как инженеры пытаются сделать вечный двигатель

Елизавета
Приставка

Новостной редактор

В 2001 году британский инженер-авиаконструктор Роджер Шоер заявил о создании двигателя, который, как тогда заявили и как сегодня продолжают считать его оппоненты, нарушает все известные законы физики. Рассказываем, что о нем известно и существуют ли другие подобные разработки.

Читайте «Хайтек» в

Что такое EmDrive?

EmDrive — двигательная установка, состоящая из магнетрона и резонатора, не являющаяся работоспособной согласно современным научным представлениям.

Установка EmDrive была впервые предложена британским инженером Роджером Шойером в 1999 году. Используемый в ней магнетрон генерирует микроволны, энергия их колебаний накапливается в резонаторе высокой добротности, и, по заявлениям автора, стоячая волна электромагнитных колебаний в замкнутом резонаторе специальной формы является источником тяги.

Вне резонатора не испускается не только вещество, но и электромагнитное излучение; иными словами, EmDrive — не фотонный двигатель. Но даже если бы создаваемые магнетроном микроволны полностью излучались в одном направлении, полученная тяга была бы значительно меньше заявленной тяги EmDrive.

Отсутствие расходуемого рабочего тела у этого двигателя, очевидно, нарушает закон сохранения импульса, а какое-либо общепринятое объяснение этого противоречия авторами разработок не предложено — сам Шойер опубликовал не рецензированную работу с объяснением, но физики отмечают, что теория радиационного давления более сложна, чем упрощенный аппарат, использованный Шойером, а его объяснения в целом противоречивы.

Экспериментальные данные долгое время не давали однозначного подтверждения или опровержения работоспособности подобной установки, что было связано в том числе с небольшой величиной предполагаемого эффекта, сравнимой с погрешностями измерений.

Физики объясняли полученные экспериментаторами немногочисленные положительные результаты ошибками в экспериментах. Единственное опубликованное в научном журнале независимое исследование, которое показало положительный результат, — это эксперимент группы Eagleworks 2016 года, в котором были устранены многие источники возможных ошибок.

Однако работы научной группы из Дрезденского технического университета показали, что измеряемая «тяга» EmDrive возникает из-за влияния внешних факторов, а не из-за самого аппарата.

Экспериментальные испытания

• Производители установок

Впервые британский инженер аэрокосмонавтики Роджер Шойер представил EmDrive в 1999 году. В декабре 2002 года основанной Шойером компанией Satellite Propulsion Research был представлен первый якобы действующий прототип, развивающий усилие 0,02 Н.

В октябре 2006 года той же компанией был показан прототип с заявленной силой тяги 0,1 Н. В 2015 году был представлен очередной вариант EMDrive со сверхпроводящей полостью.

В период 2006–2011 годов американской компанией Cannae LLC под руководством Гвидо Фетта был создан Cannae Drive (также известен как Q-drive) — двигатель, для которого был заявлен аналогичной принцип работы.

• Группа Яна Цзюаня

В период 2008–2010 года в китайском Северо-западном политехническом университете под руководством профессора Яна Цзюаня был создан прототип, якобы развивавший усилие 0,72 Н. В 2016 году результаты этой статьи были опровергнуты ее авторами, так как была обнаружена ошибка в измерениях, после исправления которой измеренная тяга оказалась в пределах шума измерений.

• Группа Гарольда Уайта

С 2013 года двигатель Cannae Drive испытывался в лаборатории Eagleworks. Эта лаборатория работает в космическом центре имени Джонсона под эгидой НАСА со сравнительно маленьким бюджетом 50 тыс. долларов в год и специализируется на исследовании технологий, противоречащих общепринятым научным представлениям.

Работы проводились под руководством Гарольда Уайта. Уайт считал, что такой резонатор может работать посредством создания виртуального плазменного тороида, который реализует тягу с помощью магнитной гидродинамики при квантовых колебаниях вакуума.

