箭头2506。在图25的附加狭槽之间存在七十一条附加的相同路线。针对这些附加路线的箭头在图25中未描绘。

在图33和34中描绘了桥2507的截面（图25中的剖面2508处的截面）的详细图。在柱形腔3000的壁部上流动的AC电流将横跨桥2507的顶部行进，并且一些电流将沿桥2507的侧壁行进。该AC电流垂直于图33和34的平面行进。在图22和24中，AC电流被描绘为圆圈。该圆圈的尺寸表示在桥507的壁部上该点的AC电流的强度。图33的圆圈中的X描绘了进入图33的平面中（远离读者）的AC电流方向。图34的空圆圈表示从图34的平面向上（朝向读者）的AC电流方向。

在第一个90度EM波周期期间，电流如图33所描绘地行进。在第二个90度EM波周期期间，电流将如图34所描绘地行进。AC表面电流与在柱形腔3000内工作的EM波的磁场的磁场强度和方向同相地改变。磁场线在图33和34中被描绘为箭头。图33和34中的箭头的尺寸表示在柱形腔300中该点处的磁场的强度。该箭头长度代表场强，并且箭头长度不必比例化。指向图33和34的右侧的z方向箭头不是磁场线。z方向箭头描绘了正z方向。

随着柱形腔3000的壁部上的AC电流在正常工作期间在桥2507上振荡，一些电流将被汲取到位于桥2507的任一侧上的垂直壁上。这种垂直壁在图33和34中被描绘为壁部C3301和壁部D3302。壁部C3301和壁部D3302上以及桥2507的顶部上的AC电流随着在柱形腔3000中工作的TM₀₁₀EM波的磁场的最小与最大幅度而同相地达到最小与最大幅度。

当柱形腔3000的壁部上的电流与EM波的磁场交互时，生成一力。该力是洛伦兹力的磁场感应分量。所述洛伦兹力的力矢量的方向总是处于针对电流方向和磁场方向两者的直角，并且可以利用物理学右手定则来确定。谐振腔中的磁场感应洛伦兹力将总是指向包含谐振EM波的腔壁的表面中。

在柱形腔3000的壁部上的、存在电流和磁场交互（因谐振波而造成）的每一个点处，存在从EM波向外推动的力。时间平均（在180度波周期上）的该向外力在磁场电流交互的点处，总是与包含电流的壁部正交地并且远离EM波磁场向外指向。柱形腔3000上的MFP感应单向力根据在该实施例的整个表面上施加的z方向MFF感应洛伦兹力压力中的不平衡来产生。

在柱形腔3000的顶板（盲板2800）上，在图25的狭槽区上行进的所有电子经历正z方向MFF感应洛伦兹力。在柱形腔3000的底板2500上，所述电子中的一些沿狭槽的侧壁穿过狭槽区。两个所述垂直壁在图33和34中被描绘为壁部C3301和壁部D3302。沿壁部C3301和壁部D3302行进的电子经历正交于z轴的MFF感应洛伦兹力并且这些电子在柱形腔3000上不生成时间平均z方向力。由于柱形腔3000的底板2500的狭槽的相同几何形状，因而，底板2500的狭槽的所有侧壁将经历非z方向力。通MFF在底板2500的狭槽的侧壁上施加的力矢量平行于x-y平面。

沿桥2507的顶部行进的电子沿负z方向经历MFF感应洛伦兹力（由于柱形腔3000的桥的对称，因而，柱形腔3000的所有桥经历相同量值z方向力）。

因MFP推进机构而造成柱形腔3000上的时间平均净z方向力是施加在柱形腔3000的内壁上的所有z方向MFF感应洛伦兹力的时间平均和。当所有MMF感应洛伦兹力是在柱形腔3000的整个表面上添加的矢量时，获得沿正z方向指向的时间平均净z方向不平衡MFF感应洛伦兹力。该时间平均净不平衡z方向洛伦兹力在柱形腔3000上和接合至柱形腔3000的任何主体上产生单向推力。

在谐振腔上的指定点处的MFF感应洛伦兹力成比例于所述点处的磁场的能量密度。在狭槽区上，与盲板2800交互的所有能量生成正z方向洛伦兹力。在底板2500上的狭槽区上，大部分能量与桥顶部区上的底板2500交互。该交互生成负z方向力。与底板2500交互的一些能量在狭槽的侧壁（壁部C3301和壁部D3302是所述侧壁中的两个）处交互，并且这些交互生成非时间平均z方向力。

柱形腔3000的整个内表面上的所有MFF感应z方向力的时间平均净和获得柱形腔3000上的时间平均净正z方向力。单向正z方向推力通过在柱形腔3000中操作TM₀₁₀谐振EM波来生成。

TM₀₁₀波的电场集中在该腔的轴中心附近。EM波的电场能量主要在该腔的、没有轴向不对称特征的区域中，作用于该腔上。大部分电场能量与腔壁对称地交互。柱形腔3000上的EFF感应洛伦兹力不平衡在量值上比MFF感应洛伦兹力不平衡低得多。净不平衡洛伦兹力（组合EFF和MFF）通过在柱形腔3000中操作TM₀₁₀EM波产生。

MFF感应单向力的量值成比例于该该腔内的磁场强度的平方。柱形腔3000上的单向力的量值直接成比例于EM波的存储能量。

柱形腔3000表示本发明的一个实施例。本发明的具有恰当设计的不对称特征的实施例的AAC利用MFP机构生成不平衡力。

针对本发明的实施例的MFP力可以数值地计算。其是在操作EM波的180度波时段期间，磁导率常数乘以在该腔的整个表面积上获得的表面电流的平方的1/2时间和表面积分。

对于本发明的实施例上的线性推进来说，MFP机构生成大致平行于z轴的线性不平衡力。对于柱形腔3000来说，通过MFP机构感应的时间平均净力平行于z轴（归因于腔对称性）。在腔壁上的每一个点处，该点处的因MFP机构而造成的时间平均净z方向MFF为：

方程（2） $\stackrel{\‾}{F}=-\frac{1}{2}{u}_0{\left|H\right|}_{\max }^2(\stackrel{\→}{n}\·\stackrel{\→}{z})$

|H|_max=谐振波在场最大值下的磁场强度（A/m）

当在本发明的实施例AAC的整个表面上积分MFP力时，获得时间平均净不平衡z方向力。

MFP机构在腔3000上生成净力，因为：

1）在狭槽区上，柱形腔3000的盲板2800的内表面上的所有表面电流与EM波的磁场交互，以利用沿正z方向指向的矢量生成MFF感应洛伦兹力。

2）位于底板2500的狭槽壁（壁部C3301和壁部D3302是所述壁部中的两个）上的所有表面电流与EM波磁场交互，以生成沿正交于z轴的方向指向的时间平均力矢量。壁部C3301和壁部D3302上的MFF感应洛伦兹力平行于x-y平面，并且不对抗施加在盲板2800上的沿正z方向指向的时间平均MFF感应洛伦兹力。

3）桥2507的顶部上的AC表面电流与EM波的磁场交互，并且生成沿负z方向指向的MFF感应洛伦兹力。该负z方向力抵抗在盲板2800上沿正z方向施加的洛伦兹力。位于盲板2500的桥顶部上的沿负z方向的净MFF感应洛伦兹力小于施加在盲板2800上的狭槽上的区域上的沿正z方向的净MFF感应洛伦兹力。

4）当柱形腔3000上的所有时间平均z方向MFF感应洛伦兹力以矢量方式相加时，获得柱形腔3000上的时间平均净正MFF感应z方向力。

5）本发明的实施例在该实施例的谐振腔的不对称特征上产生MFF和/或EFF感应洛伦兹力，并且所述洛伦兹力具有平行于x-y平面的矢量分量，其或者：

a、矢量相加以抵消。

b、生成环绕z轴产生一扭矩的净x-y方向力矢量。环绕z轴生成这种扭矩将生成角向推力，并且该角向推力可以使该实施例在多个波周期上改变该实施例的隔离系统的经角动量。本发明的实施例利用MFP和或EFP机构生成扭矩。注意：生成净不平衡角向力将需要与柱形腔3000中描绘的轴向不对称特征不同的轴向不对称特征。

c、生成净x-y方向力矢量，其产生具有平行于x-y平面的分量的净线性力。

除了图33和34中描绘的狭槽以外，本发明的实施例使用其它轴向不对称特征来通过MFP机构生成单向力（线性和/或角向）。这些轴向不对称特征包括但不限于：

a）柱子、和/或杆、和/或凸状几何结构、和/或凹状几何结构和/或从谐振腔壁的基部突出到谐振腔中的其它几何结构，并且在几何形状上可以均匀或者不均匀，并且在谐振腔中位置上可以均匀或者不均匀。

b）狭槽、和/或蚀刻、和/或切割到谐振腔的顶部和/或底板和/或侧壁中的凸状和/或凹状几何结构，并且在几何形状上可以均匀或者不均匀，并且在谐振腔中位置上可以均匀或者不均匀。

c）生成轴向不对称特征的其它腔壁表面几何结构。

d）使用多种材料和/或具有非同质特性的材料来生成轴向不对称特征，包括利用在腔壁上使用的导电材料的粒状结构的取向来生成不对称特征。

e）使用可重构腔形状和/或可重构轴向不对称特征形状和/或可重构轴向不对称特征位置，来调制由MFP机构生成的不平衡力矢量的量值和/或方向。

利用MFP机构来生成不平衡角向力的发明的实施例

图35表示替代底板2500上的桥2507的桥的截面形状。桥2508的设计替代底板2500的所有桥。在柱形腔3000中操作一次EM谐波（并且底板2500的所有桥具有桥2508的设计，以代替桥2507的设计），通过MFP机构环绕z轴生成时间平均净不平衡力（扭矩）。另外，MFP机构在柱形腔3000上生成时间平均净z方向不平衡力（柱形腔3000配置有与桥2508相同的桥，以代替与桥2507相同的桥）。

桥2508表示不对称特征的一个实施例，其在本发明的实施例上生成旋转时间平均净力矢量。生成时间平均旋转净力矢量和/或时间平均净z方向力矢量的其它桥设计在本发明的其它实施例中使用。

图36描绘了设置有多个不相同轴向不对称特征的AAC的轴向不对称特征的截面形状。不对称特征3601表示本发明一实施例的不相同轴向不对称特征。其它不相同轴向不对称特征和/或不相同轴向不对称特征的组合与本发明的另选实施例一起使用。

图67描绘了设置有具有在桥下穿过的开孔的桥的AAC的轴向不对称特征的截面形状。桥6701是在基板层（基板层6702）上具有外延淀积超导体层的轴向不对称特征。桥6701下面的开孔区允许EM谐波的磁场与桥6701的底侧交互，并且在桥6701下侧上生成正z方向力。在本发明的实施例中，桥6701替代图25的底板2500的轴向不对称桥。

本领域技术人员已知的多种技术被用于在基板层上生成薄导电材料层。这些各种涂覆技术被用于制造本发明的实施例。

图68描绘了设置有具有不规则形状的桥的AAC的轴向不对称特征的截面形状。桥6801是由同质II型超导体构成的轴向不对称特征。在本发明的实施例中，桥6801替代图25的底板2500的轴向不对称桥。使用具有利用MFP机构生成不平衡力的信号端口的轴向对称、赤道方向对称谐振腔的本发明的实施例：

图64描绘了谐振腔6400。谐振腔6400是轴向对称且赤道方向对称谐振腔。信号端口6401和6402针对谐振腔6400的z轴轴向不对称。

TM₀₁₀EM波在谐振腔6400内的工作在谐振腔6400上生成沿负z方向的时间平均净不平衡力。该不平衡力主要通过在信号端口6401和6402的壁部上工作的MFP机构来生成。沿信号端口的垂直（平行于z轴）壁部行进的AC电流在该垂直信号端口壁上生成洛伦兹力，并且那些洛伦兹力正交于z轴。谐振腔6400在信号端口下面的下半部分上，所有洛伦兹力平行于z轴。

谐振腔6400上的z方向MFF感应洛伦兹力中的时间平均净不平衡通过TM₀₁₀EM波在谐振腔6400内的工作而产生。

如果信号端口6401和信号端口6402在谐振腔6400中不存在，则EM波在谐振腔6400内的工作将不生成不平衡力。

因为信号端口6401和6402位于谐振腔6400中的高磁场和低电场区中，所以信号端口上的时间平均MFF不平衡在量值上大于所述信号端口上的时间平均EFF不平衡。由此，在谐振腔6400上生成时间平均净线性洛伦兹力不平衡。电场推进（EFP）机构：

本发明的EFP机构通过在由与位于本发明实施例的壁部上的盈余电荷交互的EM波电场的交互而生成的力中产生不平衡来生成不平衡力。由本发明实施例的电场推进（EFP）机构生成的时间平均净力矢量可以大致平行于z轴或者大致平行于x-y平面。本发明的EFP机构在本发明的实施例上生成线性不平衡力和/或角向不平衡力。

图29描绘了柱形腔2900。柱形腔2900由图26描绘的顶板2600和图28描绘的盲板2800构成。柱形腔2900配置有轴向不对称特征，其与在柱形腔2900内工作的TM₀₁₀EM波的电场交互以在柱形腔2900上生成时间平均净不平衡z方向EFF感应洛伦兹力。柱形腔2900是轴向不对称且赤道方向不对称谐振腔。

图26的顶板2600具有36个狭槽，其包括柱形腔2900的轴向不对称特征。任何数量的轴向不对称特征可以被用于本发明的实施例中，并且本发明的实施例的不对称特征不需要在设计上或者本实施例的谐振腔上的位置上统一。盲板2800具有两个孔，其被用作用于向柱形腔2900提供动力和用于连接反馈控制电路以控制柱形腔2900中的EM波能量的信号端口。

