Информационный сайт А. М. Белова Заправляем ракету пылью и песком. Инерционные реактивные двигатели на пыле и песке доставят к дальним планетам и защитят Землю от астероидов и комет. Импульсный инерционный реактивный двигатель на песке и пыли с Луны. Доставка грузов без ракет. Перемещение и отклонение астероидов и комет в космосе.

Информационный сайт А. М. Белова Заправляем ракету пылью и песком. Инерционные реактивные двигатели на пыле и песке доставят к дальним планетам и защитят Землю от астероидов и комет. Импульсный инерционный реактивный двигатель на песке и пыли с Луны. Доставка грузов без ракет. Перемещение и отклонение астероидов и комет в космосе.

| О проекте | Главная | Оставить сообщение | Адрес для связи: [email protected] |

           
Использовать астероиды, кометы, малые планеты для пополнения реактивной расходной массы космических аппаратов предлагали уже давно. Ведь использовать материалы с этих космических тел очень заманчиво, так как вывод их в космос намного выгоднее по энергозатратам и экономически, чем доставлять их в космос с Земли.

           
Однако материалы, из которых сложены малые космические тела, не могут использоваться в качестве топлива для химических реактивных двигателей. Электрические и магнитные их свойства тоже очень плохие, что не позволяет использовать их в электромагнитных реактивных двигателях. Поэтому поскольку современный уровень развития техники не позволяет создать термоядерные, аннигиляционные и прочие возможные космические двигатели будущего, то остается лишь попытаться использовать механический двигатель. И первое предложение по чисто механическому ускорению каменных материалов, добытых непосредственно на астероиде, конечно, было самым очевидным – это установка непосредственно на астероиде некоего подобия пращи (см. анимацию на Рис. 1). Ведь праща была простейшим приспособлением для метания камней, известным всем народам с глубокой древности.

           
Эта конструкция имела следующие основные недостатки:

           
1. Несбалансированность своих вращающихся частей, что приводило с одной стороны к значительным потерям на трение, а с другой стороны ограничивало максимальную скорость вращения пращи.

           
2. Организация добычи каменных блоков с определенными геометрическими и массовыми параметрами.

           
3. Сложность процедуры заряжания пращи каменными блоками.

           
4. Необходимость иметь сравнительно мощный источник энергии.

           
5. Большие масса и габариты, как самой пращи, так и механизмов, обеспечивающих ее функционирование.

           
Конечно, самым существенным недостатком является низкая скорость вращения пращи, так как низкая скорость ее вращения не позволит придать большую скорость отбрасывания каменным блокам (расходной реактивной массе). А это в свою очередь приведет в конечном итоге, к потере всех преимуществ от добычи расходной реактивной массы на малых космических телах.

           
В статье: Кинетическое оружие на основе инерционного реактивного двигателя http://stob2.narod.ru/4i.htm был описан ряд инерционных реактивных двигателей лишенных большинства недостатков классической пращи и теоретически способных придавать отбрасываемым расходным реактивным массам необходимую скорость. Но описанные в этой статье схемы инерционных реактивных двигателей все же предполагают использование отбрасываемых грузов сравнительно сложных, как по своей конструкции, так и в изготовлении. Организация производства таких грузов из материалов малых космических тел непосредственно на космических аппаратах в настоящее время маловероятна.

           
Однако, если исходить из того, что двигатель использующий материалы малых космических тел не будет предназначен для вывода объектов на орбиту искусственного спутника, а будет использоваться для ускорения и маневрирования аппаратов уже находящихся в космосе, то можно будет пойти на существенное ограничение тяги и импульсный характер работы такого двигателя. В этом случае в качестве отбрасываемых реактивных масс можно будет использовать уже не массивные каменные блоки со строго определенной геометрией, а мелкий песок или практически пыль. Источником такого песка может послужить буровой шлам, образующийся при разбуривании астероида или, так называемая, лунная пыль, доставляемая в космос с поверхности Луны (см. статью: Зачем возвращаются к освоению Луны? Или военные нашли идеальное место для космического базирования кинетического оружия. http://stob2.narod.ru/21s.htm ).

           
Тогда и схема инерционного реактивного двигателя будет существенно отличатся, от приведенных в статье: Кинетическое оружие на основе инерционного реактивного двигателя http://stob2.narod.ru/4i.htm. Упрощенно она может выглядеть примерно, так как показано в анимации на Рис. 2.

           
Работает этот двигатель следующим образом. Из питателя (на Рис. 2 показан в виде прямоугольника коричнево-красного цвета) песчинка выталкивается в зазор между двумя встречно-вращающимися маховиками (на Рис. 2 показаны в виде двух кругов серого цвета). Сцепляется с поверхностями маховиков и за время прохождения зазора между маховиками приобретает скорость равную линейной скорости вращения маховиков и выбрасывается в космическое пространство с приобретенной скоростью. При этом двигатель получает импульс, направленный в противоположную сторону от направления полета песчинки.