В ходе экспериментов 2013–2014 годов был получен аномальный результат — тяга величиной около 0,0001 Н. Испытание проводилось на крутильном маятнике для малых сил, который способен обнаруживать силы в десятки микроньютонов, в вакуумной камере из нержавеющей стали при комнатной температуре воздуха и нормальном атмосферном давлении.

Испытания резонатора были проведены на очень низкой мощности (в 50 раз меньшей, чем при эксперименте Шойера в 2002 году), но чистая тяга при пяти запусках составила 91,2 мкН при подводимой мощности 17 Вт. Кратковременная наибольшая тяга составила 116 мкН при той же мощности.

Публикация работы Eagleworks привела к тому, что иногда EmDrive описывается как «опробованный НАСА», хотя официальная позиция агентства гласит, что «это небольшой проект, который пока не привел к практическим результатам».

В ноябре 2016 года была опубликована работа, выполненная инженерами лаборатории NASA Eagleworks, в которой учтены и устранены многие источники возможных ошибок, измерена тяга EmDrive и сделан вывод о работоспособности этой установки.

Согласно этой статье, двигатель смог развить тягу в 1,2 ± 0,1 мН/кВт в вакууме с мощностями 40, 60 и 80 Вт. В статье предполагается, что работоспособность двигателя может объясняться при помощи теории волны-пилота.

• Группа Мартина Таймара из Дрезденского технического университета

В июле 2015 года были проведены испытания под руководством Мартина Таймара в Дрезденском техническом университете. Результаты не подтвердили, но и не опровергли работоспособность EmDriver.

В 2018 году были опубликованы новые результаты группы Мартина Таймара, согласно которым тяга, наблюдаемая в экспериментах с EmDrive (в том числе, видимо, экспериментах группы Eagleworks), связана скорее с недостаточным экранированием установки от магнитного поля Земли, чем с самой двигательной установкой: измерения показывали наличие небольшой тяги в одном и том же направлении даже при изменении ориентации установки или подавлении электромагнитных волн, поступающих в полость.

Дальнейшие испытания группы Таймара окончательно показали, что EmDrive не создает тяги.

• Предполагаемые китайские испытания в космосе

В декабре 2016 года, ссылаясь на пресс-конференцию одной из дочерних компаний Китайской академии космических технологий (CAST), издание International Business Times сообщило, что правительство КНР с 2010 года финансирует исследования двигателя, а прототипы EmDrive были отправлены в космос для проверки на борту космической лаборатории «Тяньгун-2».

Доктор Чэнь Юэ (Chen Yue) из CAST, согласно публикации International Business Times, подтвердил факт изготовления прототипа двигателя для тестирования на низкой околоземной орбите.

В сентябре 2017 года появились новые сообщения об успешном создании работающего прототипа двигателя EmDrive в Китае.

• Плимутский университет

В 2018 году агентство DARPA выделило Плимутскому университету 1,3 млн долларов на изучение и создание «двигателя бестопливного типа» на базе «квантованной инерции» (альтернативная космологическая гипотеза Майка Маккаллоха, противоречащая специальной и общей теории относительности). Отдельные СМИ сообщают о связи проекта с идеями EmDrive.

Как работает EmDrive?

Это устройство, работающее на базе микроволнового излучения, представляет собой особую коническую камеру-резонатор, к которой подключен мощный магнетрон — источник микроволнового излучения.

При определенной геометрии этого конуса данное устройство будет загадочным образом двигаться в сторону узкой его части с крайне малой, но силой, если внутри конуса будут «гулять» микроволны.

Британский инженер-авиаконструктор Роджер Шоер отказался от своей идеи, и ее через несколько лет проверил ряд физиков-профессионалов, в том числе и одна из лабораторий НАСА. Эти тесты, как пишет Майкл Маккаллох из Университета Плимута (Великобритания), привели к неожиданным для ученых результатам — оказалось, что изобретение Шоера действительно работает.