图26的狭槽2601表示柱形腔2900的轴向不对称特征之一。柱形腔2900利用一次EM谐波谐振，使电荷在柱形腔2900的壁部上集结。这些盈余电荷在柱形腔2900的轴中心附近的上板和下板上具有最高浓度。在柱形腔2900的赤道壁上的点处，盈余电荷总是在电场节点处为零。柱形腔2900的壁部上的盈余电荷密度与在柱形腔2900中工作的TM₀₁₀EM波的电场的最小与最大幅度同相地达到最小与最大幅度。

图29描绘了组合柱形腔2900的截面图，其由图28描绘的盲板2800和图26描绘的顶板2600构成。

图37和38描绘了狭槽2601、狭槽2602以及桥2603的截面形状。图37和38中还描绘了盲板2800的剖面。

在柱形腔2900利用TM₀₁₀EM波工作的时段期间，盈余电荷在顶板2600和盲板2800的壁部上集结。图37描绘了在90度EM波周期期间，柱形腔2900在狭槽2601、狭槽2602、以及桥2603处的盈余电荷。图37中的箭头（z轴箭头除外）描绘了由EM波的电场在位于柱形腔2900在狭槽2601、2602、桥2603处的壁部上，和在狭槽2601、2602、以及桥2603下面的盲板2800上的盈余电荷上施加的力的方向和量值。在图37中，桥2603、壁部A3701、以及壁部B3702上的减号描绘了在90度EM波周期期间，集结在这些壁部上的盈余电荷。在图37中，盲板2800的壁部上的加号描绘了在90度EM波周期期间，存在于壁部的该部分上的盈余正质子电荷。

EM波的电场与柱形腔2900的壁部上的盈余表面电荷交互，并且在所述壁部上生成力。该壁部上的、EM波的电场和表面电荷存在的每一个点处的时间平均力矢量的方向正交于所述壁部，并且指向生成该力的EM波的电场。

桥2603经历时间平均负z方向力。壁部A3701和壁部B3702还经历根据盈余表面电荷和EM波的电场的交互的力。壁部A3701和壁部B3702上的时间平均力矢量平行于x-y平面并且在柱形腔2900上不生成z方向力。

在图37中，底板2800上的所有正表面电荷因正盈余电荷与EM波的E场交互而经历正时间平均z方向力。

因为由EM波的电场在位于顶板2600上的表面电荷上施加的净负z方向力在量值上小于由EM波的E场在位于盲板2800上的表面电荷上施加的净正z方向力，所以柱形腔2900经历时间平均净正z方向力。

在第二个90度EM波周期期间，柱形腔2900的壁部上的盈余表面电荷的极性反转并且EM波的电场的方向反转。图38描绘了在第二个90度EM波周期期间，柱形腔2900在狭槽2601、狭槽2602、桥2603、以及底板2800的壁部分处的盈余电荷。在该第二个90度波周期期间，柱形腔2900经历和柱形腔2900在第一个90度波周期期间经历的相同的净正z方向力。

由柱形腔2900通过TM₀₁₀EM波在柱形腔2900内的工作而经历的时间平均（在180度波周期上）净z方向力处于正z方向。本发明实施例的EFP机构生成了沿正z方向的EFF感应不平衡洛伦兹力。在柱形腔2900的实施例中，由EFP机构产生的不平衡力在柱形腔2900上和接合至柱形腔2900的任何主体上产生单向推力。

除了图37和38中描绘的狭槽以外，其它轴向不对称特征可以被用于通过EFP机构产生EFF感应不平衡洛伦兹力（线性和/或角向）。这些轴向不对称特征包括但不限于：

a）柱子、和/或杆、和/或凸状几何结构、和/或凹状几何结构和/或从谐振腔壁的基部突出到谐振腔中的其它几何结构，并且在几何形状上可以均匀或者不均匀，并且在谐振腔中的位置上可以均匀或者不均匀。

b）狭槽、和/或蚀刻、和/或切割到谐振腔的顶部和/或底板和/或侧壁中的凸状和/或凹状几何结构，并且在几何形状上可以均匀或者不均匀，并且在谐振腔中的位置上可以均匀或者不均匀。

c）生成轴向不对称特征的其它腔壁表面几何结构。

d）使用多种材料和/或具有非同质特性的材料来生成轴向不对称特征，包括利用在腔壁上使用的导电材料的粒状结构的取向来生成不对称特征。

e）使用可重构腔形状和/或可重构轴向不对称特征形状和/或可重构轴向不对称特征位置，来调制由EFP机构生成的不平衡力矢量的量值和/或方向。

柱形腔2900产生线性不平衡力，并且柱形腔2900表示本发明的一个示例性实施例。本发明的其它实施例利用EFP机构生成旋转不平衡力和/或线性不平衡力。

本发明的EFP机构通过在本发明的实施例的谐振腔上生成不平衡力来工作。所述不平衡力通过EM波的电场与谐振腔的包含EM波的壁部上的盈余表面电荷之间的不对称交互来生成。EFP机构的不平衡力可以是线性的和/或旋转的。

施加在AAC的壁部分上的、盈余电荷所位于的点处的时间平均z方向力为：

方程（3） $\stackrel{\‾}{F}=-\frac{1}{2}{\mathrm{\ϵ}}_0{\left|E\right|}_{\max }^2(\stackrel{\→}{n}\·\stackrel{\→}{z})$

|E|_max=谐振波在场最大值下的电场强度（V/m）

当在本发明的实施例AAC的整个表面上积分EFP力时，并且在180度EM波周期上，获得时间平均净不平衡z方向洛伦兹力。

如同MFP机构，EFP机构使用AAC的轴向不对称特征来缩减抵抗本发明的实施例中的不平衡洛伦兹力矢量的希望方向的z方向力矢量。本发明的实施例AAC中的不垂直于z轴的表面将与本发明的实施例的谐振EM波的电场交互，以生成具有平行于xy平面的分量矢量的力矢量，并且所述矢量分量不贡献于AAC上的z方向力。

在本发明的实施例中，MFP和EFP机构被设计成大致按相同方向工作，并且两个机构贡献不平衡力以生成非零、时间平均不平衡净洛伦兹力。针对由本发明的实施例产生的MFP和EFP共线z方向力矢量的组合力方程为：

方程（4）

该腔上的总时间平均洛伦兹力被计算为：

$\stackrel{\‾}{F}=\frac{1}{2}\underset{s}{\∫}{\mathrm{\μ}}_0{H}_{\max }^2-{\mathrm{\ϵ}}_0{E}_{\max }^2\mathrm{da}$

其中：

是该腔在谐振波的完整波周期上的时间平均净洛伦兹力。

H_max是在波周期期间的最大磁场（A/m）

E_max是在波周期期间的最大电场（V/m）

方程（4）考虑到针对谐振腔的电场和磁场的时间积分，具有1/2（H_max）²和1/2（E_max）²项。

图27描绘了柱形腔2700的截面图，其是本发明的一个实施例并且由顶板2600和底板2500构成。柱形腔2700利用TM₀₁₀EM谐振波工作。图27中未描绘用柱形腔2700的信号端口。柱形腔2700具有与沿正z方向的z轴和点一致的组合MFP和EFP净力矢量。柱形腔2700上的总不平衡时间平均净力通过方程（4）针对柱形腔2700进行计算。

针对本发明实施例的不平衡力生成（其中，由MFP和/EFP机构产生的净力矢量不一致和/或与z轴不一致）也利用方程（4）来计算。如果该时间平均净不平衡力矢量为经过该腔的质心，则在腔上感应扭矩。

所有MFP和EFP净不平衡力的矢量的和施加在该实施例的谐振腔的整个表面和信号端口上。该力可以在该实施例中生成线性和/或旋转净不平衡力。

角向不平衡力生成：

MFP和/或EFP推进机构被用于在本发明的实施例上生成不平衡线性和/或不平衡角向力。本发明的实施例的轴向不对称特征的几何形状被设计成，生成不平衡线性和/或不平衡角向力。当利用TM₀₁₀EM谐振波工作时，EFP和MFP机构在柱形腔2700的实施例上生成时间平均净z方向不平衡洛伦兹力。因为作用于柱形腔2700的轴向不对称特征上的MFP和EFP机构生成当在整个腔上求和时抵消的均衡x-y方向力，所以未在柱形腔2700上生成不平衡角向力。

在本发明的实施例中，利用轴向不对称特征来产生角向力，该轴向不对称特征与谐振EM波的场交互，以生成时间平均不平衡力矢量，该时间平均不平衡力矢量具有平行于x-y平面的矢量分量，和/或具有平行于z轴且与z轴不重合的矢量分量，和/或生成不经过该腔的质心的时间平均不平衡洛伦兹力。各种轴向不对称特征可以在本发明的实施例中实现不平衡角向力。可以在本发明的实施例中实现不平衡角向力的轴向不对称特征包括但不限于：

a）腔壁中的、针对相交和平行于z轴的所有平面不对称的狭槽。

b）脊状部、突出部和/或从腔壁突出并且具有针对相交和平行于z轴的所有平面不对称的截面的壁特征。

c）使用多种材料和/或具有非同质特性的材料来生成轴向不对称特征，包括利用在腔壁上使用的导电和/或非导电材料的粒状结构的取向来生成轴向不对称特征。

d）被用于在本发明的实施例中生成不平衡角向力的轴向不对称特征在形状上可以均匀或不均匀，在ACC中的位置上均匀或不均匀，以及在构造的材料和/或方法上均匀或不均匀。

轴向不对称赤道方向不对称x-y旋转实施例

图54描绘了作为本发明的实施例的、生成时间平均（在180度EM波周期上）角向净不平衡力的AAC5400。AAC5400轴向不对称且赤道方向不对称。TM₀₁₀EM波在AAC5400内的工作生成平行于图54的z轴的时间平均净不平衡力矢量。通过AAC5400的工作产生的力矢量与z轴不一致。AAC5400的工作环绕图54描绘的y轴生成净不平衡扭矩。

AAC5400环绕z轴旋转90度使AAC5400的工作环绕x轴生成时间平均净不平衡扭矩（图54中未描绘x轴）。

轴向不对称赤道方向对称x-y线性实施例

图55描绘了作为本发明的实施例的、生成平行于x-y平面的时间平均（在180度EM波周期上）线性不平衡力的AAC5500。AAC5500轴向不对称而赤道方向对称。TM₀₁₀EM波在AAC5500内的工作生成沿正z方向的时间平均净不平衡力。图55中描绘了z轴。

轴向不对称赤道方向对称x-y线性实施例

图56和57描绘了作为本发明的实施例的、生成平行于x-y平面的时间平均（在180度EM波周期上）线性不平衡力的AAC5600。AAC5600轴向不对称而赤道方向对称。AAC5600的顶半部分（图56中的剖面图A-A所绘）是AAC5600的底半部分的镜像。x-y平面是有关AAC为赤道方向对称的平面。

狭槽5603是AAC5600的一个狭槽，并且狭槽5603是AAC5600的轴向不对称特征。AAC5600的壁部上的所有狭槽与狭槽5603相同，或者是狭槽5603的镜像。图57中描绘了狭槽5603的剖面细节（细节图B）。AAC5600还环绕y-z平面对称。

由EM波的磁场在行进在狭槽5603上的AC电流上施加的洛伦兹力生成净z方向力和环绕z轴的净扭矩（z轴扭矩由x-y方向力矢量生成）。由于AAC5600上的所有狭槽的对称设计和布局，所有z轴扭矩、z方向力、以及x方向力抵消。由EM波的磁场在行进在AAC5600的所有狭槽上的AC电流上施加的y方向力构造性地相加，以在该实施例中生成时间平均（在180度EM波周期上）净不平衡y方向力。

轴向不对称赤道方向对称旋转实施例

图60描绘了本发明一实施例的底板6000，其环绕该实施例的z轴生成一扭矩。该实施例的AAC由底板6000联合作为底板6000的镜像的板构成，并且这些板被对准，使该实施例为没有第二轴对称的轴向不对称、赤道方向对称腔。底板6000的狭槽与AAC5600的狭槽相同。

TM₀₁₀EM波在联合底板6000和底板6000的镜像的实施例中的工作产生环绕该实施例的z轴生成一扭矩的不平衡力。

轴向不对称赤道方向不对称旋转实施例

图61描绘了本发明一实施例的AAC6100，其环绕该实施例的y轴生成一扭矩。AAC6100是没有第二轴对称的轴向不对称、赤道方向不对称腔。AAC6100因AAC6100的截面形状而赤道方向不对称。AAC6100还因位于x-y平面上并且没有位于x-y平面下面的镜像的不对称特征6103而赤道方向不对称。

TM₀₁₀EM波在AAC6100中的工作产生环绕该实施例的y轴产生一扭矩的不平衡力。在本发明该实施例上工作的EFP机构是生成y轴扭矩的主要机构。

轴向不对称赤道方向不对称线性实施例

图62描绘了作为本发明的实施例的、生成平行于AAC6200的z轴的线性不平衡力的AAC6200。AAC6200是没有第二轴对称的轴向不对称、赤道方向不对称谐振腔。AAC6200因位于AAC6200的x-y平面上的狭槽在x-y平面下面未被镜像而赤道方向不对称。

恰当模式的谐振EM波在AAC6200内的工作在AAC6200上产生线性不平衡力，并且所述不平衡力平行于z轴。

轴向不对称赤道方向不对称线性实施例

图63描绘了作为本发明的实施例的、生成平行于AAC6300的x-y平面的线性不平衡力的AAC6300。AAC6300是没有第二轴对称的轴向不对称、赤道方向不对称腔。

