Испытания EmDrive показали, что двигатель не создает тяги / Хабр

В ходе испытаний «невозможного» двигателя EmDrive в Техническом университете Дрездена обнаружилось, что он не создает никакой тяги. Причиной, по которой эта тяга наблюдалась ранее, назвали тепловой эффект.

Andrey Suslov/Getty Images

EmDrive спроектировала компания SPR Ltd. Он представляет собой установку из магнетрона и резонатора, в котором тяга создается благодаря стоячей волне электромагнитных колебаний. Разработки EmDrive ведутся с 1999 года, однако эксперименты до сих пор не дали подтверждения работоспособности двигателя.

SPR Ltd объясняла, что принцип работы двигателя нарушает закон сохранения импульса.  Компания поясняла, что электромагнитная волна, распространяющаяся со скоростью света, имеет определенный импульс, который она передает отражателю, в результате чего возникает некая крошечная сила. Суть EmDrive заключается в том, что, если микроволны отражаются внутри трубки, то они прикладывают больше силы в одном направлении, чем в другом, создавая чистую тягу без необходимости в пропелленте.

Согласно утверждению SPR Ltd, такая накопленная в большом количестве сила способна обеспечить работу EmDrive.

Ученые критически относились к данной идее, так как традиционная наука не признает, что импульс может возникать без объяснимого толчка.

Тем не менее, несколько исследовательских групп, в том числе НАСА Eagleworks и DARPA, продолжали изучение способностей EmDrive. Эксперименты НАСА и команды китайских ученых демонстрировали, что крошечная сила возникает.

Однако теперь физики из Дрезденского технологического университета заявили, что все эти многообещающие результаты были лишь ложными срабатываниями, которые объясняются внешними силами.

Испытательная и измерительная установка для исследований EmDrive в Техническом университете Дрездена/ M.Tajmar

Ученые недавно представили свои выводы в трех докладах на Space Propulsion Conference 2020 +1 с такими заголовками, как «Высокоточные измерения тяги EmDrive и устранение ложноположительных эффектов».

Используя новую измерительную шкалу и разные точки подвески двигателя, они «смогли воспроизвести кажущуюся силу тяги, аналогичную той, которая была измерена командой НАСА, но также и они исчезают с помощью точечной подвески». Ученые использовали для измерения тяги специализированную установку, нечто вроде крутильных весов, которые были изобретены в конце XVIII века для проверки и измерений законов Кулона и Ньютона. В отличие от обычных крутильных весов с нитью, в разработке дрезденских исследователей использовались чувствительные крутильные пружины, удерживающие камеру с двигателем. Смещение камеры измерялось при помощи лазерного интерферометра.

Предыдущие эксперименты Технического университета также демонстрировали, что тяга двигателя сохранялась и составляла около 4 микроньютонов. Однако при этом были зафиксированы смещения камеры. Исследователи затруднялись объяснить природу наблюдаемой тяги, но предполагали, что она вызвана внешними факторами.

По результатам своих экспериментов немецкие ученые сообщили, что у них получилось значительно улучшить измерительную технологию, которая может пригодиться для работы с новым концептом.

НАСА опубликовало официальную финальную версию своего доклада об испытаниях «невозможного» двигателя EmDrive / Хабр

EmDrive будоражит умы ученых и энтузиастов космических путешествий вот уже 15 лет

НАСА уже довольно долгое время изучает так называемый «невозможный» двигатель. Споры ученых и энтузиастов космического дела не прекращаются вот уже 15 лет, с момента предоставления двигателя его создателем. И спорить действительно есть о чем — ведь EmDrive создает тягу в замкнутом контуре без всякого выхлопа. На первый взгляд, двигатель нарушает закон сохранения импульса. На второй — тоже нарушает. Но вот результаты десятков (а возможно, уже и сотен) испытаний однозначно говорят о том, что двигатель таки работает.

Агентство НАСА решило взять изучение EmDrive в свои руки. После ряда испытаний, включая вакуум, оказалось, что двигатель действительно работает, и о тепловой конвекции здесь и речи быть не может. Не так давно отчет НАСА попал в открытый доступ, но это все же была не официальная публикация, а нечто вроде утечки. Сейчас заключение специалистов агентства опубликовано по всем правилам на сайте издания Journal of Propulsion and Power.

Как и сообщалось, ранее, авторы публикации — Гарольд Уайт, Пол Марч, Джеймс Лоуренс, Джерри Вера, Андре Сильвестр, Дэвид Брэйди и Пол Бэйли (Harold White, Paul March, James Lawrence, Jerry Vera, Andre Sylvester, David Brady, Paul Bailey), все они работают в Космическом центре им. Линдона Джонсона.