           
В процессе выбрасывания из двигателя песка скорость вращения маховиков будет постепенно замедляться. Поэтому песок из предлагаемого двигателя целесообразно выбрасывать небольшими порциями, периодически восстанавливая максимально возможную скорость вращения маховиков или, говоря иначе восстанавливая накопленную в них кинетическую энергию.

           
Восстанавливать кинетическую энергию маховиков можно сравнительно длительное время, используя для раскручивания маховиков маломощные электромоторы, питаемые от маломощных солнечных батарей.

           
Учитывая, что масса отдельных песчинок очень мала, можно практически создать двигатель с массой маховиков превышающих массу песчинки в десятки тысяч раз и при этом с вполне приемлемыми массово-габаритными параметрами всего двигателя в целом.

           
Предлагаемый двигатель можно устанавливать непосредственно на астероиде, траекторию движения которого необходимо изменить. Но это можно делать лишь на астероидах на изменение траектории движения, которых имеется значительное время (до нескольких лет). К тому же бурение астероида с целью получения бурового шлама сама по себе весьма непростая задача, требующая больших энергозатрат.

           
Поэтому более простым и надежным было бы все же организовать добычу и выделение при помощи центрифуг нужной фракции песка на Луне. С последующим выводом его без помощи ракет на лунную орбиту. О чем уже было написано в статье: Зачем возвращаются к освоению Луны? Или военные нашли идеальное место для космического базирования кинетического оружия. http://stob2.narod.ru/21s.htm ). Ради решения этой задачи на Луне можно построить космический лифт. Причем в отличие от Земли на Луне технически возможно строительство классического космического лифта.

           
Затем с лунной орбиты уже при помощи предлагаемого двигателя песок можно транспортировать в точки ожидания, где постепенно можно будет накапливать весьма значительные массы песка. Используя его в дальнейшем, в качестве расходной реактивной массы при осуществлении полетов к Марсу и другим дальним космическим телам либо направляя его при помощи предлагаемого двигателя к приближающимся астероидам с целью изменения их траектории движения при столкновении. Если массы песка будут значительными, то можно будет отклонять непосредственно при подлете к Земле даже большие астероиды, воздействие на которые в настоящее время считается невозможным. Если астероид не удастся совсем отклонить от Земли, то можно рассчитывать хотя бы на организацию его падения в безлюдном месте Земли или в худшем случае попытаться заменить место его падения в окрестностях Москвы на место расположенное, где ни будь в Америке, например.

           
Описанная выше транспортная система, вероятно, сможет обеспечить экономичность полетов к дальним планетам и перехвата астероидов, но сократить затраты времени на выполнение этих операций точно не сможет. К сожалению, не во всех случаях следует рассчитывать на достаточное время для срабатывания транспортной системы. Например, приближающийся к Земле астероид может быть обнаружен слишком поздно, или если необходима срочная доставка груза на Марс, или, наконец, если транспортная система используется в качестве компонента кинетического оружия для обстрела отдельных территорий на Земле. Во всех этих случаях необходимо иметь транспортную систему с более высоким быстродействием.

           
Решить эту проблему можно было бы за счет применения химических жидкостных или твердотоплевных реактивных двигателей, но в таких двигателях в принципе невозможно использовать, добытые на астероидах или Луне материалы. Поэтому конструкцию классического химического реактивного двигателя необходимо изменить. На Рис. 3 показана схема и принцип работы такого измененного реактивного двигателя в разрезе.

           
На Рис. 3 синим цветом, показана рабочая камера реактивного двигателя, серым цветом – взрывной заряд и коричневым цветом – песок. В качестве взрывного заряда может использоваться жидкое или твердое взрывчатое вещество, а в целях получения запредельно высоких характеристик транспортной системы, и ядерный заряд.

           
Подрыв взрывного заряда в рабочей камере реактивного двигателя приводит к почти мгновенному выбросу песка из рабочей камеры с высокой скоростью. В результате чего камера реактивного двигателя вместе с полезной нагрузкой (на Рис. 3 не показана) начинает двигаться в сторону противоположную направлению движения песка.

           
Использовать в космических реактивных двигателях различные взрывные заряды, в том числе и ядерные заряды, предлагалось еще в прошлом веке. По ряду причин они не нашли широкого практического применения. Однако эффективность таких реактивных двигателей существенно возрастает при использовании в них в качестве реактивной расходной массы материалов добываемых на Луне или малых космических телах.