Маккаллох предложил правдоподобное с точки зрения физики объяснение этому «чудо-двигателю», обратив внимание на другую противоречивую вещь — так называемый эффект Унру.

Этот феномен был открыт американским физиком Уильямом Унру (William Unruh) в конце 70-х годов прошлого века, и он представляет собой объяснение того, почему существует сила инерции.

Унру показал, что предмет, движущийся с ускорением, начинает по-особому взаимодействовать с вакуумом или другой средой, через которую он движется — если говорить просто, то окружающее пространство становится «теплее» для него. Это тепло «давит» на движущееся тело и заставляет его снижать скорость.

Критика

Научное сообщество в основной своей массе не поверило в результаты испытаний спорного двигателя. Марк Миллс, который возглавлял ныне прекратившую существование лабораторию Breakthrough Propulsion Physics lab, считает, что аномальная тяга могла возникнуть в результате взаимодействия двигателя с испытательной камерой.

Лаборатория Миллса в свое время занималась задачами, аналогичными Eagleworks, то есть проверкой различных полуфантастических проектов космических двигателей. Так что опыта, чтобы делать подобные предположения, у него достаточно.

Астрофизик Технологического института Рочестера и научный обозреватель Forbes Брайан Коберлейн отметил, что публикация статьи в рецензируемом журнале еще не означает, что ее результат окажется верным.

Российские ученые также раскритиковали идею EmDrive. Астрофизик, главный редактор газеты «Троицкий вариант» и член Комиссии РАН по борьбе с лженаукой Борис Штерн назвал бредом саму возможность создания невозможного двигателя.

Подобные эксперименты

• Катализатор энергии Росси

В 2009 году была подана заявка на предполагаемое изобретение «метод и аппаратура для проведения экзотермической реакции между никелем и водородом, с выделением меди».

Патент ссылается на предыдущие работы по холодному ядерному синтезу, хотя, по одному из заявлениий Росси, это не холодный ядерный синтез, а скорее — низкоэнергетическая ядерная реакция. Подобная система, но производящая меньше энергии, ранее уже была описана Фокарди и др.

Хотя итальянский патент, как и международные патентные заявки, описывает структуру и общую работу устройства, подробная работа устройства является коммерческой тайной, и независимая сторона рассматривает устройство как непрозрачный «черный ящик». Наблюдатели измеряли входную и выходную энергию за различные периоды во время публичной демонстрации. Widom и Larsen предложили теорию как объяснение элементного превращения и высвобождения избытка энергии.

Совместная работа про «холодный ядерный синтез» Росси и Фокарди была отклонена рецензируемым научным журналом и появилась в самоизданном блоге Росси.

Для публикации результатов Росси и Фокарди основали в 2010 году свой собственный онлайн-блог, назвав его Journal of Nuclear Physics (название блога сходно с названием некоторых научных журналов). Тесно связанная работа Фокарди была опубликована в 1998 году в рецензируемом научном журнале Il Nuovo Cimento A.

• Пузырь Алькубьерре

Это идея, основанная на решении уравнений Эйнштейна, предложенная мексиканским физиком-теоретиком Мигелем Алькубьерре, в которой космический аппарат может достичь сверхсветовой скорости.

Движение выше скорости света невозможно для объектов с действительной ненулевой массой в нормальном пространстве-времени. Однако вместо перемещения выше скорости света в пределах локальной системы координат космический корабль может двигаться, сжимая пространство перед собой и расширяя его позади, что позволяет ему фактически перемещаться с любой скоростью, в том числе быстрее света.

В 2012 году группа Eagleworks под руководством Гарольда Уайта, объявила о создании интерферометра Уайта — Джудэя, который, по их заявлениям, может обнаружить пространственные возмущения, создаваемые сильными электрическими полями. Эксперимент подробно описан в работе Гарольда Уайта Warp Field Mechanics 101. 