Содержание отчета примерно то же, что уже размещалось в сети, но в последней версии документа есть официальное заключение о том, что EmDrive, созданный в НАСА, развивает тягу в 1,2 миллиньютона на киловатт в вакууме. При этом специалисты во время испытаний и после них пытались найти возможную ошибку в конструкции испытательного стенда или самого двигателя, что и приводит к появлению тяги или, по крайней мере, к ее фиксации. Ошибок и проблем найдено не было, что позволяет говорить о том, что двигатель действительно работает. И это при том, что для появления тяги должна быть «равная по силе обратная реакция».

Двигатель в НАСА испытывали на стенде с установкой на базе торсионного маятника.

1,2 миллиньютона на киловатт — это очень малый показатель. С другой стороны, солнечный парус развивает еще меньшую тягу: около 3,6 микроньютона на киловатт. Энтузиасты EmDrive считают, что если двигатель оснастить еще и ячейками с топливом, то есть с водородом и кислородом, то его вполне можно использовать в космическом деле. Например, установить на МКС, что позволит работать с минимальным количеством топлива, а также снизить количество маневров для разгона станции. Это, по словам специалистов, должно уменьшит нагрузку на корпус и опорные конструкции МКС, продлив общий срок ее эксплуатации.

Также есть мнение, что EmDrive можно использовать и для космических путешествий, устанавливая такой двигатель на кораблях, которые летят к Луне, Марсу и другим объектам Солнечной системы и даже за ее пределами.

Изображение спутника компании Cannae

В конце лета этого года появилась информация о том, что уже в следующем году, возможно, в космосе протестируют работу схожего двигателя, работающего на микроволнах с созданием тяги в замкнутом контуре без выхлопа. Речь идет о Cannae Drive. Его экспериментальный образец планируется запустить на орбиту. Срок испытаний — полгода. Таким двигателем оснастят орбитальный спутник, который и будет пробовать перемещаться при помощи электромагнитной тяги.

На орбиту при условии получения финансирования могут отправить и миниатюрный спутник с портативным EmDrive. Этот двигатель разработан немецким инженером. Он начал собирать средства, но, к сожалению, кампания оказалась неудачной — финансирование инженер не получил. Хотя есть вероятность того, что проектом займется какая-либо крупная компания, но эта вероятность не так уж и велика.

Внятного объяснения того, почему «невозможный» двигатель все же работает, пока нет. По мнению НАСА, есть вероятность, что у тяги EmDrive — квантовая природа. Так, она представляет собой последствие появления «квантового вакуума виртуальной плазмы» частиц, появляющихся и исчезающих в замкнутом контуре пространства-времени. Если это так, то снимается «обвинение» в нарушении двигателя закона сохранения импульса, поскольку система, на самом деле, вовсе не изолированная.

Финские физики в июне этого года предложили свое объяснение работы «невозможного» двигателя. Они считают, что в резонаторе EmDrive могут появляться пары фотонов, которые находятся в противофазе друг с другом. Такие пары уносят импульс в сторону, противоположную движению двигателя. И взаимодействие таких фотонов способствует возникновению электромагнитной волны с нулевой поляризацией. Импульс такая волна все же переносит.

«Принцип работы EmDrive можно сравнить с принципом работы реактивного двигателя самолета, когда газы, двигающиеся в одном направлении, толкают самолет в противоположном направлении», — говорит Арто Аннила (Arto Annila), представитель команды ученых из Финляндии. «Микроволновое излучение — это топливо, которое уходит в резонатор… а тягу в EmDrive создают пары фотонов. Когда два фотона движутся вместе, но имеют противоположные фазы, тогда у этой пары нет электромагнитного поля, следовательно, она не будет отражаться от металлических стенок, а уйдет».

В целом, после того, как НАСА подтвердила работу двигателя в земных условиях, для того, чтобы убедиться в возможности его эксплуатации в космосе, нужно провести соответствующие испытания на орбите. И уже после этого можно будет планировать использование EmDrive в космических программах разных стран и компаний.

EmDrive, предполагаемый бестопливный двигатель, снова сбит с ног

Изображение: Luis M. Molina/Gizmodo (Getty Images)

Пять лет назад исследователи НАСА экспериментировали с объектом под названием EmDrive (или электромагнитным приводом), Y-образной металлической камерой, в которой, как они сообщали, тяга могла быть производится без топлива. Такое приспособление опровергло бы основные принципы физики, какими мы их знаем, и устранило бы огромный барьер для путешествий в дальний космос, сведя на нет необходимость носить с собой топливо. В конечном счете, надежда на EmDrive заключалась в том, что двигатели без топлива сделают путешествие к отдаленным объектам, таким как внешняя Солнечная система и даже близлежащие внесолнечные системы, такие как Альфа Центавра, управляемыми в человеческих масштабах времени.