           
Если сам двигатель можно сделать сравнительно недорогим, то вся инфраструктура по обеспечению его работы, конечно, дешевой не получится. Зато именно тот, кто потратится, и будет определять, до момента создания более прогрессивных двигателей, кто, когда и зачем будет летать к дальним планетам, а главное определять какую часть населения Земли спасать в случае, если всю Землю защитить не удастся. Один раз нам уже повезло. Тунгусский метеорит упал в почти безлюдном районе тайги. А ведь он мог упасть и в европейской части России. Сейчас мы уже можем позаботиться о везении и при новых визитах подобных гостей.

           
Читайте так же статью: Инерционная транспортная система на основе канатного маховика для доставки грузов в космос без ракет (короткий космический лифт) http://stob2. narod.ru/5i.htm

                                                                                                           
январь 2012 года

Настоящее и будущее ракетных двигателей

Еще основоположники космонавтики понимали, что ракетные двигатели на химическом топливе имеют предел и не смогут обеспечить быстрые перелеты между планетами Солнечной системы. Поэтому, когда были открыты реакции радиоактивного распада, идея использовать атомную энергию для разгона космических аппаратов возникла почти сразу. Однако ядерные корабли не появились до сих пор, а первый полет назначен лишь на 2030 год.

Антон Кадман

Урановая машина

В 1905 году Эйнштейн вывел знаменитую формулу эквивалентности массы и энергии. Именно на нее опирался Константин Циолковский, когда в 1911–1912 годах в «Исследовании мировых пространств реактивными приборами» указал, что для выхода космического корабля за пределы Солнечной системы потребуется всего лишь «щепотка радия». Калужский изобретатель описал систему, которую позже назовут «атомной псевдоракетой»: она разгонялась, выбрасывая продукты ядерного распада. В то время еще не понимали, что построить «псевдоракету» малореально, поскольку такие частицы создают температуры в миллионы градусов и стенка любой камеры сгорания просто расплавится.

Следующий шаг сделал итальянский аэродинамик Гаэтано Крокко. В 1923 году он выступил с докладом «Замечания о технике воздухоплавания», заявив: такой «прямой» способ разгона достижим только при использовании мощнейших электромагнитных полей, которые могли бы заменить стенки камеры сгорания, что технически невероятно сложно. Куда разумнее применить «непрямой» способ – превращение атомной энергии в тепловую нагревом инертного рабочего тела, которое направляется в реактивное сопло.

Первые намеки на переход от теории к практике появились в годы Второй мировой войны, когда ракетный конструктор Вернер фон Браун узнал об «урановой машине», которую разрабатывал Гейзенберг. Ядерное устройство создавалось для подводных лодок, но

его в принципе можно было использовать и как реактор, расщепляющий воду на водород и кислород для подачи в камеру сгорания. В 1944 году фон Браун провел несколько консультаций с Гейзенбергом, однако стало ясно: создание компактного реактора – слишком далекая перспектива.

После войны немецкие ракетчики были перевезены в США, и плодотворная идея вновь стала востребованной. Фон Браун активно популяризировал свой Marsprojekt, предусматривавший отправку к соседней планете шести кораблей с ядерными двигателями. Некоторые его расчеты использовали при конструировании сверхтяжелой ракеты Nova для доставки на Луну кораблей Apollo: среди прочих рассматривался вариант установки на верхнюю ступень водородного двигателя с реактором. Однако в 1964 году проект Nova был заморожен, корабли запускали с помощью ракеты Saturn V на обычном топливе.

​

На советской скорости

В СССР работы над двигателями, использующими атомную энергию, начались во второй половине 1950-х при участии крупнейших ученых того времени – Мстислава Келдыша, Игоря Курчатова, Сергея Королева, Валентина Глушко. В конце 1959 года был утвержден проект двухступенчатой ракеты с реактором, разогревающим аммиак, который выбрасывался через четыре сопла. По расчетам, такой носитель мог вывести в космос 150 т – целый межпланетный корабль! Затем, однако, концепция изменилась: специалисты предпочли твердофазный вариант, при котором жидкий водород сперва охлаждает корпус реактора и тепловыделяющие сборки снаружи, а затем поступает внутрь, нагревается до 3000 К и выбрасывается через сопло.

Разработкой реактора ИР-100 для такой двигательной установки (РД-0410) занимался НИИ № 1, будущий Центр им. Келдыша. Для испытаний на Семипалатинском полигоне построили две шахты, и на рубеже 1970–1980 годов краны опустили экспериментальные установки на глубину. Раскаленный водород огненной струей вырывался наружу, и, хотя истекающие газы имели слабую радиоактивность, приближаться к шахте запрещалось еще месяц. Эксперименты подтвердили работоспособность ИР-100: советский атомный двигатель для космоса был создан. К сожалению, он так и остался невостребованным, поскольку планируемые межпланетные экспедиции отменили, а использовать РД-0410 на околоземной орбите оказалось невыгодно и опасно.