• Энергия из воздуха

Валерий Майсоценко, доктор технических наук, профессор, автор около 200 научно-технических работ и трех десятков актуальных прорывных патентов, нашел способ извлечения энергии из воздуха через природные экологически чистые процессы увлажнения воздуха, испарения и конденсации воды.

Термодинамический цикл Майсоценко основан на действии известных физических законов. Пространство, где образуется влажный охлажденный воздух, является областью пониженного давления. Теплый сухой воздух находится в зоне повышенного давления.

Воздух всегда движется от области высокого давления к низкому. До тех пор, пока слои воздуха различаются по температуре, влажности, давлению, существует направленный ветер. И дует тем сильнее, чем больше разница между исходными параметрами.

Спустя 30 лет его разработками пользуются по всему миру. Испарительно-конденсационный тепловой насос на основе воды сейчас способен вытеснить центральное отопление и компрессионную климатическую технику, а М-цикл в будущем может реализовать принципиально новую термодинамическую концепцию для двигателей и турбин.

Читать далее

Исследователи впервые погрузились к самому глубоколежащему утонувшему кораблю

Создана первая точная карта мира. Что не так со всеми остальными?

Появилась беспроводная система, которая помогает парализованным

Невозможный двигатель EmDrive после тщательных проверок оказался нерабочим

Георгий Голованов6 апреля 2021, 13:45

Группа немецких ученых дотошно докопалась до истины в деле о двигателе EmDrive, якобы дающим тягу без топлива в нарушение законов физики. Причина заблуждений в том, что точно измерить крошечную тягу крайне сложно, поэтому потребовалось четыре года на подготовку и проведение ряда экспериментов. Вердикт, увы, оказался неутешительным — использовать EmDrive для космических полетов не получится.

Возможность генерировать тягу без горючего могла бы полностью изменить облик современной космонавтики. Поэтому совершенно естественно, что идея Роджера Шойера и последующие подкрепляющие ее эксперименты инженеров США и Китая вызвали поначалу большой ажиотаж.

Однако проблема двигателя EmDrive на основе магнетрона заключалась в том, что он нарушал закон сохранения импульса, хотя результаты первых испытаний показывали наличие тяги. У его разработчика была своя теория на этот счет, как и у трех ученых из Германии — Мартина Таймара, Оливера Нойнцига и Марселя Вайкерта, которые потратили четыре года на доказательство своей точки зрения. В 2018 году они представили результаты тщательного подготовленного эксперимента — двигатель действительно давал тягу, даже тогда, когда делать этого не должен был. Они предположили, что этот эффект объясняется вмешательством магнитного поля Земли.

После ученые решили устранить эти помехи, использовав аккумулятор и пересобрав другие компоненты, чтобы исключить электромагнитные воздействия, пишет New Atlas. И теперь они утверждают, что обнаружили, откуда берется тяга — к огорчению энтузиастов EmDrive.

«Мы обнаружили, что причина „тяги“ — тепловой эффект», — объявил Таймар.

Он и его коллеги использовали конфигурацию EmDrive, предложенную специалистами NASA, которую применяли в лабораториях Eagleworks, потому что она лучше всего задокументирована.

«Когда в EmDrive течет энергия, двигатель нагревается, — пояснил он. — Это также приводит к деформации креплений пластин, и они сдвигаются в новую нулевую точку. Мы смогли предотвратить это, изменив структуру. Наши измерения доказали несостоятельность всех претензий EmDrive по меньшей мере на три порядка».

Заодно ученые развенчали два других варианта EmDrive — LemDrive и Mach-Effect Thruster — заявив, что несмотря на огорчение от того, что эти двигатели не работают, они смогли усовершенствовать методику измерения. В будущем при испытании новых невозможных двигателей у исследователей уйдет меньше времени и усилий на доказательство их невозможности.

Недавно немецкий астрофизик Эрик Ленц предложил новый подход к сверхсветовым путешествиям с помощью варп-двигателей, который основан только на традиционной физике. Ленц полагает, что его решение переводит эту задачу из области фундаментальной физики «ближе к проектированию».