恰当模式的谐振EM波在AAC6300内的工作在AAC6300上产生平行于x-y平面的线性不平衡力。

四分之一波长谐振器轴向不对称、赤道方向不对称线性实施例

图65描绘了作为本发明的实施例的、生成平行于AAC6500的z轴的线性不平衡力的AAC6500。AAC6500是没有第二轴对称的轴向不对称、赤道方向不对称腔。

AAC6500是具有轴向不对称特征（狭槽6503）的四分之一波长谐振器。

轴向不对称、赤道方向不对称旋转实施例

图66描绘了作为本发明一实施例的谐振腔6600，其环绕图66的y轴产生一扭矩。不对称特征6603是凸突出部。

本发明实施例中的动量、角动量、以及能量利用动量

移动主体的动作被限定为限定该移动主体的运动的拉格朗日时间积分。

方程（5） $S={\∫}_{t_1}^{t_2}(\mathrm{KE}-\mathrm{PE})\mathrm{dt}$

S=系统的动作（焦耳秒）

KE=系统的动能（焦耳）

PE=系统的势能（焦耳）

最小作用原理规定，移动主体将跟随最小化系统的动作的路径。如果该移动主体沿赤道表面行进，则方程（5）的势能项为零，并且方程（5）的运算变为移动主体的动能的时间积分。如果没有外力作用于该系统，则该移动主体的动能和动量保持恒定。

在本发明的实施例中，针对方程（5）的势能项的运算的贡献不为零。本发明实施例AAC内的谐振EM场提供能量来移动该实施例，使EM波的势能减少。EM波的能量与该实施例的谐振腔和/或信号端口交互，并且在该实施例上生成不平衡力。该不平衡力在该实施例的谐振腔上产生动量变化。EM波具有时间平均零净动量，并且在该实施例上产生动量变化之后动量不改变。隔离系统的净动量通过本发明的实施例来改变。

为了使方程（5）的运算对于其中存在EM势场的系统来说保持为零，几个条件中的至少一个必须应用至拉格朗日势能项（方程（5））。方程（5）条件A：该势能是在移动主体上交互的静止场，以使由静止场在该移动主体上施加的力在量值上等同并且方向相反地作用于产生静止场的实体（例如，生成加速离子的静止电场的装置经历量值上与施加在离子上的力相等且方向相反的力）。

方程（5）条件B：该势能是具有时间平均（在180度波周期上）净动量矢量的动态场。在传播电磁场中，EM场的动量=E/c。具有动态EM势场（具有时间平均非零动量矢量）的系统的示例是太阳帆，其反射太阳光来加速该太阳帆。

方程（5）条件C：该势能是与移动主体对称地交互的时间平均零净动量动态场（例如，作用在位于卫星上的轴向对称谐振腔中的谐振EM波不生成时间平均净力、不改变动量、以及在封闭系统上没有能量变化）。

在存在EM势场的情况下，在计算该运算的积分时，针对方程（5）的势能项的这三个条件（方程（5）条件A、B、以及/或C）中的至少一个对于要平衡化动量和使系统的运算保持为零来说是必须的。这些条件不可应用于本发明的实施例。

本发明的实施例使用在轴向不对称谐振腔内（或者在具有与EM工作波交互以在该腔上生成不对称交互的信号端口的轴向对称谐振腔上）工作的谐振EM波，以在该谐振腔上生成时间平均净不平衡洛伦兹力。该谐振EM波是动态场，但该动态场具有时间平均零净动量矢量。通过由谐振EM波生成的干涉图案，谐振EM波的时间平均净动量总是被抑制，并且谐振波总是具有时间平均零净动量矢量（在谐振腔内部的EM场内存在某些局部化区，其具有动量矢量，但这些矢量当在腔的整个区域上和该腔内的EM波的180度波周期上求和时抵消）。

由于干涉图案，谐振EM波总是具有时间平均零净动量矢量。该谐振EM波还对称地作用于轴向不对称谐振腔上（或者作用于具有与EM工作波交互以在该腔上生成不对称交互的信号端口的轴向对称腔），以生成时间平均净不平衡力。对于要在单一波周期内最小化方程（5）的运算来说，该系统的动能和势能变化必需平衡化：

方程(6)ΔKE+ΔPE=0

在单一波周期内，移动系统的动能变化的量值等于作用于该移动系统上的场的势能变化的量值。对于静止场、具有动量矢量的动态场、以及零净动量动态场的情况来说，该系统通过该移动系统的动能变化的精确量值来改变势能。

a）在静止场中，该静止场的源和移动主体动量守恒，并且两个实体之间的质心的位置保持恒定。移动主体的动能变化通过静止场内的移动系统的势能变化来精确地平衡化。

b）在动态EM场中，EM场按净动量（E/c）改变，并且E的量值等于移动主体的动能变化的量值。EM场的系统动量和移动主体守恒。EM场能量变化的量值等于移动主体的动能变化的量值。

c）在本发明的实施例中，该谐振EM波作用于轴向不对称谐振腔（或者作用于具有与EM工作波交互以在腔上生成不对称交互的信号端口的轴向对称腔上），以及，在单个波周期内，EM波按量值上等于移动主体（该实施例的谐振腔和耦接至该谐振腔的主体）在该单个EM波周期期间的动能变化的量来减少场能量。能量在本发明的单一波周期内守恒，因为EM场能量耗散产生该实施例的动能增加。谐振EM波在该实施例的谐振腔上做功，并且改变谐振腔的动量。谐振EM波不能改变净动量，因为EM波总是具有零净动量矢量。EM波向该实施例的谐振腔赋予动量，并且因EM波的净动量总是为零，而不经历波动量的任何变化。该系统（谐振波和该实施例）的动量在单个波周期内或者在多个波周期上不恒定。

本发明的实施例产生单向推力，因为谐振EM波没有净动量，并且不能平衡EM波在本发明一实施例的谐振腔上引起的动量变化。EM波能量不对称地作用在腔壁上，并且在该实施例上生成单向时间平均净洛伦兹力矢量。在与该实施例的EM波交互期间，EM波向谐振腔赋予动量，并且不从EM波谐振腔交互运送时间平均净动量变化。实现在不使用反作用体的情况下的单向推力。

结论：

a）本发明的实施例产生时间平均非零净不平衡力，其在隔离系统上感应净动量变化。

b）当EM场作用于一系统上时，隔离系统仅在条件方程（5）条件A、和/或B、和/或c可以完整描述方程（5）的势能EM场项时必需保持恒定动量。如果EM场不能完整被所述条件来描述，则包含所述EM场的隔离系统不必保持恒定净动量。

角动量

本发明的实施例通过两种方法来生成不平衡角向力。

方法1：本发明的实施例在该实施例的AAC上生成线性不平衡力。该线性不平衡力矢量与通过该实施例推进的主体的质心不一致，生成所推进主体的环绕该推进主体的质心的旋转。

方法2：本发明的实施例环绕该实施例的谐振腔的x轴、和/或y轴、和/或z轴生成角向不平衡力（扭矩）。该角向不平衡力生成该实施例和接合至该实施例的主体的旋转。

本发明的实施例使用方法1和/或方法2，以在该主体上生成通过所述实施例作用的角向不平衡力。

通过本发明实施例的方法1和/或方法2生成的时间平均净不平衡角向力生成隔离系统的角动量变化。在EM工作波的多个波周期上，本发明的实施例还可以针对该实施例的初始惯性参照系改变闭合系统的净旋转能量（该实施例的组合势能和动能）。

本发明中的能量：

本发明的实施例在不需要使用反作用体的情况下，通过在轴向不对称谐振腔上（或者在具有与EM工作波交互以在谐振腔上生成不对称交互的信号端口的轴向对称腔上）生成不平衡洛伦兹力来产生推力。由于生成单向力，本发明可以（在EM工作波的多个波周期上）针对该实施例的初始惯性参照系改变闭合系统的净能量（该实施例的组合势能和动能）。生成不平衡力（在不使用反作用体的情况下产生推力）的任何装置针对该实施例的初始惯性参照系改变闭合系统的净能量（该实施例的组合势能和动能）。除本发明的实施例以外，这种系统目前是未知的。

用于本发明的单脉冲推力方程：

能量在本发明的实施例的单EM波周期内守恒。

对于本发明的实施例的单EM波周期，通过该实施例推进的装置的动能增加通过包含在本发明该实施例的谐振腔内的谐振EM波的电磁场能量的减少来平衡化。来自光子的一些光子能（包括该实施例的谐振腔内的谐振电磁波）被转换成通过该实施例推进的主体的动能。

通过本发明的实施例推进的主体的单波周期动能变化通过以下方程得出：

方程（7） $\mathrm{\Δ}{E}_{k_1}=\frac{1}{2}\mathrm{m\Δ}{v}^2$

其中，m=所推进主体的质量（kg）

Δv=在1个波周期之后所推进主体的速度变化（m/s）

对于本发明一实施例的单推进周期来说，接合至该实施例的主体将按速度变化Δv从初始惯性参照系v₀加速至新的惯性参照系v₁。该速度变化被计算为：

方程（8）

（单脉冲速度方程）

其中，Δv=1波周期上的速度变化（m/s）

f=EM波的频率（s^-1）（180度波周期）

$\stackrel{\‾}{a}=\frac{\stackrel{\‾}{F}}{m}$

m=所推进主体的质量（kg）

在一个周期期间，赋予本发明实施例的动能为：

$\mathrm{\Δ}{E}_{k_1}=\frac{1}{2}\mathrm{m\Δ}{v}^2=\frac{1}{2}m{\left(\stackrel{\‾}{a}\mathrm{\Δt}\right)}^2=\frac{1}{2}m{\left(\frac{\stackrel{\‾}{F}}{m}\mathrm{\Δt}\right)}^2=\frac{1}{2}m{\left(\frac{\stackrel{\‾}{F}}{\mathrm{mf}}\right)}^2=\frac{{\stackrel{\‾}{F}}^2}{{2\mathrm{mf}}^2}$

因此，在一个波周期期间所推进主体的动能增加，和针对每一个周期从谐振EM波耗散的电磁能（根据单独推进，附加能量将因谐振腔的欧姆加热而从该波耗散）为：

方程（9）

（本发明实施例的单脉冲动能增加）

其中，E_k1=每周期所推进主体的动能增加（焦耳）

方程（9），和本发明的单一波周期推力遵从能量守恒原理。

多脉冲推力方程：

在多个波周期上，从本发明实施例的谐振EM波向通过该实施例推进的主体输入的能量通过EM波周期的总数乘以每单一周期EM波的能量损失来获得（假定工作期间为稳定状态条件）。周期数为：

方程（10）N=ft

其中，N=波周期数（无量纲）

t=实施例工作的持续时间（s）

f=谐振波的频率（s^-1）

方程（11）

（EM波的N个周期的能量耗散）

其中，E_kw=在N个波周期上谐振波的总能量耗散（因推进而造成）。

方程（11）不是所推进主体针对初始惯性系（所推进主体的v₀）的动能增加，本发明实施例针对初始惯性参照系的动能如下：

方程（12）（N脉冲速度方程）

其中v_N=在谐振波的N个周期之后，通过本发明实施例推进的主体相对于初始惯性参照系的速度。

方程（13） $E_{k0}=\frac{1}{2}{{\mathrm{mv}}_N}^2=\frac{1}{2}m{\left(N\stackrel{\‾}{a}t\right)}^2=\frac{1}{2}m{\left(\frac{N\stackrel{\‾}{F}}{m}t\right)}^2=\frac{1}{2}m{\left(\frac{N\stackrel{\‾}{F}}{\mathrm{mf}}\right)}^2=\frac{N^2{\stackrel{\‾}{F}}^2}{{2\mathrm{mf}}^2}$

其中E_k0=在针对初始惯性系v₀的N个波周期之后，本发明实施例推进的主体的动能增加（焦耳）。

在多个波周期上，在从谐振EM波耗散的能量（在每一个波周期期间转换成所推进主体的动能）的量与所推进主体针对所推进主体的初始惯性参照系v₀的动能增加的总量之间存在差异。该能量差等于方程（13）减方程（9）。

方程（14） $\mathrm{\Δ}{E}_k=\frac{N^2{\stackrel{\‾}{F}}^2}{{2\mathrm{mf}}^2}-\frac{N{\stackrel{\‾}{F}}^2}{{2\mathrm{mf}}^2}=N(N-1)\frac{{\stackrel{\‾}{F}}^2}{{2\mathrm{mf}}^2}$

其中，ΔE_k=由本发明实施例针对v₀推进的主体的动能增加与本发明的实施例的EM谐振波的、被用于生成移动所推进主体离开v₀惯性参照系的推力的能量耗散之间的净差。

针对单一周期，N=1，并且ΔE_k=0（能量守恒）

针对多推进周期，N>1，并且ΔE_k≠0。赋予本发明该实施例的相对于本发明实施例的单脉冲参照系以外的参照系推进的一主体的能量不等于从谐振EM波耗散的、被用于通过本发明该实施例生成该主体的速度变化的电磁场能。

方程（14）对于本发明实施例的、利用均匀脉冲和共线单向力矢量的工作来说有效。根据本发明实施例的多方向工作和/或利用本发明实施例改变加速度/减速度的时段生成的能量变化可以通过对均匀地脉冲化并且具有共线单向力矢量的各个推进区段求和来计算。

被配置成生成不平衡角向力的本发明的实施例可以使该实施例在多个波周期上改变该实施例的隔离系统的净角动量。对于大于一次波周期的脉冲持续时间来说，本发明的实施例在所推进主体上生成旋转不平衡力。该不平衡旋转力可以产生净旋转能量变化（针对在第一波脉冲之前的初始旋转能量状态）与从旋转EM波耗散的、被用于产生旋转推进主体的旋转能量变化的总EM场能量之间的差异。