Однако полученный опыт побудил инженеров искать новые пути применения. В 1987 году РКК «Энергия» предложила проект тяжелого межпланетного корабля (ТМК), оснащенного двумя связками электроракетных двигателей, работающих на ксеноне, с ядерным источником энергии. Согласно расчетам, пилотируемая экспедиция к Марсу и обратно на таком корабле заняла бы 716 суток. Технически проект был вполне осуществим: в то время СССР располагал ракетой «Энергия», которая могла вывести модули корабля на орбиту. Но после аварии на Чернобыльской АЭС развилась массовая радиофобия, и конструкторы отказались от реакторов, заменив их массивными солнечными батареями. Вскоре и проект ТМК ушел в никуда.

Рабочие лошадки

О нем заговорили снова лишь в нулевые, когда в РКК «Энергия» родилась необычная идея по упрощению и удешевлению полетов на геостационарные орбиты высотой 35–37 тыс. км. Как известно, именно здесь выгоднее всего размещать телекоммуникационные спутники, поэтому такие орбиты обладают наибольшим коммерческим потенциалом. Буксир мог бы поднимать туда новые аппараты и сводить вниз старые. Для такой работы требуется высокая мощность, и в «Энергии» взялись за разработку ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) на основе советского ТМК.

Так появился проект транспортной системы из трех унифицированных буксиров: тральщика, постоянно находящегося на геостационарной высоте и собирающего устаревшие аппараты; транспорта дальнего действия, который перемещается между геостационарной и средней (800 км) орбитами; и транспорта ближнего действия, выводящего спутники на высоту 800 км. Буксиры планировалось снабдить одинаковыми ЯЭДУ с реакторами мощностью по 150 кВт и термоэмиссионными преобразователями тепла в электричество (нагреванием катода, который в процессе излучает электроны).

В дальнейшем специалисты РКК планировали построить установки с реакторами мощностью от 0,6 до 2,1 МВт для доставки грузов на Луну, Марс и даже к поясу астероидов, причем каждый буксир мог бы совершать до шести рейсов. Замысел поддержало правительство, и в 2010 году началось проектирование транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) с ЯЭДУ мегаваттного класса, позднее получившего название «Нуклон». Головным разработчиком стал Исследовательский центр им. Келдыша.

«Зевс» впрягается в лямку

Конструкторам пришлось постараться, чтобы создать мощный и компактный реактор. Революционным для космоса нововведением стало применение для преобразования тепла в электричество не термоэмиссионной системы, а турбины – как на земных станциях. Другая оригинальная идея – сброс избыточного тепла через капельный холодильник-излучатель: нагретое вещество пропускается через открытый космос и снова собирается уже охлажденным. Сама установка вырабатывает только электричество, а его, в свою очередь, использует ионный двигатель ИД-ВМ, где ксеноновая плазма ускоряется, создавая тягу.Эскизное проектирование было завершено в 2013 году, хотя столь нестандартные решения потребовали дополнительных исследований. Однако срыв заданных сроков вызвал недовольство правительства, и через пять лет Роскосмос передал проект системы в КБ «Арсенал», который продолжает эту работу до сих пор. В прошлом году стало известно, что конструкцию космического буксира, которому присвоили имя «Зевс», опять модифицируют, а турбину снова заменит термоэмиссионный преобразователь. В 2021-м был назван срок отправки первого изделия на орбиту – по заявлению руководства Роскосмоса, его планируется запустить в 2030 году ракетой «Ангара-А5» с космодрома Восточный в Амурской области.

Ожидается, что экспериментальная миссия продлится 50 месяцев. После старта аппарат достигнет Луны, далее совершит гравитационный маневр около Венеры и в конце концов окажется в системе Юпитера. Кроме того, глава Роскосмоса Дмитрий Рогозин сообщил, что «Зевс» может быть включен в состав Российской орбитальной служебной станции (РОСС), сборка которой начнется в конце 2025 года. Озвучен и военный вариант применения: буксир способен нести на себе локационный комплекс, который будет отслеживать летательные аппараты в интересах противовоздушной обороны.

Если к 2030 году создание модуля с реактором мегаваттной мощности действительно будет завершено, это полностью изменит мировую космонавтику. Например, космический корабль в связке с «Зевсом» сможет добираться до Марса всего за 40–50 дней вместо примерно 200, необходимых при движении по оптимальной инерционной траектории. Человечество получит средство транспорта, которое по своим характеристикам превзойдет все, созданное ранее. Будем надеяться, что ракетно-космическая отрасль сумеет воспользоваться такими перспективами и российские вымпелы наконец-то появятся на соседних планетах.