Прототип NASA EmDrive 2013-14 гг. Изображение: Wikimedia Commons (добросовестное использование)

Если это звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой, другие ученые думали так же. После того, как эта статья была опубликована в Journal of Propulsion and Power, появилось множество исследований, объясняющих, в чем заключалась ошибка в исходной математике EmDrive. Надежды на бестопливный двигатель точно не оправдались; они постепенно развенчиваются в исследованиях смерти на 1000 человек. Самые последние усилия включают три статьи, представленные на конференции Space Propulsion 2020+1 исследователями из Дрезденского технологического университета в Германии.

«Когда мощность поступает в EmDrive, двигатель прогревается», — сказал соавтор исследования Мартин Тамджар, физик из Дрезденского технического университета, немецкому изданию GleWi. «Это также приводит к деформации крепежных элементов весов, в результате чего весы перемещаются к новой нулевой точке. Мы смогли предотвратить это в улучшенной структуре. Наши измерения опровергают все утверждения EmDrive как минимум на 3 порядка».

Упс. Очень жаль, потому что бестопливный двигатель был бы благом для исследования человеком космоса, ближнего и дальнего. Но немецкая команда использует свой EmDrive уже несколько лет, используя модель технологии, основанную на дизайне НАСА 2016 года. Они до сих пор не нашли доказательств, подтверждающих первоначальные утверждения.

Принцип EmDrive заключался в том, что микроволны, прыгающие внутри камеры, будут создавать неравномерную силу, достаточную для создания незначительной тяги. Критики говорят, что это нарушает основные законы физики: казалось, что EmDrive создает импульс, а не тягу, возникающую из известных физических явлений.

«Я считаю, что история с EMDrive закрыта», — сообщил Таймар Gizmodo по электронной почте. «Я не видел достоверных доказательств (опубликованных измерений, соответствующих высоким экспериментальным стандартам), которые требуют дальнейшего изучения».

При предварительном тестировании результатов НАСА та же немецкая команда также обнаружила небольшой эффект тяги, но они не были в этом уверены. С тех пор они пытаются приглушить все внешние шумы, чтобы увидеть, действительно ли EmDrive производит их сам. В одном из новых исследований авторы пришли к выводу, что эффект тяги на самом деле был просто вибрацией устройства, артефактом его работы.

Альфа и Бета Центавра, Проксима Центавра обведена красным. Изображение: Wikimedia Commons (добросовестное использование)

EmDrive был любимым проектом DARPA, научно-исследовательского подразделения Министерства обороны США. Инвестиции DARPA в проект продлятся до мая 2021 года, так что для финансирования проекта, на который когда-то возлагалось так много надежд, осталось очень мало времени.

Фантазия об EmDrive пока остается таковой, хотя это не помешает ученым заняться проблемой топлива, которая остается колоссальной баррикадой для нас, крошечных людей, отважившихся зайти дальше нашего собственного космического порога. С другой стороны, с каждой проходящей статьей кажется, что «Невозможный драйв» оправдал свое прозвище.

Эта история была дополнена комментариями Мартина Таймара.

Возможно ли это? Может ли это работать для космических путешествий?

• Затянувшаяся, невероятная концепция под названием EmDrive утверждает, что движется сама без топлива.
• Финансирование DARPA вызвало свежий новостной цикл и привлекло внимание к необъяснимой конструкции.
• Импульс без катализатора или выхода нарушает фундаментальный закон физики.

Движитель лунного полета под названием EmDrive обещает чрезвычайно быстрый, бросающий вызов физике способ путешествовать в космосе. Но многие критики говорят, что этот невозможный драйв — всего лишь сотрясение воздуха. Есть ли на самом деле надежда на EmDrive, и можем ли мы чему-нибудь научиться из его далекой концепции?

🌌 Тебе нравятся крутые космические штучки. И мы тоже. Давайте вместе погуляем по вселенной.

Конструкция EmDrive, защищенная авторскими правами ее материнской компании SPR Ltd , работает путем улавливания микроволн в специальной камере, где их отскок создает тягу. Камера закрыта, то есть снаружи кажется, что она просто движется без подачи топлива или выхода тяги.

Все, что вам нужно знать

• EmDrive просто не умрет

SPR Ltd объясняет:

«Это основано на втором законе Ньютона, где сила определяется как скорость изменения количества движения. Таким образом, электромагнитная (ЭМ) волна, распространяющаяся со скоростью света, имеет определенный импульс, который она передаст отражателю, в результате чего возникнет крошечная сила».

Эта аккумулированная крошечная сила в большом количестве — вот что делает EmDrive активным, заявляет компания.

Звучит просто, но эта концепция разрывает наши существующие представления о физике. Никакая энергия не входит и не выходит, так как же инициализируются волны, как они продолжают двигаться и откуда берется их импульс?