结论：

本发明的实施例生成不平衡力，其在EM谐振波的多个波周期上，可以产生净闭合系统能量的变化（针对初始惯性参照系）。该净闭合系统能量变化（针对初始惯性参照系）是通过本发明实施例产生的线性和/或旋转动能变化的结果。通过本发明实施例赋予的净闭合系统能量变化（针对初始惯性参照系）不必等于被用于产生所述闭合系统能量变化的EM场能。通过本发明实施例推进的隔离主体可以针对该闭合系统的参照系以外的参照系改变该隔离系统的净能量。

针对线性平衡力的多脉冲能量平衡（能量守恒）：

具有恒定质量m的抛射体通过与一系列反作用体物体均匀交互来加速。

M_i=与质量为m的抛射体交互的反作用体物体。所有反作用体物体具有相等质量M_i。M>>m。

每一个反作用体M_i都沿不同惯性系行进。M₀沿v₀系行进。M₁沿v₁系行进。M₂沿v₂系行进，而M_i沿v_i系行进。

质量为m的抛射体沿v₀系开始，并且利用一连串反作用体物体按一系列脉冲化加速度来加速。该抛射体通过推反作用体M₀而从v₀系加速至v₁系。该抛射体通过推反作用体M₁而从v₁系加速至v₂系。该抛射体通过推反作用体M_i而从v_i惯性系加速至v_i+1惯性系。

在N个脉冲中将抛射体加速至最终速度所需的能量与该抛射体针对v₀惯性系的动能之差通过方程（14）得出。随着反作用体M_i精确按方程（14）的ΔE减少针对v₀惯性系的动能，总系统能量守恒。

抛射体与反作用体M_i之间的加速力线性地平衡化，意指：

a）质量为m的抛射体上的加速力矢量等于作用于反作用体M_i的加速力矢量并且方向相反。

b）针对M>>m的情况，通过加速力转换成动能的几乎所有势能根据抛射体的动能增加而从交互被运走。如果M=∞，则由加速力生成的100%动能被抛射体运走。

c）针对抛射体的多个脉冲化加速度来说，反作用体动能的减少（针对抛射体的v₀系）是必需的，以平衡方程（14）的ΔE_k。

用于线性不平衡力的多脉冲能量方程：

本发明的实施例生成线性不平衡力。谐振EM波在本发明的实施例AAC上生成不平衡净力。谐振电磁波具有净零值坡印廷矢量和近似零值的时间平均净动量矢量。

谐振EM波与谐振腔的壁部的交互因谐振波具有近似零值的净时间平均动量而不产生谐振波的时间平均净动量的变化。电磁波在本发明的实施例谐振腔上生成不平衡洛伦兹力和动量变化，但谐振EM波因该波不具有时间平均坡印廷矢量而不能改变净动量或传递动量。本发明实施例的EM波不能采集（pick up）或改变动量来平衡EM波赋予AAC的动量的变化。

在本发明实施例的单脉冲期间，能量守恒。谐振EM波的能量随着AAC被根据EM波与AAC壁部的交互而产生的不平衡力加速而耗散。必须将能量加回到谐振EM波中，以允许本发明实施例的连续工作（附加脉冲周期）。

在本发明实施例的每一个连续EM波周期期间，能量在实施例本身的惯性系内守恒。谐振EM波的每一个脉冲通过加速实施例而在该实施例上做功。在每一个脉冲期间，从EM波耗散的用于推进实施例的能量通过方程（7）获得。附加波能量将通过AAC壁部中的欧姆加热而从谐振EM波耗散。能量被添加至谐振波以补偿欧姆损耗，并且补偿因将动能赋予所推进的装置而造成的EM场耗散。

为了保持针对恒定质量的恒定加速度，根据下面的方程15，在单脉冲期间为加速一质量所需的动能输入随着脉冲的持续时间而线性地增加：

方程（15） $\frac{{\mathrm{dE}}_k}{\mathrm{dt}}=\frac{d\left(\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}^2\right)}{\mathrm{dt}}=\frac{d\left(\frac{1}{2}{\mathrm{ma}}^2{t}^2\right)}{\mathrm{dt}}={\mathrm{ma}}^{2}t$

其中，t是该单脉冲的持续时间。

在持续时间=0，不需要能量来加速该质量。

在接近持续时间=0的持续时间，需要非常少量的能量来加速该质量（与t>>0相比）。

本发明的实施例以MHz至GHz范围的谐振波频率（本发明的其它实施例使用其它工作频率）起作用。脉冲的持续时间与EM波的工作频率成反比。短持续时间脉冲需要极小的EM波能量输入来获得该脉冲时段上的加速度。本发明的实施例将EM场能量转换成极短持续时间脉冲中所推进主体的动能。因为所推进主体速度在脉冲开始和结束之间的速度差较小，所以需要微小量的能量以在脉冲周期期间获得飞行器加速度。

例如：本发明一实施例使用805MHz AAC以加速具有5牛顿的总连续推力的5000kg空间飞行器。为了生成该推力，该实施例需要每周期3.86×10^-21焦耳，或者3.1×10^-12瓦特的场能量，来提供5牛顿连续推力（根据输入到方程（9）中并接着将单脉冲能量与频率相乘而导出的数字，以获得根据该场的功率需求）。将附加能量输入至该场，以补偿该实施例的腔壁中的欧姆损耗。

注意：在805MHz脉冲频率下，在v_i惯性系（在N_i个加速脉冲之后，v_i系总是和卫星惯性系为同一系）中推M_i反作用体的5000kg空间飞行器将需要相同的3.1×10^-12瓦特功率以在卫星上生成5牛顿连续加速力。

利用谐振EM波的每一个新脉冲，本发明的实施例在该实施例的谐振腔上开始新脉冲的加速。该谐振EM波推进该实施例达

秒的时段，并接着按和所加速实施例的新惯性系相同的惯性系生成新场。在EM波推进谐振腔时的脉冲时段期间，用于实现加速度的功率需求非常接近零。该操作系统类似于随着谐振EM波的每一个周期而开始新旅程。该旅程的第一步需要最小量的能量，并且该第一步是实施例唯一采用的。

问题：利用本发明的实施例将一质量加速脱离v₀系至v'系，并接着在单脉冲内将该系统减速回至v₀惯性系（例如，使所推进主体碰撞壁），生成比通过该实施例的谐振EM波输入到该实施例质量中更多的能量。

说明：能量不平衡是产生不平衡力的结果。方程（9）针对本发明一实施例产生的ΔE_k结果与对于在惯性系v_i下利用反作用体Mi（Mi>>抛射体质量）的恒定质量抛射体的多脉冲加速相同。在传统抛射体系统中，ΔE_k通过针对初始惯性参照系减少反作用体动能来平衡。对于本发明的实施例，通过该实施例生成的不平衡力不需要反作用体。

注意：在本发明实施例的惯性系内，能量始终守恒。对于本发明实施例来说，从v₀系均匀地移动至v'系，并接着均匀返回至v₀系，相同量的能量将被谐振EM波用于将该实施例加速至v'，并接着将该实施例减速至v₀。

设计考虑

本发明实施例的轴向不对称谐振腔（或者采用具有与EM工作波交互以在该腔上产生不对称交互的信号端口的轴向对称腔的实施例）按正常导电模式和/或按超导模式工作。使用超导谐振腔系统允许在本发明实施例的谐振腔中达到更高的电场强度和磁场强度。在超导谐振腔中实现的更高场强生成更大的不平衡力，并且增加本发明实施例的线性和/或旋转推力。

材料和构造方法：

可以使用多种材料和方法来制造本发明实施例的谐振腔。可以支持电流和表面电荷的任何材料都可以被制造成本发明实施例中使用的谐振腔。本领域技术人员知晓制造能够维持具有适于本发明实施例的希望工作的量值的电场和磁场的谐振腔所需的材料和方法。

工作频率

本发明的实施例可以按任何频率工作。典型地讲，在本发明的实施例中使用的工作频率范围在1MHz与50GHz之间。本发明实施例的、利用TM₀₁₀EM波工作并且按高频工作的谐振腔将产生比按低频工作的TM₀₁₀实施例更少的推力。本发明的TM₀₁₀实施例的大小与在该实施例内工作的TM₀₁₀EM波的频率成反比。

下面的图表描绘了通过在具有与图7的谐振腔700类似的几何形状相似的本发明实施例的谐振腔中工作的TM₀₁₀EM波的工作所生成的推力。所有谐振腔都是利用第一列中列出的频率的谐振腔700的缩放形式。该图表列出了本实施例中通过25、50、以及75kA/m的狭槽上的顶板上的磁场强度的TM₀₁₀波的工作而生成的推力（牛顿）。

低频腔大于高频腔。在本发明实施例内生成的净力成比例于该实施例的表面积。更大的腔尺寸（具有相同几何形状）产生更大的不平衡力。

该图表中列出的推力数使用了谐振腔700的狭槽区上的z方向MFP力的9%净差。

与低频腔相比，高频腔每单位推力使用更多功率，因为谐振腔壁中的欧姆损耗成比例于在该腔内工作的EM波的频率的平方。

通过本发明的TM₀₁₀实施例产生的单向力大约成反比于该实施例的频率的平方。

附属于本申请的附图描绘了本发明的许多实施例。附图中描绘的谐振腔可以具有任何形状并且这些谐振腔可比例化。例如，图55的AAC5500可以具有10厘米的腔直径，或者可以具有1米的直径。该腔的TM₀₁₀频率取决于腔直径。更大直径版的AAC5500具有比更小直径腔更低的频率。TM₀₁₀EM波在针对AAC5500的任一直径内的工作在AAC5500上产生单向推力。

AAC5500的直径可以具有任何长度。AAC5500可以按以下频率工作：5GHz、2GHz、500MHz、100MHz、或者适于该实施例的希望工作的任何其它频率。AAC5500被比例化为生成希望水平的推力所需的恰当尺寸。

本发明的实施例可以按该实施例的操作参数和/或该实施例的应用所需的任何TM₀₁₀频率或更高模式频率来工作。

电场强度和磁场强度

EM波的场强的平方成比例于由本发明实施例生成的推力。本发明的MFP驱动实施例中的磁场强度的加倍使该实施例生成的不平衡力成四倍。本发明的EFP驱动实施例中的电场强度的加倍使该实施例生成的不平衡力成四倍。

在本发明的实施例中，期望可能的最高推力。高推力对应于本发明实施例中的高电场强度和/或高磁场强度。为了实现最高场强，在该实施例中希望使用超导材料。

每一种超导材料都具有临界场强，其限制了该实施例的超导谐振腔可实现的最大场。例如，铌具有0.198特斯拉的临界磁场。在利用铌的超导实施例中可维持的最大表面磁场约为158000A/m。本发明的、利用具有铌作为表面导体的谐振腔的超导实施例以0至158000A/m的磁场工作。

通过磁场在该实施例的谐振腔中的指定点施加的洛伦兹力为：

$\stackrel{\‾}{F}=\frac{1}{2}{u}_0{\left|H\right|}_{\max }^2$

而且，该力垂直指向壁表面，并且远离EM波的磁场。铌生成15600N/m²的最大洛伦兹力。谐振腔的相对两侧上的洛伦兹力压力差在本发明的实施例中生成不平衡力。如果洛伦兹力压力的净差为10%，则该实施例在谐振腔的、存在洛伦兹力差的区域上生成最大值1560N/m²。

本领域技术人员已知的当前铌制造技术允许铌达到大约100MV/m的最大表面电场强度。通过电场施加在盈余表面电荷上的EFP洛伦兹力为：

$\stackrel{\‾}{F}=\frac{1}{2}{\mathrm{\ϵ}}_0{\left|E\right|}_{\max }^2$

该力垂直指向壁表面，并且朝着EM波的电场。铌生成大约44000N/m²的最大电场力。如果电场力压力的净差为10%，则该实施例在谐振腔的、存在电场力差的区域上生成最大值4400N/m²。

铌锡是一种超导合金，其具有与大约2千万A/m的最大表面电流和/或大约250000000N/m²最大洛伦兹力相对应的25特斯拉临界磁场强度。本发明的利用铌锡的实施例以2千万A/m的最大磁场强度工作。

导电材料的选择显著影响了本发明实施例的最大工作场。

在本发明实施例内调制电场强度和磁场强度允许该实施例调制通过该实施例生成的不平衡力。

实施例AAC5500可以由铌锡构成，并且该实施例可以按具有最大磁表面场强20kA/m、100kA/m、1000kA/m、3000kA/m或任何其它最大磁表面场强的超导状态来工作，只要该最大表面磁场强度（在AAC5500的内壁上的所有点处）保持低于铌锡的超导临界磁场强度即可。

实施例AAC5500可以由铌锡构成，并且该实施例可以按具有最大电表面场强1MV/m、5MV/m、10MV/m、15MV/m或任何其它最大电表面场强的超导状态来工作，只要最大表面电场强度（在AAC5500的内壁上的所有点处）保持低于出现显著表面发射的电场水平即可。当前，现有水平的生产技术允许铌锡超导合金工作高达15MV/M。随着用于制造超导铌锡合金的技术改进，更高（高于15MV/m）的最大电场工作强度可以实现。