Актуаторы

Вы находитесь здесь: Главная / CEDRAT TECHNOLOGIES /
Технологии
/ Актуаторы
/ Пьезодвигатели и электроника

Пьезо двигатели – это двигатели линейного перемещения и вращения, обеспечивающие высокую точность и режим удержания в выключенном состоянии. Характеристики этих двигателей делают их подходящими для задач микро позиционирования при большой величине хода.

Специалисты CEDRAT TECHNOLOGIES испытывали различные типы пьезоэлектрических двигателей модернизируя/испытывая стандартные пьезодвигатели и разрабатывая собственные оригинальные концепты для применения в космосе и высокоточном приборостроении:

Червячные пьезо двигатели (Inchworm): Эти двигатели основаны на квази-статических шагах пьезо статора. Они предлагают обеспечивают хорошую управляемость, но их скорость невысока (< 10мм/с) и они являются многофазными и как следствие дорогими. Компания CEDRAT TECHNOLOGIES имеет опыт разработки таких двигателей. Это, например, — Линейный Пьезо Двигатель (Linear Piezo Motor – LPM) в проекте Французского Космического Агентства или  Пьезо Двигатель Вращения RPMHPP Rotating Piezo Motor в проекте Европейского Космического Агентства.

Ультразвуковые двигатели (Ultrasonic motor -USM): Эти двигатели используют эффект ультразвуковой вибрации (обычно эллиптическая с применением резонанса) статора, который перемещает контактную  часть (такую как ротор). Они быстрые (> 100 мм/с), но обеспечивают средний уровень управляемости и являются чувствительными к вибрации нагрузки и окружающей среды. Так как приходится отслеживать резонанс, то их электроника также может быть сравнительно сложной. Космически квалифицированный Линейный Пьезо двигатель LPM20-3 от компании CEDRAT TECHNOLOGIES – это мультирежимный ультразвуковой двигатель (MMUM). Он применим для работы в вакууме и является космически квалифицированным благодаря проектам Французского Космического агентства и EADS. На основе этого концепта компанией CEDRAT TECHNOLOGIES также были разработаны пьезоэлектрические двигатели вращения, такие как RPA для Европейского Космического Агентства и магнитострикционные двигатели вращения, обеспечивающие большой момент на малой скорости. Компания CEDRAT TECHNOLOGIES также провела модернизацию коммерческого Ультразвукового Двигателя (Travelling Wave Ultrasonic Motors -TWUM) производства Shinsei сделав его космически квалифицированным. 

Инерционные Шаговые Двигатели (Inertial Stepping Motor -ISM): Эти двигатели также называются Плавными (Smooth) Динамически Приводными Механизмами (Impact Drive Mechanisms — IDM или SIDM) и основаны на последовательных шагах пьезо статора, который осуществляет движение. Они обеспечивают средние скорости (10-50 мм/с). Эти двигатели требуют только один пакет пьезокерамики и один канал управляющей электроники, что ведет к хорошему потенциалу миниатюризации. Компания CEDRAT TECHNOLOGIES разработала Шаговые Пьезо актуаторы (Stepping Piezo Actuator – SPA), новые пьезо двигатели на основе концепта ISM, с применением преимуществ APA®.

Приведенные далее примеры демонстрируют множество прототипов и изделий по спецификации заказчика. Для получения более подробной информации Вы можете воспользоваться публикациями, посвященными Пьезо двигателям вращения и линейным пьезо двигателям. Для удобства разработчиков доступен набор разработчика на основе SPA30uXS.

ВЗГЛЯД / Россия создает новые двигатели для перемещения в космосе :: Общество

Ион в деле: ученые РФ создают двигатель для дальних космических миссий | Статьи

Российские ученые разработали схему ионного двигателя с улучшенными характеристиками. После создания прототипа устройства его производством займутся ведущие ракетно-космические предприятия РФ. Ионные двигатели применяются, например, для коррекции орбиты спутников. Они имеют огромный потенциал для использования на космических аппаратах, выполняющих миссии в дальнем космосе, таких как российский ядерный буксир «Зевс», который полетит к другим планетам Солнечной системы, пояснили эксперты.

Гори огнем

Ионные двигатели — одни из самых перспективных и широко используемых устройств в космосе. Сейчас их в основном применяют для коррекции положения и поддержания рабочей орбиты геостационарных спутников.

Ученые из МАИ исследуют возможность увеличения эффективности работы высокочастотного ионного двигателя за счет изменения геометрии его элементов. Такие устройства работают за счет разгона ионов рабочего газа электрическим полем: поток ускоренных заряженных частиц вылетает из двигателя, создавая тягу — силу, которая «толкает» аппарат. Однако для того, чтобы появились ионы, газ сначала нужно ионизировать — убрать у атомов рабочего газа электрон, превратив их в положительно заряженные частицы. Газ, который состоит из электронов, ионов и атомов, называется плазмой.