NASA Eagleworks тестирует EmDrive в 2016 году.

NASA

Спонтанный, созданный импульс без объяснимого «толчка» не имеет значения. Если EmDrive работает, этот факт сводит на нет многое из того, что физики знают о Вселенной. Это похоже на логическую задачу, где одна подсказка позволяет вычеркнуть все ответы, кроме одного, с разветвлениями, которые распространяются по остальной части сетки.

В новой статье для Space.com, астрофизик Пол Саттер, ведущий программы «Спроси космонавта» и Space Radio, решительно отвергает EmDrive, говоря, что это «просто коробка с микроволнами внутри, которая прыгает вокруг». Он продолжает:

С момента появления концепции EmDrive в 2001 году, каждые несколько лет группа утверждает, что измеряет результирующую силу, исходящую от их устройства. Но эти исследователи измеряют невероятно крошечный эффект: сила настолько мала, что даже лист бумаги не может сдвинуться с места. Это приводит к значительной статистической неопределенности и погрешности измерения.

Действительно, из всех опубликованных результатов ни один не дал результатов, выходящих за рамки «едва подходящих для публикации», не говоря уже о чем-то значительном.

Другой обязательный к прочтению

• Могут ли эти кристаллы помочь нам путешествовать во времени?

Это перекликается с тем, что ученые сказали Popular Mechanics , когда мы недавно сообщали о непреходящей популярности EmDrive. Брайс Кассенти, эксперт по передовым двигательным системам из Университета Коннектикута, сказал, что EmDrive не кажется правдоподобным, поскольку нарушает закон сохранения импульса.

«Только электромагнитные волны, излучаемые конической антенной, могут обеспечить изменение импульса, которое может обеспечить силу, а сила на несколько порядков меньше», — сказал Кассенти Популярная механика .

Estes Estes Destination Mars Colonizer Model Starter Set

$70 на Amazon

Credit: Estes/Amazon Набор для запуска ракеты

Сейчас скидка 18%

47 долларов на Amazon

Кредит: Estes/Amazon

Estes Estes 1413 Летающая модель Набор для запуска ракет Wacky Wiggler

50 долларов на Amazon

Кредит: Estes/Amazon

Estes Estes LEPUSHPDJ123 Rockets 7246 Модель ракеты «Шаттл» Комплект

$50 на Amazon

Кредит: Estes/Amazon

Estes Estes Sa-2061 Sasha Flying Model Rocket Kit

90/7Amazon 90/72 Este 90 Кредиты: 31 доллар на Amazon 90 Estes Estes 1921 Mercury Redstone Flying Model Kit

Сейчас скидка 41% на

$27 на Amazon

Кредит: Estes/Amazon

Estes Estes 1948 Big Bertha Летающая модель ракеты Kit

Сейчас скидка 20% на

$ 23 на Amazon 9000

Предоставлено: Estes/Amazon

Одно из многих прозвищ EmDrive — Impossible Drive, которое кажется немного назойливым. Даже «скорость деформации», концептуализированная Мигелем Алькубьерре и доработанная в последние годы различными теоретиками, сопровождается надежной аргументацией и неоправданными ожиданиями.

История по теме

• НАСА работает над варп-двигателем?

Да, если бы мы могли выполнить определенные высокие пороги для энергии, мы могли бы гипотетически поэкспериментировать с этой формой путешествия. Ученые откровенно говорят об очень длительных временных рамках, а также о вероятности и небольшой вероятности скорости деформации, которая остается — это , что интересно.

Вместо этого EmDrive имеет ряд концепций, которые не соответствуют физике и не могут быть проверены независимо. Опять же, это отличается от подобных далеко звучащих идей, которые могут сломать некоторые физические идеи. Идея создания стабильной червоточины, например, потребовала X-фактора «экзотической материи», которую мы пока не можем создать и даже не до конца понимаем. И ученые прозрачны в этом.

Вам это тоже понравится

• Этот термоядерный двигатель может способствовать межзвездным путешествиям

DARPA, агентство исследовательских проектов министерства обороны, инвестировало в частную разработку EmDrive в 2018 году. Да, финансирование — это инвестиции в будущее и потенциал идеи, но с DARPA, философию можно описать так: « ретвитов не являются одобрением ». Текущая фаза проекта DARPA продлится до мая 2021 года, и, возможно, проект сойдет на нет, если не будет ощутимых результатов

Правительственные исследования отбросили бесчисленное множество практических и даже потребительских концепций, начав с инвестиций в самые отдаленные области. Иногда путь важнее пункта назначения.

Кэролайн Делберт

Кэролайн Делберт — писатель, заядлый читатель и пишущий редактор в Pop Mech. Она также энтузиаст практически всего. Ее любимые темы включают ядерную энергию, космологию, математику повседневных вещей и философию всего этого.