本发明的实施例以具有超导和非超导区的内导电表面工作。使用恰当的电场强度和磁场强度来防止谐振腔的非超导区上的抑制性欧姆损耗。

本发明的实施例按正常导电模式工作。在正常导电工作模式下，本发明的实施例需要恰当冷却以去除因谐振腔的壁部上电阻发热而引起的欧姆发热。

轴向不对称腔的几何形状：

多种轴向不对称特征被并入本发明的实施例中。本申请中对生成线性的、和/或旋转不平衡力的特征进行描述。使用多种设计因素来制造用于本发明实施例的不对称特征的恰当几何形状。设计特征包括，但不限于：

a）并入该设计中的不对称特征的数量

b）不对称特征的形状

c）使用多个不相同的不对称特征

d）谐振腔中的不对称特征的布局位置

e）用于谐振腔的构造材料和用于不对称特征的构造材料

f）用于制造谐振腔的方法和用于制造谐振腔的不对称特征的方法

本发明的实施例在该实施例的谐振腔内以EM谐振波的高场强来工作。EM波的高场强在谐振腔壁上生成强电场和大电流。腔壁处的高电场引起场发射，其阻碍或阻止通过本发明实施例生成不平衡力。谐振腔壁的表面处的大磁场造成过度功率损耗，其阻碍通过本发明实施例生成不平衡力。

当按超导模式工作时，高表面电流可以使腔壁的超导材料超过材料的临界电流密度，并由此使出现腔猝熄（quench）。腔猝熄使本发明实施例显著减少不平衡力的生成。

本发明实施例使用更大的腔尺寸：大腔尺寸允许较低的EM波频率。较低的EM波频率缩减了谐振腔的壁部中的每单位面积发热，并且减少了每单位不平衡力生成的功率需求。腔尺寸的最优化取决于腔表面材料的材料参数和针对本发明实施例的总重量和推力需求。

本发明实施例的几何形状特征基于针对该实施例的预期用途而最优化。本领域技术人员已知的多种数值方法和设计技术可以被用于最优化本发明实施例的几何形状。

信号端口和向谐振腔提供动力

使用多种技术来向本发明实施例的谐振腔中输入动力。那些技术包括但不限于：

a）耦接至该实施例的谐振腔内的谐振EM波的电场的一条或多条信号线缆。

b）耦接至该实施例的谐振腔内的谐振EM波的磁场的一条或多条信号线缆。

c）耦接至该实施例的谐振腔内的谐振EM波的电场的一个或多个信波导。

d）耦接至该实施例的谐振腔内的谐振EM波的磁场的一个或多个信波导。

本发明的实施例使用一个或多个信号端口以将信号线缆和/或波导耦接至该数量的谐振腔。实施例可以使用单信号端口或多个信号端口，以将信号线缆和/或波导耦接至该实施例的谐振腔。本发明的实施例可以使用信号线缆和/或波导的组合向该实施例的谐振腔中提供并调制EM能量。

本发明的实施例可以使用信号线缆以向谐振腔中输入动力并且使用波导进行信号采集。另选的是，本发明的实施例可以使用波导以向谐振腔中输入动力并且使用信号线缆进行信号采集。本发明的实施例还可以排它地使用信号线缆或者排它地使用波导以进行信号采集和到该实施例谐振腔中的动力输入。

本领域技术人员熟悉用于输入动力和采集来自谐振腔内的EM场的信号的技术，并且那些技术被用于本发明的实施例中。

信号生成

本发明的实施例使用电磁能来向该实施例的谐振腔提供动力。使用多种技术来生成具有用于该实施例中的推力生成的恰当波长的EM波能量。EM波生成可以是模拟的或数字的。技术包括但不限于：

a）模拟方法，包括但不限于：

-使用信号发生器。

-使用压控振荡器（VCO），其使用相位检测器的误差电压输出来调谐VCO输出频率。振荡器可以是几种拓扑中的一种，包括但不限于：Colpitts振荡器、Hartley振荡器、Clapp振荡器、N核心交叉耦合振荡器、和/或介质谐振振荡器（DRO）。这些振荡器拓扑中的每一种使用电压可变谐振电路（tank circuit）来改变振荡器频率.

b）数字信号发生技术，包括但不限于使用直接数字合成器（DDS）。来自相位检测器的误差电压被馈送到控制DDS的模拟数字转换器（ADC）中，以改变DDS的输出频率。

本发明的实施例使用锁相环路，以按恰当波长和功率电平来保持该实施例的谐振腔内的EM波能量。

冷却系统：

本发明实施例的谐振腔需要冷却系统来去除随着AC电流在腔壁上振荡而出现在谐振腔的壁部上的欧姆发热。能够按恰当工作温度来保持本发明的实施例的多种冷却技术是本领域技术人员已知的。

本发明的实施例不使用冷却系统，并且允许欧姆发热从谐振腔壁辐射出至更冷的散热片。在基于空间的应用中，本发明的不使用冷却系统的实施例通过向深空辐射欧姆热以去除来自该实施例的谐振腔的欧姆热。

真空设计：

本发明的实施例以大致抽空的谐振腔来工作。完美的真空是希望的，但无法利用当前技术实现。本发明实施例的谐振腔的高度真空允许所述谐振腔内的更高EM场强。更高的场强对应于该实施例的更高不平衡力的生成。

本发明的实施例以未抽空的谐振腔来工作，并且所述实施例可以在该实施例的谐振腔内包含空气或其它材料。

能量源和向实施例的谐振腔提供动力：

本发明的实施例的谐振腔需要发送到谐振腔中的能量，以便向该实施例提供动力。输入到腔中的能量被用于替换出现在谐振腔的壁部中的欧姆发热损耗。输入到该腔中的能量还被用于替换随着通过本发明的实施例生成的不平衡力在该实施例的谐振腔上做功而从EM波耗散的EM场能量。

可以将多种能量源用于向本发明的实施例提供动力。可以转换成电磁能的任何能量源被用于向本发明实施例的谐振腔提供动力。本领域技术人员知晓可用于将能量源转换成本发明实施例所需的电磁能的技术。被用于向本发明的实施例提供动力的能量源包括但不限于：

a）太阳能

b）化学能

c）核聚变/裂变/放射性同位素衰变

d）热能

e）电池

f）物质/反物质

g）来自远程电源的射束能

电磁能被用于向本发明实施例的谐振腔提供动力。进入本发明实施例的谐振腔中的功率电平，和被发送至本发明实施例的谐振腔的电磁能的频率通过本领域技术人员已知的多种技术来调制和控制。在本发明该优选实施例中，并入在线性加速器应用中使用的标准锁相环路中的信号发生器被用于建立和维持该优选实施例的谐振腔中的EM谐振能量。

构造材料：

低电阻材料：本发明实施例的谐振腔内的EM波反射表面希望地由低电阻材料形成，该低电阻材料具有用于发展不平衡力的EM波长的高反射率。在该腔内的反射表面上使用的低电阻材料可以最小化针对该实施例的工作的冷却和功率需求。用于该反射表面的理想材料是这样一种材料，即，其具有零AC电阻率，并且其能够在保持AC超导性的同时经得住高磁场力和电场。没有本发明人目前已知的这种AC超导体。然而，已知具有低AC电阻率和高临界磁场强度的材料。

本发明实施例的控制：

由本发明实施例生成的不平衡力通过对发送到本发明实施例的谐振腔中的电磁能的恰当控制来调制和控制。在谐振腔上生成的净力矢量的方向通过控制谐振腔的取向和/或通过操作生成不一致不平衡力矢量的多个谐振腔，和/或通过控制具有不一致不平衡力矢量的多个谐振腔的取向来调制。另外，本发明实施例的一些冷却系统需要控制，以便保持用于谐振腔工作的恰当温度。本领域技术人员知晓多种冷却系统构造和控制技术，其可以保持用于本发明实施例的恰当工作温度。

系统构造

图4表示本发明的一实施例。可以有用于本发明其它实施例的多种其它构造。外壳400连接至电源单元401、中央控制单元402、信号单元403、AAC100、以及冷却单元405。

AAC100通过信号单元403提供有EN场能量。信号单元403还将AAC100内部的能量水平保持在足以实现希望推力水平的程度。

中央控制单元402使用反馈控制系统来控制信号单元403。本领域技术人员已知多种其它反馈控制系统，并且这些其它反馈控制系统可以被用于本发明的其它实施例。中央控制单元402包含作为激光陀螺仪的构造的反馈控制系统，其监测外壳单元400的加速度，并且通过发送至信号单元403的指令来调制AAC100内部的能量水平。外壳单元400（和所有接合装置）的调制推力通过中央控制单元402的反馈控制系统的操作来获得。

冷却单元405调制并控制AAC100的温度。冷却单元405使用设定点控制环路，以将AAC100保持在适于实现正常工作的温度下。多种冷却系统可用于冷却本发明实施例的谐振腔。冷却单元405包含脉冲管式换热器，其操作以从AAC100去除欧姆发热。冷却单元405由电源单元401供电。

图4描绘的本发明实施例被用于生成单向（线性和/或旋转）推力。

另选构造

本发明的实施例允许多用途操作，包括但不限于：

a）用于调制不平衡力水平的能力。

b）用于控制不平衡力的方向和单向推进的能力。

c）除了沿三个方向单向推进以外，本发明的实施例还被用于控制本发明实施例和接合至本发明实施例的主体的偏航、颠簸、以及摇摆。

d）使用多种动力源以生成不平衡力的能力。

e）用于利用更高EM波谐振工作模式（二次谐波、三次谐波、四次谐波等）来生成不平衡力的能力。

6轴运动控制

本发明的实施例仅生成z方向不平衡力。本发明的其它实施例生成6轴运动和运动控制。6轴运动的控制允许沿x、y、以及z方向推进本发明的实施例，并且控制该实施例的偏航、颠簸以及摇摆。

图39描绘了本发明的安装在3轴万向节中的一个示例性实施例。通过在万向节3901内旋转AAC3900，实现沿三个线性轴（x、y和/或z）中的任一轴的推进。另外，图39中描绘的构造可以生成扭矩，并且在通过AAC3900生成的力矢量与被推动的主体的质心不一致时环绕该主体质心旋转所述主体。

图40描绘了本发明一示例性实施例，其使用安装在外壳上的三个谐振腔推进器来实现6轴运动控制。在图40中，AAC4001、4002、以及4003接合至外壳4000。

通过调制在AAC4001、AAC4002、以及AAC4003内生成的不平衡力，实现6轴运动控制。另外，AAC4001、AAC4002、以及AAC4003可在外壳400上希望地移动，以使AAC4001、AAC4002、以及AAC4003可以在保持由每一个腔生成的恒定水平的单向推力的同时实现6轴运动控制。

对本发明实施例的单向推力量值的调制通过调制进入到本发明实施例的谐振腔中的EM信号功率来实现。进入到本发明实施例的谐振腔中的更高功率电平的EM能量生成更大量值的不平衡力。

更高工作模式

在图1、2、以及3的示例实施例中，该示例性推进系统以TM₀₁₀EM驻波工作。本发明的实施例使用更高的谐振工作模式用于该实施例的谐振腔内的EM驻波。

本发明实施例的更高谐波工作模式还生成线性和/或旋转不平衡力。本发明的更高EM波工作模式实施例的AAC的轴向不对称特征（或者采用具有与EM工作波交互以在该腔上生成不对称交互的信号端口的轴向对称腔的实施例）被恰当地定位，以通过EFP和/或MFP机构生成不平衡洛伦兹力。

图41描绘了作为本发明一实施例的、在AAC4100内按三次谐波模式工作的AAC4100。AAC4100是具有筒状形状的柱形腔。图41的垂直虚线表示AAC4100的按三次谐波工作的EM波的电场节点。还存在EM波的、位于AAC的赤道壁上的另一电场节点。电场4104描绘了在电场能量处于最大幅度时，在按波周期的一时段，横跨AAC的截面的电场强度。

图41描绘的AAC4100生成沿正z方向的单向推力。按截面描绘了顶板不对称特征4102。这些特征是切入顶板4105中的狭槽，并且按两组环形设置排列72个狭槽。

底板4101具有位于高EM磁场强度区中的底板不对称特征4103。底板不对称特征4103按截面描绘，并且是切入底板4101中的狭槽，并且按两组环形设置排列72个狭槽。

本发明的其它实施例使用在该实施例的谐振腔内按更高EM波模式工作的其它谐振腔形状。本发明的这些其它更高EM工作模式实施例被用于开发线性和/或旋转不平衡力。图41描绘了本发明的一个实施例，其生成线性不平衡力并且按更高EM工作模式工作。

用于EM驻波的任何谐振工作模式都可以用于本发明的实施例。针对本发明实施例的不同应用需求可以需要多种最佳EM驻波工作模式。

本发明的实施例可以利用多于一种的EM工作波模式来工作。图41的AAC4100以在AAC4100内工作的三次EM谐波（图41的虚线）来描绘。一次（TM₀₁₀）EM波在AAC4100内的工作还在AAC4100上生成时间平均（180度EM波周期上）不平衡净力矢量。本发明的实施例使用EM波工作的多种工作模式来调制不平衡力水平和/或调制所生成不平衡力矢量的方向。

注意：TM₀₁₀EM波在AAC4100内的工作将生成平行于z轴的不平衡力矢量，并且三次EM谐波在AAC4100内的工作生成平行于z轴的不平衡力矢量。本发明的实施例需要不同于图41描绘的特征，以获得在该实施例以多种EM模式工作时不一致的力矢量。诸如图35的桥2508的特征可以在实施例中生成非一致力矢量，其在单一实施例中使多种EM工作波工作。

可重构谐振腔

本发明的实施例采用可重构谐振腔。该可重构谐振腔具有谐振腔壁的、可移动和/或可重构的部分。重新配置该谐振腔壁以用于调制通过EM波与谐振腔的交互而产生的单向力矢量的量值和/或方向的目的。

本发明的实施例还利用可重构谐振腔壁来调制该实施例的EM工作频率。

本发明一实施例是图55中描绘的AAC5500。狭槽5503配备有调节狭槽5503的深度的活塞致动器（图55中未描绘致动器）。所述活塞致动器可以将狭槽5503的深度从图55描绘的位置调制成使狭槽5503与AAC5500的筒状内导电表面齐平的深度。