Плазма генерируется внутри разрядной камеры — с одной ее стороны располагается подвод газа, а со второй — электроды ионно-оптической системы. Это две или три тонкие пластины, расположенные на расстоянии порядка миллиметра друг от друга, со множеством отверстий. Между ними приложено электрическое поле, ускоряющее положительное ионы из плазменного разряда. Из отверстий в электродах выходит направленный поток ионов, обеспечивающий движение космического аппарата.

Ион в деле

Ионный двигатель T6

Фото: ESA

— Мы исследуем метод повышения тяги двигателя за счет изменения геометрии основных элементов конструкции высокочастотного ионного двигателя, — рассказал «Известиям» руководитель проекта, ведущий научный сотрудник НИИ прикладной механики и электродинамики МАИ Вартан Абгарян. — В частности, мы рассматриваем влияние формы разрядной камеры и электродов ионно-оптической системы на характеристики двигателя. Кроме этого мы будем изучать эффективность применения магнитной защиты стенок разрядной камеры от выпадения заряженных частиц из плазмы.

Такая постановка задачи определения облика высокочастотного ионного двигателя ранее нигде в мире не применялась.

— Мы ожидаем улучшения эксплуатационных характеристик двигателя, в частности увеличения тяги на 10–15%, и эффективности использования рабочего газа, — сообщил Вартан Абгарян. — После создания устройства «в железе» появятся рекомендации для прототипа двигателя, который можно будет представить ведущим ракетно-космическими предприятиям РФ.

Для проведения вычислений используется инженерная модель плазменного разряда в высокочастотном ионном двигателе. Она позволяет оценить распределение различных параметров плазмы по объему разрядной камеры.

Ион в деле

Фото: РИА Новости/Илья Питалев

— Эти параметры в высокочастотном индуктивном разряде зависят от большого количества различных факторов, в том числе и от формы разрядной камеры и электродов ионно-оптической системы, — рассказал заместитель начальника лаборатории НИИ прикладной механики и электродинамики МАИ Андрей Мельников. — Рассчитав распределение этих параметров, мы можем оценить характеристики двигателя. Таким образом, рассматривая различные конфигурации камеры и электродов ионно-оптической системы, появляется возможность определить их оптимальные формы, которые могут обеспечить повышение тяги и коэффициента полезного действия двигателя.

Далеко смотрю

Практически все ведущие космические страны рассматривают применение ионных двигателей на борту космических аппаратов, предназначенных для миссий в дальнем космосе. В частности, российский ядерный буксир «Зевс», который сможет доставить к Юпитеру десятки тонн полезной нагрузки, будет использовать именно подобные технологии.

— Ионные двигатели были разработаны в СССР, и Россия до сих пор остается лидером в этом направлении, — сообщил член-корреспондент Российской академии космонавтики Андрей Ионин. — Главное преимущество таких двигателей — долгое время работы в противоположность химическим, которые «выгорают» крайне быстро. Главные недостатки — небольшая тяга и необходимость огромной энергии для работы. На спутниках последняя проблема решается за счет использования солнечных батарей. Но если аппарату нужно повысить тягу, придется собирать двигатели в целые блоки, и энергии им потребуется намного больше. Отсюда необходимость ядерного источника энергии, как на «Зевсе».

Эксперты отмечают, что химические жидкостные ракетные двигатели в любом случае намного больше подходят для выведения космических аппаратов на низкие околоземные орбиты. Однако для дальнейших операций в космосе во многих случаях более эффективны ионные.

Ион в деле

Космический буксир «Зевс»

Фото: АО «Конструкторское бюро «Арсенал»»

— При этом даже небольшой прирост величины тяги ионного двигателя — то, за что стоит бороться. 15% — это хороший результат, — считает ведущий научный сотрудник Института космических исследований РАН Натан Эйсмонт. — Это означает, что скорость аппарата будет на 15% больше при той же массе топлива. Если получится воплотить конструкцию «в железе», можно будет поздравить коллег с заметным достижением, хотя, конечно, предстоит большая работа по установке двигателей на космический аппарат.

Проект поддержан грантом Российского научного фонда. В будущем ученые планируют повысить тягу двигателя на 40% за счет дальнейшей работы с его конструкцией.

Подруливающая механика | Space Engineers Wiki

Двигатель — тип блока в игре Space Engineers.

Основная функция подруливающего устройства — обеспечить возможность движения кораблей. При включении с помощью клавиш управления движением в кабине, пульте дистанционного управления или с помощью ручного управления подруливающим устройством на панели управления подруливающее устройство прикладывает усилие в направлении, противоположном его выхлопу. Подруливающее устройство может толкать корабли только в одном соответствующем направлении, поэтому для обычных конструкций кораблей рекомендуется иметь подруливающие устройства во всех 6 направлениях.