---

EmDrive, предполагаемый бестопливный двигатель, снова сбит с ног

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 создаваться 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, почему первоначальная математика EmDrive пошла не так. 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 Технического университета Дрездена, 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, подпрыгивающие внутри камеры, будут создавать неравномерную силу, достаточную для создания мизерной 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.

В новом всестороннем тесте EmDrive не смог создать тягу

EmDrive — это гипотетическая ракета, сторонники которой утверждают, что она может генерировать тягу без выхлопа. Это нарушило бы всю известную физику. В 2016 году команда лаборатории NASA Eagleworks заявила об измерении тяги устройства EmDrive, известие о котором вызвало настоящий ажиотаж. Последняя попытка воспроизвести шокирующие результаты привела к простому ответу: измерения Eagleworks проводились по нагреву опоры двигателя, а не по какой-то новой физике.

EmDrive — относительно простое устройство: это пустая полость, которая не идеально симметрична. По словам сторонников EmDrive, за счет отражения электромагнитного излучения внутри полости сужение полости приводит к чистой тяге двигателя, несмотря на то, что из привода ничего не протекает. В 2016 году команда лаборатории Eagelworks НАСА, как сообщается, измерила чистую тягу в своем эксперименте EmDrive, который, по их утверждению, стал революцией в нашем понимании физики и будущего космических полетов.

Физики были… настроены скептически. Сохранение импульса диктует, что неподвижный объект не может двигаться без действующей на него суммарной силы, что, как утверждалось в эксперименте Eagleworks, нарушается. Но закон сохранения импульса проверялся бесчисленное количество раз на протяжении столетий — фактически этот принцип лежит в основе почти каждой отдельной теории физики. Так что, по сути, почти каждый раз, когда проверяется физика, проверяется и закон сохранения импульса.

Результаты эксперимента Eagleworks не очень убедительны. Хотя команда утверждала, что измеряла тягу, она не была статистически значимой и, по-видимому, была результатом «сбора вишен» — авторы наблюдали за случайными колебаниями и ждали подходящего момента, чтобы сообщить о своих результатах.

Авторы и права: Пол М. Саттер

Но в духе научного воспроизведения команда Дрезденского технологического университета под руководством профессора Мартина Таймара перестроила экспериментальную установку Eagleworks.

И они нашли приземистый.

Сообщая о своих результатах на конференции Proceedings of Space Propulsion Conference 2020, профессор Таймар сказал: «Мы обнаружили, что причиной «толчки» был тепловой эффект. Для наших испытаний мы использовали конфигурацию NASA EmDrive от White et al. (который использовался в лабораториях Eagleworks, потому что он лучше всего задокументирован, а результаты были опубликованы в Journal of Propulsion and Power .)

С помощью новой конструкции измерительной шкалы и различных точек подвески того же двигателя мы смогли воспроизвести кажущиеся силы тяги, аналогичные тем, которые были измерены командой НАСА, а также сделать они исчезают с помощью точечной подвески. »

Предоставлено: Пол М. Саттер

По сути, кажущаяся тяга Eagleworks EmDrive была вызвана нагревом шкалы, которая использовалась для измерения тяги, а не движением самого привода.

«Когда мощность поступает в EmDrive, двигатель прогревается. Это также вызывает деформацию крепежных элементов на шкале, в результате чего шкала перемещается в новую нулевую точку. Мы смогли предотвратить это в улучшенной конструкции,» Профессор Таймар продолжил.

Его вывод забивает последний гвоздь в гроб мечты об EmDrive: «Наши измерения опровергают все утверждения EmDrive как минимум на три порядка».

Предоставлено
Вселенная сегодня

Цитата :
В новом всестороннем тесте EmDrive не смог создать тягу (2021 г., 7 апреля).
получено 21 ноября 2022 г.
с https://phys.org/news/2021-04-comprehensive-emdrive.html

Этот документ защищен авторским правом.