AAC5500的所有狭槽都配备有与接合至狭槽5503的致动器相同的致动器。通过调制致动器以使AAC5500的所有狭槽与AAC5500的筒状内导电壁齐平，AAC5500被转换成轴向对称谐振腔，并且不生成非单向推力。AAC5500可以通过调制调节AAC5500的狭槽的深度的活塞来调制由该实施例生成的不平衡力。

另外，调制不同狭槽构造上的致动器在AAC5500上导致旋转不平衡力。例如，调制致动器以使狭槽开口与该腔的45度宽部分的内腔壁齐平，以使在该实施例按TM₀₁₀模式工作时，通过该实施例产生旋转力。

应用

本发明的实施例的应用包括，但不限于：

卫星推进：本发明的实施例被用于保持卫星轨道和取向，和改变卫星轨道和取向。卫星的六轴运动控制通过本发明的实施例来提供。本发明的实施例提供优于其它类型的卫星推进系统的可扩展优点，包括但不限于：延长卫星寿命、缩减卫星重量、增加卫星任务能力、缩减卫星复杂性、以及缩减卫星功率需求。

本发明的一些卫星部署实施例包括，但不限于飞行器，其：

a）执行本领域技术人员已知的卫星推进任务

b）给现有卫星补给燃料

c）收集、重定向、以及/或摧毁空间碎片

d）改变和/或重新分派卫星轨道

e）以高速度指向目标，从而在目标上释放大量动能

Leo至Geo应用：许多卫星被发射至低地球轨道（LEO）。另外类别的卫星被发射至包括地球同步轨道（GEO）的更高轨道。在将一质量发射至LEO与将同一质量发射至更高轨道（包括GEO）之间存在显著的发射成本增加。本发明的实施例被用于将卫星和/或空间探测器的轨道从LEO改变至GEO和/或更高轨道和/或允许传递至深空目的地的轨道。

本发明的、被用于增加卫星和/或空间探测器的轨道高度的实施例提供了许多益处，包括但不限于：

1）显著发射成本缩减。将卫星和空间探测器质量发射至LEO，并接着使用本发明的实施例来将该飞行器升高至希望轨道，或者将该飞行器发送到深空。用于将质量发射至LEO的成本显著小于用于将质量发射至更高轨道和/或深度传递轨道的成本。这些成本是本领域技术人员已知的。

2）增加到达轨道的质量：在卫星和空间探测器应用中，希望将大质量飞行器发送超过LEO直至更高轨道、GEO和/或深空目的地。发射系统受限于可以发送至这些更高轨道的质量的量。通过向LEO发射更大质量的飞行器，并接着利用本发明一实施例将该质量的轨道升高至希望轨道（包括深空传递轨道），可以将显著更大质量的飞行器发送至更高轨道、GEO和/或深空目的地。当前，向这些希望轨道发送的质量受限于发射系统，并且这种限制是本领域技术人员已知的。

减振：希望对卫星减振。调制由本发明的卫星安装实施例生成的不平衡力被用于缩减和/或消除卫星上的不希望的振动和/或振荡模式。

反作用轮替换：卫星上的反作用轮是本领域技术人员已知的。这些装置被用于控制卫星的角动量。本发明的实施例被用在卫星上以控制卫星的角动量。所述实施例被用于代替反作用轮，并且提供优于反作用轮技术的优点，包括低重量、消除针对自旋反作用轮的需要、以及该实施例在单一系统中提供卫星的线性和角向推进的能力（其缩减了卫星复杂性）。

Leo至更高轨道：本发明的实施例被用于将卫星和空间飞行器传递至更高能量轨道，包括中地球轨道、高地球轨道以及与地月系之外的目的地相关联的轨道。

小行星偏转：本发明的一实施例被设置成，偏转、重定向、和/或摧毁小行星和/或彗星。小行星轨迹的重定向被用于行星保护，和/或科学目的，和/或用于商业目的，包括但不限于小行星采矿。

深空和行星探索：本推进系统的实施例被用于快速推进遥远点之间的飞行器。与本领域技术人员已知的任何其它推进系统相比，通过本发明的实施例显著缩减行星间、星际以及深空渡越时间。通过本发明的实施例使能的快速渡越时间允许去往太阳系和太阳系之外的目的地的快速新有人和无人空间任务。所述快速新任务目前不可利用本领域技术人员已知的任何推进系统来实践。

下表是在利用持续恒定加速度推进系统时从地球至太阳系中的各个行星的渡越时间列表。到这些行星的渡越通过持续恒定加速至地球与目标行星之间的中间点，并接着旋转推进系统（或者旋转生成单向推力的不平衡力矢量）180度并且持续恒定加速（其针对目标行星减速该空间飞行器）至目的地行星来实现。该表的第一行（列出行星的行下面）是从地球去往目标行星的最小距离（米）。按第一列中列出的恒定加速度（和减速度），通往目标行星的渡越时间（按天计算）在与第一列的恒定加速度值相对应的每一行中列出。该表中忽略了相对论效应，因为最大速度保持在光速的3%以下。

本发明的实施例被用于将飞行器推进至太阳系中的行星。因为本发明的实施例不需要反作用体，所以经济且实用地实现长时段（多天、多月、以及多年）的恒定加速和减速。利用本发明的实施例，行进至太阳系行星和行进至太阳系外的目标是快速且经济的。

光速和普朗克能量推进：本发明的实施例被用于实现极高速度。本发明实施例的高速行进允许快速、经济行进至实际上不可通过本领域技术人员已知的当前推进系统到达的目的地。

利用合适的电源（飞行器上和/或不在飞行器上的电源），本发明的实施例连续加速并且可以达到接近光速的速度（大于0.99c）。随着所述实施例的速度增加，本发明这些实施例的相对于初始惯性参照系的表观质量增加。该表观质量不能无限地增加。一旦本发明的快速移动实施例的表观质量达到普朗克能量密度，该实施例的局部区域中的空时就针对初始惯性参照系翘曲，从而形成奇点。本发明的发明人不知道当本发明的实施例按使所述实施例达到普朗克能量密度的速度行进时，该行进的后果。

通过本发明的实施例生成的能量不平衡（通过EM波输入的能量与所推进主体相对于初始惯性参照系的动能之差）允许本领域技术人员已知的多种能量源被用来获得超过0.99c的飞行器速度。

大气中运输应用：本发明的实施例生成超过9.8m/s²的加速度。配备有本发明这些实施例的飞行器被用于提升、移动、以及/或运输有效载荷。本发明这些实施例具有超过当前推进系统的显著经济和后勤优点。

本推进系统的一实施例通过从起点加速一货物、穿过大气、经由太空加速和减速、接着减速至目的地，而在地球上的遥远点之间运输货物。经由太空的行程的加速/减速阶段不受大气阻力限制，从而实现高速。起点与目的地点之间的渡越时间因经由太空的高速行进而显著缩减（与其它推进方法相比）。

发射系统：本发明的实施例在飞行器上生成超过9.8m/s²的加速度。配备有本发明的所述实施例的所述飞行器向太空发射有效载荷。本发明的所述实施例具有超过本领域技术人员已知的任何其它推进系统的显著经济和后勤优点。本发明的、从其它行星和/或其它太空主体提升有效载荷主体的发射系统实施例可以需要本发明的实施例生成大于或小于9.8m/s²的加速度。

悬停系统：本发明的实施例在一主体上生成超过9.8m/s²的加速度。所述实施例按精确地抵消所述主体上的引力的加速度工作，并且使所述主体悬停在静止位置中。所述主体的悬停服务多种有用应用，包括但不限于：建筑、观测、娱乐、以及贮藏。其它行星或太空主体的引力场内的悬停可以需要本发明的实施例生成除了9.8m/s²以外的加速度，以实现悬停。

能量收集：出于有用的目的，提取通过本发明的实施例生成的能量不平衡性（通过EM波输入的能量与该飞行器相对于初始惯性参照系的动能之差）。本发明实施例的多种构造被用于生产能量。实施例包括但不限于：

a）本发明的实施例提高一质量的势能的线性系统。所述质量接着经由该势场下落，并提取有用能量。

b）本发明的实施例推进一主体的线性系统。该主体的动能被转换成有用能量。

c）本发明的实施例生成有用能量的旋转系统。从旋转主体提取有用能量，并且所述旋转主体通过本发明一实施例推进。

本发明的实施例生成的不平衡力生成为在该实施例上生成不平衡力而输入的能量与由该实施例推进的一主体的动能之间的能量不平衡性。通过该实施例的工作生成的动能是线性和/或旋转动能。输入至本发明的实施例的能量与通过该实施例推进的一主体的动能之差成比例于所推进主体的速度（线性和/或角向）的平方。从本发明实施例的最大能量提取在该实施例的最高实际线性和/或旋转工作速度（工作速度：实施例速度与能量提取装置的参照系速度之间的差速度）下发生。

根据本发明的示例性推进方法

图42描绘了本发明可以生成和调制单向推力的示例性方法的步骤。

该示例性方法如下进行：

步骤4200：将动力发送至谐振腔：

轴向不对称谐振腔接收来自信号发生器的振荡信号。

步骤4201：单向推力由EM波引起：

在谐振腔中生成电磁（EM）驻波，该EM驻波具有限定谐振腔的z轴的振荡电场矢量，其中，EM驻波在谐振腔上引起单向力。

该方法还可以包括以下步骤：

a）接收来自该谐振腔的反馈信号，并且控制该频率发生器以将该EM驻波保持在希望水平。

b）将该谐振腔冷却至预定温度。

c）改变该谐振腔的取向；

d）改变该谐振腔的形状；

本发明的一个实验实施例

图5、6、7、8、9、10、11、以及12描绘了本发明的一个实施例。本发明的该实施例是用于本发明实施例所生成的线性不平衡力的实验示范的概念证明模型。

图5描绘了顶板500。顶板500具有2个信号端口，信号端口A501和信号端口B502。

图6描绘了底板600。底板600具有72个相同的狭槽。图6的细节B中描绘了所述狭槽之一。底板600的该72个狭槽是底板600的轴向不对称特征。

顶板500和底板600由250RRR铌制成。顶板500和底板600被沿两个板的赤道壁以电子束焊接在一起。图7描绘了通过联合顶板500和底板600而形成的谐振腔700。谐振腔700是轴向且赤道方向不对称的谐振腔。当以TM₀₁₀EM波工作时，谐振腔700生成与谐振腔700的z轴平行且一致的线性不平衡力。

谐振腔700的TM₀₁₀工作频率约为1047MHz。谐振腔700的TM₀₁₀频率在正常工作期间改变。频率的变化归因于冷却至液氦工作温度（其改变腔形状），和将EM波能量引入到谐振腔700中（其也因洛伦兹力失谐效应而改变腔形状）。

图12描绘了锁相环路电路1200（PLL1200）。PLL1200按谐振腔700的TM₀₁₀工作频率向谐振腔700提供EM波能量。PLL1200在谐振腔700按TM₀₁₀频率移位的时段期间保持恰当EM频率。PLL1200能够将高达30瓦特的功率向前递送至信号线缆801。信号线缆801被用于将EM波能量引入到谐振腔700中。

图8描绘了接合至真空管、信号线缆801、以及采集线缆802的谐振腔700。信号线缆801由刚性同轴线缆构成。信号线缆801位于真空管804的轴中心处，并且信号线缆801穿过可调节通孔803。

信号线缆801通过信号端口A501将EM波能量引入到谐振腔中。可调节通孔803被压缩和扩张，以控制信号线缆801相对于谐振腔700的位置。调节信号线缆801的位置在谐振腔700的正常工作期间是所希望的，以便击穿多碰（multipacting）屏障，并且将信号线缆801定位在相对于谐振腔700的联合耦接位置或其它希望位置处。

采集线缆802接合至PLL1200。采集线缆802还通过信号端口B502耦接至谐振腔700。采集线缆802在正常工作期间弱耦合至存在于谐振腔700内的EM场。

图9描绘了杜瓦瓶900。杜瓦瓶900能够保持氦容器内的液氦。传输到包含在氦容器904内的氦浴槽（bath）中热的约小于2瓦特。希望没有热通过氦容器904的壁部和通孔传输到氦浴槽中。在谐振腔700的正常工作期间，热因谐振腔700内的EM波能量随着谐振腔700的壁部中的欧姆发热耗散而进入包含在氦容器904内的氦浴槽中。谐振腔700的壁部中的发热接着被传递到包含在氦容器904内的液氦浴槽中。

杜瓦瓶900部分由真空阀901构成。位于杜瓦瓶900外壁与氦容器904的壁部之间的容积在谐振腔700的正常工作期间通过真空阀901抽空。所述容积内在正常工作期间的真空压力约为0.003Torre。

N2端口902和N2端口903是允许液氮移动通过护套905的端口。护套905是铜套，其具有焊接至护套905的铜薄片的铜管。铜管将N2端口902和N2端口903连接至护套905，并且所述铜管在图9中未描绘。

低温超绝热层环绕氦容器904包裹，并且所述低温超绝热层在图9中未描绘。

具有与杜瓦瓶900类似的设计特征的杜瓦瓶设计是本领域技术人员已知的。

图10描绘了谐振腔700和关联真空管以及位于杜瓦瓶900内的信号线缆。图11描绘了杜瓦瓶900的顶部和与支承谐振腔700相关联的部件以及连接真空管的详细节图。

谐振腔700以典型地处于大约1×10^-8Torre的范围中的高真空工作。图10中描绘的真空泵1001通过真空管连接至谐振腔700，并且在谐振腔700中产生高真空。