Для упрощения физики, сила каждого двигателя прилагается к центру масс, независимо от того, где он на самом деле расположен на корабле. Это означает, что асимметричное размещение подруливающих устройств не приведет к штопору.

Подруливающее устройство также используется для противодействия другим силам за счет использования инерционных демпферов. Когда они включены, подруливающие устройства будут применяться по мере необходимости для замедления кораблей. Они также будут бороться с планетарной гравитацией, поэтому убедитесь, что у вас достаточно двигателей, направленных в небо, на атмосферных кораблях, чтобы добиться этого.

Хотя они могут быть размещены в любом месте корабля, для двигателей требуется 4-5 блоков свободного пространства, чтобы не повредить другие объекты. Однако двигатели малых кораблей не должны повреждать блоки тяжелой брони. Повреждения двигателей можно включать и выключать в настройках мира, что позволяет использовать различные конструкции кораблей.

Примечание: До обновления 01.022 для работы двигателей не требовалось открытое пространство.

Содержимое

• 1 Емкость
• 2 Расчеты
• 3 Расчет ускорения
  • 3.1 Единицы
  • 3.2 Константы
  • 3.3 Уравнение
  • 3.4 Онлайн-калькулятор
  • 3,5 Пример
• 4 Расчет времени до скорости
  • 4. 1 Уравнение
  • 4.2 Пример
• 5 Пройденное расстояние
  • 5.1 Уравнение
  • 5.2 Пример
• 6 Множественные векторы тяги

Мощность

В активном состоянии инерционные демпферы могут использовать 100% максимальной мощности всех необходимых двигателей. Однако при запуске с помощью клавиш движения двигатели будут работать только на 2/3 максимальной мощности. При выполнении расчетов для ручного прожига не забудьте умножить эти значения на 2/3.

Расчеты

Расчет ускорения

Согласно физике мы знаем, что сила = масса x ускорение. Затем с помощью алгебры мы можем определить, что ускорение = сила/масса. Но что это значит?

Единицы

• Сила: Ньютоны (Н), 1 Н = 1 кгм/с ²
• Масса: Килограммы (кг)
• Ускорение: метры в секунду в секунду (м/с ² )

Константы

• Двигатели обеспечивают только 2/3 максимальной мощности при ручном запуске.
• Инерционные демпферы используют максимальную мощность двигателей.
• Малый двигатель:
  • Малый корабль: максимум 18 165 Н, 12 110 Н при ручном сжигании.
  • Большой корабль: максимум 150 660 Н, 100 440 Н при ручном сжигании.
• Большой двигатель:
  • Малый корабль: максимум 218 250 Н, 145 500 Н при ручном сжигании.
  • Большой корабль: максимум 1 815 000 Н, 1 210 000 Н при ручном сжигании.

Уравнение

Чтобы рассчитать ускорение вашего корабля, используйте следующую формулу:

Онлайн калькулятор

https://se. analytixresearch.com онлайн калькулятор для удобного расчета.

Пример

Предположим, у нас есть небольшой корабль водоизмещением 15 000 кг с одним большим подруливающим устройством и четырьмя маленькими, направленными в корму. Мы хотим знать, насколько быстро мы будем ускоряться, когда нажимаем «w».

Расчет времени достижения скорости

Иногда может быть важно знать, сколько времени потребуется, чтобы разогнаться до определенной скорости. Чтобы рассчитать это количество, вам сначала понадобится скорость ускорения, рассчитанная выше. Затем, поскольку мы знаем, что скорость = ускорение * время, вы можете использовать алгебру, чтобы найти следующее уравнение:

Уравнение

Пример

Наш корабль в предыдущем примере имел ускорение 12,93 м/с ² . Если мы хотим узнать, сколько времени требуется, чтобы разогнаться от остановки до ограничения скорости игры, мы просто заполним уравнение:

Пройденное расстояние

Еще одна полезная вещь, которую нужно знать, это то, как далеко вы проедете при ускорении. Например, если мы планируем стыковку со станцией или авианосцем, хорошо бы точно знать, насколько близко мы сможем подобраться, прежде чем нам придется начать замедляться. Для этого нам нужно знать нашу начальную скорость, наше ускорение и время.

Уравнение

Пример

Допустим, у нас есть небольшой корабль, приближающийся к пределу скорости 100 м/с. Мы хотим снизить скорость примерно до 10 м/с, чтобы безопасно состыковаться. Наш корабль на самом деле не предназначен для быстрого торможения, поэтому наши передние двигатели генерируют ускорение всего 15 м/с 9.0072 2 . (Примечание: поскольку мы замедляемся, мы используем -15 м/с ² .)