谐振腔700由铌构成，并且在低于铌的临界超导温度进行工作。大气压力下的液氦具有温度4.2K。在针对谐振腔700的实验期间，杜瓦瓶900的开孔906（在图11中描绘）以蛤壳式密封部（图11中未描绘）进行密封。随着开孔906被密封，氦容器904变为相对于氮气压力密封的真空。氦容器904中的压力以真空泵（未描绘）抽空。氦容器904内的压力缩减使得液氦汽化，从而使液氦的温度下降。

氦容器904中的压力在抽空之后约为50Torre。在真空抽空之后保持在氦容器904中的氦比4.2K更冷。在50Torre，氦容器904中的氦温度约为2.3K。在抽空至氦容器904中的50Torre压力之后，开孔906的蛤壳式密封部被去除并且大气压力返回至氦容器904。保持在氦容器904中的氦保持在2.3K，并且在谐振腔700上运行实验。从谐振腔700至氦容器904中的液氦的热传递不产生液氦的沸腾，同时氦容器904内的氦温度低于4.2K。氦在大气压力下在未沸腾，直到达到4.2K温度为止。在大气压力和低于4.2K温度下的液氦来执行该实验防止沸腾氦的效应在支承谐振腔700和连接的真空管的测力传感器上产生力变化。

图11的支承臂1101支承支承托架A1102。图11中未描绘支承托架B1102，因为其不是图10的剖面图AA的一部分。支承托架A1102和B1102支承真空管804。真空管804连接至谐振腔700。

在利用谐振腔700的实验的正常工作期间，支承臂1101从螺杆A1103和螺杆B1104断开。放置两个相同的测力传感器以支承支承臂1101。图10或图11中未描绘测力传感器。一个测力传感器被放置在平台A1105上，而一个测力传感器被放置在平台B1106上。

在利用谐振腔700的实验的正常工作期间，真空管1107闭合，封锁谐振腔700中的真空。波纹管1108从涡轮泵组件1001断开，并且波纹管1108从真空阀1107断开。

利用平台A1105和平台B1106上就地放置的测力传感器，谐振腔700和连接的真空管的重量仅由测力传感器和位于氦容器904中的液氦支承。信号线缆801和采集线缆802机械地连接至谐振腔700，但这些线缆的柔性部分（未描绘）被定位以使将可忽略机械支承部设置至谐振腔700。

支承支承臂1101的两个测力传感器连接至读取测力传感器输出的电路。测力传感器和读取并存储测力传感器输出的电路在本申请的附图中未描绘。测力传感器和读取并存储测力传感器输出的电路包括本发明的本实施例的力测量电路（FMC）。

FMC测量谐振腔700的重量对施加到谐振腔700的EM能量的响应。

该力测量电路由以下构成：

2个Cooper Instruments LFS210-25测力传感器

1个Cooper Instruments XAA911求和单元

1个Cooper Instruments DCM495放大器

1个Agilent3411A6数字万用表

配备有Microsoft Excel的膝上型计算机

1个2Hz滤波器

1个DC电源

1个5000uF电容器。

来自DC电源的DC功率经由5000uF电容器发送至放大器。求和单元对来自两个测力传感器的两个信号求和。放大器将来自求和单元的放大信号发送至万用表。该万用表向其中图表化并记录FMC信号的Excel文件发送FMC的时间积分的读数。

能量通过信号线缆801注入谐振腔700中。单向力通过本发明的实施例上的MFP机构（谐振腔700）生成。通过TM₀₁₀EM波在谐振腔700中的工作而生成的单向力使FMC的测力传感器上的压力缩减。压力上的所述缩减被FMC转换成DC电压缩减，并且该电压缩减被图表化并记录在Excel文件中。

通过TM₀₁₀谐振EM波在谐振腔700中的工作而生成的单向力缩减了通过FMC测量的电压。PLL1200在谐振腔700的实验期间按脉冲模式工作。EM能量通过脉冲被输送到谐振腔700中，并且这使得通过EM波在谐振腔700中的工作而生成的单向力脉冲化。

图12描绘了被用于向AAC700提供EM能量的锁相环路电路PLL1200。PLL1200控制输入到AAC700中的信号，并且保持输入信号锁定至AAC700的谐振频率。输入信号的功率水平利用可变电压控制衰减器（衰减器1204）来控制。

PLL1200包含作为射频（RF）信号发生器的信号发生器1201。信号发生器1201具有外部频率调制（FM）输入信号能力（大约1000MHz）。由信号发生器1201生成的RF信号利用功率分配器（功率分配器1202）分配。由功率分配器1202生成的输出之一通过衰减器1203、衰减器1204、并接着通过放大器1205发送。放大器1205是30W放大器。衰减器1204是电压可变衰减器。衰减器1203是电阻衰减器。

来自放大器1205的输出通过耦合器1206发送。耦合器1206是双向耦合器。功率表接合至耦合器1206的每一个输出。功率表1207读取从AAC700反射的功率，而功率表1208读取转发到AAC700中的功率。转发功率减反射功率的差表示进入AAC700的信号水平。

来自功率分配器1202的第二输出是为检测AAC700信号输入水平与AAC700信号输出水平之间的相位差而使用的基准频率信号。对应输出电压经由相移网络（可调U形同轴线1215和移相器1216）调节，直到混合器1218输出电压为零为止。混合器1218电压在进入AAC700的输入信号和输出信号相等并且进入AAC700的EM波能量与AAC700的谐振频率同相锁定时为零。

AAC700的输出信号利用作为功率分配器的功率分配器1210来分割。频谱分析仪1211连接至功率分配器1210输出的一个腿部。功率分配器1210被用于针对腔衰减/Q测量和腔输出功率测量而实时测量来自AAC700的输出信号。另一功率分配器1210输出向混合器1218提供输入信号，以供频率/相位误差测量。到混合器1218的输入信号经由衰减器1219（电阻衰减器）和/或放大器1212调节，以确保在混合器1218的线性范围（通常≤+3dBm）内的工作。混合器1218的输出通过功率分配器1213分割。来自功率分配器1213的一个输出利用示波器1214监测。功率分配器1213的另一输出连接至信号发生器1201的输入，并且提供信号发生器1201输出的精细频率控制。

示波器1214被用于监测PLL1200锁相状态，（AAC700的输入和输出频率相同）。调节移相器1216，直到示波器1214读取指示输入信号与AAC700的TM₀₁₀谐振频率的相位锁定的零电压为止。

图13、14以及15是来自针对图7描绘的本发明实施例的3个分离实验的FMC输出的图表。图表13、14、以及15在三个分离测试天生成。万用表的输出电压在生成图13、14、以及15描绘的图表之前为无效。该无效值约为4.3伏特。

图13描绘了在具有被冷却低于4.2K的氦的图10实验构造下，针对谐振腔700的实验输出。在氦容器804中氦从50Torre的真空压力返回至大气压力之后约73分钟，生成图13的图表。

图13描绘了进入谐振腔700的EM能量的6个功率脉冲和2个校准脉冲。校准脉冲包括将2克校准重量添加至支承臂1101的顶部并接着从支承臂1101去除该重量。EM脉冲包括接通PLL1200达大约4-5秒钟并接着关闭PLL1200。在这些脉冲期间进入谐振腔的功率水平约为10.5瓦特。

图14描绘了在具有被冷却至低于4.2K的氦的图10实验构造下，针对谐振腔700的实验输出。在氦容器904中氦从50Torre的真空压力返回至大气压力之后约32分钟，生成图14的图表。

图14描绘了进入谐振腔700的EM能量的5个功率脉冲和2个校准脉冲。校准脉冲包括将2克校准重量从支承臂1101的顶部去除并接着将该校准重量添加回至支承臂1101。EM脉冲包括接通PLL1200达大约4-5秒钟并接着关闭PLL1200。在这些脉冲期间进入谐振腔700的功率水平约为11瓦特。

图14描绘的功率脉冲响应在量值上低于图13描绘的功率脉冲响应。在生成图14的实验之前，谐振腔700在没有接合真空泵1001的情况下留置达2.5天。图14的图表生成的测试是在谐振腔700内部以更高的真空压力进行的。

在从蛤壳式密封部在氦容器904上裂开的时间起大约55分钟（图14生成的在裂开该密封部之后32分钟）以使氦容器904升至大气压力之后，11.5瓦特的连续EM波能量进入谐振腔700中。该功率的目的是示范氦容器904中的氦低于4.2K温度。在所观察云状物从杜瓦瓶900的开孔906出来之前，随着谐振腔700中耗散11.5瓦特功率而经过21分钟时间。从开孔906出来的云状物在氦在氦容器904中沸腾时出现。图14的图表在氦容器804中的氦低于4.2K温度时生成。

与图14的图表相比，图13的图表在另一天生成。两个实验都在类似工作条件下运行。图13的图表在裂开开孔906上的蛤壳式密封部之后大约73分钟时生成。两个测试在氦容器904中的氦降低至50Torre的压力之后执行。因为在生成图14的图表时，需要大量能量以使氦容器904中的氦在测试那天达到沸点温度，所以图13的图表也在氦容器904中的氦低于4.2K温度时生成。

图15描绘了在具有处于4.2K的氦的图10实验构造下，针对谐振腔700的实验输出。

图15描绘了进入谐振腔700的EM能量的3个功率脉冲和2个校准脉冲。校准脉冲包括将2克校准重量从支承臂1101的顶部去除并接着将该校准重量添加回至支承臂1101。EM脉冲包括接通PLL1200达大约4-5秒钟并接着关闭PLL1200。在这些脉冲期间进入谐振腔700的功率水平约为10.5瓦特。

在包括将大约25瓦特的EM波能量向前发送至谐振腔700的实验的实验装置上运行附加实验。EM波能量在没有适当相位锁定的情况下发送。几乎所有发送功率被反射，并且几乎没有功率进入谐振腔700内部的EM波场中。未记录来自FMC的响应。进行该测试以确定FMC与PLL1200之间是否出现任何交叉失真（cross chatter）。

结论：图13、14、以及15的图表示范了去除来自FMC的两个测力传感器的压缩力。从FMC去除压缩力的脉冲周期与将EM波能量引入到谐振腔700中一致。图13和14的图表在氦容器904中的氦低于4.2K的氦常压沸点温度时生成。沸腾氦未生成图13和14的图表中记录的FMC响应。图13、14、以及15的图表示范了通过TM₀₁₀谐振EM波在谐振腔700内的工作来生成线性不平衡力。

AAC700的数值分析

图16、17、18、19、20、21、22、以及23根据有关针对谐振腔700的性能水平的数值和理论预测而生成。使用两个数值方法3D电磁场建模软件程序来分析谐振腔700的设计。那些程序是HFSS和Analyst。

图16是根据利用软件程序Analyst对谐振腔700的分析的网格的屏幕快照。图16中的网格形状表示谐振腔700的1/144。对谐振腔700内真空的该片段的分析被用于生成有关谐振腔700的理论性能水平的数据。

图17是图16的、其中狭槽和桥满足谐振腔700的设计的区域的特写图。该视图上的最小网格尺寸为0.04mm。有关该区段的软件分析还利用0.02mm的最小网格尺寸来进行，但这些视图不能通过用于该分析工作的计算机上的视频卡来显示。

图18是根据图17的桥的0.02mm网格生成的数据点的Excel图。图18示出了该桥上和附近的数据点的紧密网格。通过Analyst生成的数据的后处理在Microsoft Excel中进行。

图19描绘了谐振腔700的桥连同所述桥任一侧上的两个狭槽的1/2的平坦截面图（按距谐振腔700的轴中心r=0.0875m）。桥四周的有色区域描绘了桥周围真空区中的磁场强度。与谐振腔700的铌表面界面接触的磁场仅在所述铌表面具有平行于x-y平面的表面分量时生成z方向力。图19示出了与底板600交互的EM波的一些磁场能量与垂直壁表面交互，并且这些交互不生成z方向力。

图19还示出了一些EM磁场能量与底板600交互，以生成正z方向力。由MFP机构在底板600上生成的正z方向力出现在存在于狭槽壁上的研磨切口的上部分上。

图20描绘了在谐振腔700的平坦截面处、桥的1/2和底板600的一狭槽的1/2。该平面相距谐振腔700的轴中心0.09m。针对1/2狭槽/1/2桥剖面执行数值分析，以减小腔剖面的网格尺寸，并且增加谐振腔700的数值分析的准确度。图20还示出了EM波在1/2桥剖面和1/2狭槽剖面周围真空中的点处的磁场强度。图20示出了一些EM磁场能量按不生成z方向力的方式与底板600的壁部交互。在谐振腔700的桥和狭槽区域上与顶板500交互的所有EM磁场能量生成正z方向力（除信号端口501A和502B内部的垂直壁上的较小非z方向力以外）。

利用软件程序HFSS和Analyst对谐振腔700的设计执行多种数值分析。该数值分析的结果表明，来自MFP机构的、作用在谐振腔700中的时间平均净z方向压力差大约为9%。这意指，对于因磁场EM能量而造成顶板500上（在底板600上的狭槽和桥区域上）的、沿正z方向的每1mN力来说，0.89-0.91mN沿负z方向存在于底板600上（在底板600的狭槽和桥区域中）。对于由EM波的磁场施加在底板600的狭槽和桥区域上的、顶板500的区域上的每mN力来说，谐振腔700上的净时间平均z方向力约为0.09mN。

图21描绘了针对若干AC EM波工作频率，在不同温度下的超导铌AC电阻。谐振腔700具有大约1047MHz的工作频率。图21上的三角形数据点描绘了在不同温度下，针对铌的在1050MHz下的AC超导电阻。图21的x数据点描绘了在不同温度下，铌的在1050MHz下的超导电阻，外加了因地球磁场与铌交互而造成的电阻效应。谐振腔700的测试装置没有在杜瓦瓶900中包括高磁导率合金（mu metal），致使谐振腔700不能屏蔽地球的磁场。

图21示出了，在4.2K，谐振腔700的铌具有大约4E-7欧姆的计算电阻。在2.3K，谐振腔700的铌具有大约8E-8欧姆的计算电阻。

图22描绘了作为针对谐振腔700的铌电阻的函数和作为谐振腔700的几何形状因子的函数的谐振腔700的Q。谐振腔700的数值分析预测了针对谐振腔700的大约100欧姆的几何形状因子。谐振腔700的数值分析通过建模底板600的桥和狭槽的接触面处的90度尖角来执行。在制造谐振腔700方面，进行两次化学酸蚀，以去除每化学蚀刻大约100微米的铌。谐振腔700的化学蚀刻将其中底板600的狭槽和桥相遇的角圆化。谐振腔700的实际几何形状因子很可能因化学蚀刻和狭槽/桥边缘的倒角而超出100欧姆。

图23描绘了作为谐振腔700Q和顶板500上的希望表面电流强度（AC表面电流强度处于底板600的狭槽和桥区域上）的函数的、谐振腔700的功率需求。为生成图23的图表而使用的数据在图24中定位，其是基于数值分析的谐振腔700的预测性能的Microsoft Excel电子数据表。图24的许多数据点都可外推。

示例性实施例

图1、2、3、以及4描绘了本发明的一示例性实施例。

图1是AAC100的俯视图和侧剖面图。AAC100由联合顶板102与底板101构成。

图2描绘了顶板102的仰视图、侧视图、立体图、以及侧剖面图。

图3描绘了底板101的俯视图、侧视图、以及侧剖面图。

图4描绘了该示例性实施例的构造。在图4中，外壳单元400连接至电源单元401。电源单元401供电给信号单元403、中央控制单元402、以及冷却单元405。信号单元403、中央控制单元402、以及冷却单元405连接至外壳400。信号单元403向AAC100提供EM波能量。AAC100包含在冷却单元405内，并且冷却单元405接合至外壳400。

系统工作：电源单元401供电给信号单元403。信号单元403生成通过信号线缆传递至AAC100的200MHz电磁波。在AAC100内，由信号电缆403提供的EM波能量利用200MHz频率建立TM₀₁₀谐振EM波。信号单元403通过利用被信号单元403包含的锁相环路电路来保持AAC100中的谐振EM波能量。信号单元403调制发送至AAC100中的EM波能量的功率电平。

冷却单元405从电源单元401汲取电力。冷却单元405包含包围AAC100的冷却杜瓦瓶。冷却单元405遍布冷却单元405的冷却杜瓦瓶循环液氦。冷却单元405保持AAC100的温度在5K或更低。冷却单元405还包含致冷单元，其排出氦蒸汽中的热以将氦蒸汽转换成氦液体，而。冷却单元405还包括3轴万向节组件，其相对于外壳400重定向AAC100的x-y平面的取向。

冷却单元405能够在小于1瓦特保持到冷却单元405内的氦浴槽中的热传递。冷却单元405能够从包围AAC100的氦浴槽去除高达20瓦特的能量。

中央控制单元402可以包含工业标准反馈控制装置，其调制冷却单元405操作和信号单元403操作。中央控制单元402：

通过调制去往冷却单元405的功率来控制AAC100的温度。

控制从信号单元403至AAC100的功率水平，以控制通过EM波能量与AAC100的交互生成的不平衡力的量值。

控制冷却单元405的取向，以控制通过EM波能量与AAC100的交互而生成的不平衡力矢量的方向。

中央控制单元402还包含3个激光陀螺仪。激光陀螺仪被用于测量外壳400的加速度。中央控制单元402利用反馈控制环路来控制外壳400和接合至外壳400的所有部件的位置、取向以及推力方向。中央控制单元402的反馈控制环路使用由中央控制单元402的三个激光陀螺仪提供的数据，以按希望方向取向AAC100（通过冷却单元405的控制），并且向AAC100提供足以生成希望不平衡力水平的EM能量(通过信号单元403的控制）。

超导表面：

AAC100按5K工作。AAC100的内导电表面由铌锡合金构成。基板铌锡层作为薄膜定位在铌基部上。用于包括有铌锡导电表面的谐振腔的多种制造技术是本领域技术人员已知的。

可以将多种其它材料用于超导体层、缓冲层、以及基板层。例如，超导层可以包括许多不同材料，如HgBa₂Ca₂₂Cu₃0₈；铌；Tl₂Ba₂CaCu₂O₈；NbSn合金；I型超导体；或II型超导体，缓冲层可以包括以下材料，如MgO上银；LaAlO₃；Gd₂O₃；或LSAT（LaAlO₃和Sr₂AlTaO₆的固溶体），并且基板层可以包括许多材料，如铜：铁；铝；或钛。这些列表不是旨在进行限制，而是同样可以使用本领域技术人员已知的许多其它材料。而且，要注意到，使用缓冲层和基板在利用可以不需要缓冲层或基板层来制造的超导体时不是必需的。例如，谐振腔和由纯铌制成的超导装置，或其它I型或II型超导体是已知的。

在该示例性实施例中，令人满意的是，AAC100是一种具有大约0.68米的、沿波谐振轴的内直径的完全密封腔，使AAC100获得200MHz的TM₀₁₀工作频率。该腔的内部表面可以覆盖铌锡，而该腔外部由铌制成。从AAC100至在冷却单元405的冷却杜瓦瓶内循环的液氦的热传递发生在铌壁、氦液接触面处。AAC100在内部以真空工作，而在外部以液氦覆盖层工作。希望冷却单元405至AAC100壁部的机械连接由绝缘材料制成，以最小化进入AAC100的热迁移。可以使用多种材料并且这些材料是本领域技术人员已知的。

冷却单元：在正常系统工作期间，在AAC100的壁部中生成热。为了提供持续或脉冲化推进，令人满意地将热从AAC100去除。本领域技术人员已知的多种技术可用于从所提到的装置去除热。在一示例性实施例中，液氦可以冷却AAC100的外侧壁部。

多种其它冷却单元405构造是可以的，并且是本领域技术人员已知的。针对冷却单元405的这些另选构造可以被配置成，从根据本说明书的系统去除热，该系统保持所有超导材料的工作温度低于超导体的临界温度。也可以被用于保持系统工作温度的某些冷却系统包括：珀耳帖效应（Peltier）冷却部件、稀释致冷器、蒸汽压缩致冷器、逆turbo-Brayton冷却器、吸附式冷却器、低温冷却部件、斯特林（Stirling）冷却部件、脉冲管冷却部件、焦耳-汤姆逊（Joule-Thompson）冷却部件、扭转布雷顿冷却器、或磁冷却器。

信号单元403：该系统希望利用低噪声高质量石英主基准振荡器（MRO）作为频率源。石英晶体的固有特性提供了为最大化本发明示例性实施例的效率所希望的高稳定性和精确频率。MRO可以在消耗小于30W的DC功率的同时，按3瓦特的功率输出电平提供200MHz的频率输出。MRO可以封装在铝外壳中，该铝外壳具有大约100in³和小于三磅的称重。该晶体可以容纳在恒温箱（oven）内，以最小化随着温度变化的频率漂移。信号单元403还利用功率放大器，其能够将来自MRO的信号放大至50瓦特的功率水平。希望信号单元403提供必需的所有功率调节，以保持高至50瓦特的200MHz EM波能量进入AAC100。

电源单元401：希望该示例性实施例使用在太空应用中使用的电力行业标准光伏电池。用于操作示例性实施例的总功率需求令人满意地小于用于操作信号单元403和冷却单元405两者的、160伏特DC下的2000瓦特。然而，应注意到，同样可以使用其它电源，如核能源、燃料电池、以及电池。

AAC100：TM₀₁₀EM波在AAC100内的工作生成沿正z方向的线性时间平均（在180度波周期上）不平衡力。与AAC100交互的EM波利用本发明的EFP和MFP机构两者，来生成不平衡洛伦兹力。图4描绘的实施例被用于生成不平衡推力。当部署在空间飞行器上时，图4的实施例操作为在不使用反作用体的情况下推进所述空间飞行器的推进系统。

尽管在此参照具体实施例对本发明进行了例示和描述，但其不是旨在限制于所示细节。相反地，在权利要求书的等同物的领域和范围内，并且在不脱离本发明的情况下可以在细节上进行各种修改。具体来说，本领域技术人员可以明白，各个具体例示实施例的许多特征可以加以混合，以形成也通过本发明具体实施的附加示例性推进器系统和方法。

Claims (26)

1.一种电磁推进系统，该电磁推进系统包括：

包括导电内表面的轴向不对称谐振腔，所述谐振腔适于在其中支持电磁（EM）驻波，所述EM驻波具有限定该谐振腔的z轴的振荡电场矢量；

其中，所述谐振腔不具有第二轴轴向对称性，并且

其中，所述EM驻波在所述谐振腔上感应出单向净力。

2.根据权利要求1所述的电磁推进系统，其中，所述轴向不对称谐振腔赤道方向不对称。

3.根据权利要求1所述的电磁推进系统，其中，所述轴向不对称谐振腔赤道方向对称。

4.根据权利要求1所述的电磁推进系统，所述电磁推进系统还包括：一个或多个信号端口，该一个或多个信号端口被配置成接收来自信号发生器的信号。

5.根据权利要求1所述的电磁推进系统，其中，在该谐振腔内的EM波具有大于大约1MHz且小于大约50GHz的工作频率。

6.根据权利要求1所述的电磁推进系统，其中，所述谐振腔的导电内表面包括以下中的至少一种：锂、钠、钾、铍、镁、钙、锶、钡、镭、锌、钼、镉、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、钇、锆、铌、钯、银、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、铝、镓、铟、锡、铊、铅、以及铋。

7.根据权利要求1所述的电磁推进系统，其中，与所述EM驻波的x-y平面平行的、谐振腔的导电内表面的截面大致为环形。

8.根据权利要求7所述的电磁推进系统，其中：

所述EM驻波的最低能量模式在x-y平面内仅具有一个电场波腹。

9.根据权利要求1所述的电磁推进系统，其中：

所述EM驻波在x-y平面内具有多于一个的电场波腹。

10.根据权利要求1所述的电磁推进系统，其中，所述谐振腔的内部容积被基本抽空。

11.根据权利要求1所述的电磁推进系统，所述电磁推进系统还包括：冷却单元，该冷却单元热耦接至所述谐振腔以保持所述谐振腔的导电内表面的温度低于预定温度。

12.根据权利要求11所述的电磁推进系统，其中：

所述谐振腔的导电内表面包括具有超导临界温度T_c的超导材料；并且

该预定温度低于所述超导临界温度T_c。

13.根据权利要求12所述的电磁推进系统，其中，该超导材料包括以下中的至少一种：铌、铌钛合金、MgB₂、YBCO、Bi₂Sr₂CuCu₂O₈、YaBaCuO、LaBaCuO、Nb₃Sn、TlBaCuO、La_2-xBa_xCuO₄、La_2-xSr_xCuO₄、PbMoS、V₃Ga、NbN、Nb₃Al、Nb₃(AlGe)、Nb₃Ge、I型超导体、II型超导体、陶瓷超导体、或具有高于4K度的T_c的高温超导体。

14.根据权利要求11所述的电磁推进系统，其中，冷却单元包括以下中的至少一个：辐射冷却部件、珀耳帖效应冷却部件、稀释致冷器、蒸汽压缩致冷器、逆turbo-Brayton冷却器、吸附式冷却器、低温冷却部件、斯特林冷却部件、脉冲管冷却部件、焦耳-汤姆逊冷却部件、逆布雷顿冷却器、或磁冷却器。

15.根据权利要求1所述的电磁推进系统，所述电磁推进系统还包括：

机械耦接至谐振腔的外壳，所述外壳被配置成保持和改变谐振腔的取向；并且

电耦接至外壳的控制电路，所述控制电路用于控制谐振腔的z轴的取向。

16.根据权利要求15所述的电磁推进系统，其中，所述外壳包括3轴万向节，所述3轴万向节提供谐振腔的z轴取向的6轴控制。

17.根据权利要求1所述的电磁推进系统，其中：

该导电内表面包括可调节表面，所述可调节表面可移动以改变轴向不对称谐振腔的形状。

18.根据权利要求1所述的电磁推进系统：

其中，该单向净力大致平行于z轴。

19.根据权利要求1所述的电磁推进系统：

其中，该单向净力大致平行于x-y平面。

20.一种利用轴向不对称谐振腔来生成不平衡力的方法，所述谐振腔包括导电内表面并且不具有第二轴轴向对称性，所述方法包括以下步骤：

a）在谐振腔处接收来自信号发生器的振荡信号，

b）在谐振腔中生成电磁（EM）驻波，所述EM驻波具有限定谐振腔的z轴的振荡电场矢量，其中，所述EM驻波在谐振腔上感应出单向净力。

21.根据权利要求20所述的方法，还包括以下步骤：利用信号发生器生成所述振荡信号。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括以下步骤：接收来自谐振腔的反馈信号，并且基于所述来自谐振腔的反馈信号控制信号发生器以将EM驻波保持在希望水平。

23.根据权利要求20所述的方法，还包括以下步骤：将谐振腔冷却至预定温度。

24.根据权利要求20所述的方法，还包括以下步骤：改变谐振腔的取向。

25.根据权利要求20所述的方法，还包括以下步骤：改变谐振腔的形状。

26.一种电磁推进系统，包括：

包括导电内表面的谐振腔，该谐振腔适于在其中支持电磁（EM）驻波，所述EM驻波具有限定谐振腔的z轴的振荡电场矢量；

所述谐振腔包括被配置成接收来自信号发生器的信号的一个或多个信号端口，所述信号端口在谐振腔上具有一形状和位置，以使所述EM驻波在谐振腔上感应出单向净力。

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