Итак, нам нужно как минимум 330 м, чтобы снизить скорость до безопасной.

При выполнении этих расчетов важно помнить, что вы получаете большую мощность от инерционных демпферов, чем от ручных двигателей. Еще важнее помнить, что ваш корабль может иметь различное ускорение в зависимости от того, сколько двигателей направлено в сторону от того места, где вы движетесь.

Поскольку у большинства кораблей больше кормовых подруливающих устройств, чем передних, вы можете столкнуться с проблемами, если будете основывать все свои расчеты на кормовых инерционных демпферах. Вы вполне можете обнаружить, что сливаете свой корпус со стеной станции.

Несколько векторов тяги

Контент сообщества доступен по лицензии CC-BY-SA, если не указано иное.

Инерционно-космический двигатель Dean Space Drive

АСИММЕТРИЧНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ПРИВОД

Новый 8-фунтовый двигатель космического корабля с
ускорение 2,2 g создает более 15 фунтов. пиковый импульс с использованием всего 17 Вт — все
от центробежной силы.

Стивен М. Хэмптон,
Изобретатель                    Глен А. Робертсон, консультант

Бестопливный и полностью электрический

Космическая двигательная установка закрытой системы с электроприводом

Увеличенный
от меньшего прототипа Е-6
(вверху слева),
и 25 лет в разработке, инерционный двигатель Е-13 однотактный, 3,7 Гц
импульсный привод. Он весит всего 8 фунтов. и движется с импульсом 2,2 г без
выталкивающая масса.

А
Функциональный Дин Спейс Драйв

Реферат патента:

Электрический двигатель в космосе не использует топливо. Тяга создается в виде импульсов
где в пространстве импульс является аддитивным. Вращательное движение преобразуется в билинейное
колебание каретки, то ее импульс выпрямляется: каретка смещается
вперед при малой инерции, поэтому импульс используется для колебания каретки вперед
сохраняется для использования позже в цикле. Обратные колебания каретки
отклонено. Это создает только импульсный запрос на подачу электроэнергии, таким образом
слишком выполнение закона сохранения энергии. Третий закон Ньютона
поддерживается, потому что действие и противодействие не являются одновременными событиями, поэтому в этом
двигателя инерционная задержка возникает при смещении посткаретки в течение части
орбиты роторов при появлении центробежной силы:
центростремительный
силы роторов циклически сводятся на нет сдвигом, что приводит к выбросам
центробежный
сила. (Реферат патента)

Этот движок является масштабируемым и
был
дублированный (Е-13Б и родственный привод Е-13А)

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ

Тест акселерометра TeraTerm Arduino

90 184 г (разделите на 70) Двигатель свободно висит

Предоставлено Глен А. Робертсон, бакалавр физики, бакалавр математики, магистр наук
Исследование операций

Инерционный космический привод: 8 фунтов.
двигатель с центробежной силой разгоняется до 2,2 g с импульсным двигателем 15 фунтов.

Тест тензодатчика R2_Stevens Arduino

Сила в фунтах. t = x 1 мс (частота = 3,7 Гц) Двигатель
крепится к скамье

Предоставлено Глен А. Робертсон , бакалавр физики, бакалавр математики, магистр наук
Исследование операций

Лаборант физики* Тест акселерометра
g force (Зеленая дорожка) за один цикл 440 мс
(двигатель свободно висит)
Предоставлено Глен А. Робертсон , бакалавр физики, бакалавр математики, магистр наук
Исследование операций

(Следы, кроме зеленого,
ноль, так как в этом тесте акселерометр был установлен сбоку двигателя. Красный след
был незащищенный тензодатчик.)

Новый инерционный демпфер
Установлено:

~ Тесты акселерометра ~

г сила

Базовый уровень — двигатель выключен (нагрузка
в этих тестах ячейка не устанавливалась)

Двигатель включен при 9,50 В постоянного тока —
Демпфер ON

Двигатель включен при 11,25 В постоянного тока —
Демпфер ON

Физика
Лаборант* Тензодатчик
фунтов силы (Red Trace) один цикл 440 мс (двигатель
прикреплен к скамейке)
Предоставлено Глен А. Робертсон , бакалавр физики, бакалавр математики, магистр наук
Исследование операций

АНАЛИЗ:
Время цикла: 440 мс (напряжение ротора снижено до 8,0 В постоянного тока для четкости формы сигнала)

КРАТКОСРОЧНЫЙ СИГНАЛ
ПУТЬ ПОЕЗДКИ

Первый
положительный пик для
20 мс с 13,5 фунтами. сила, результат
срабатывания соленоида, базовый блок реагирует в соответствии с Newtons 3 ^rd
и дает короткий отрицательный всплеск отдачи 15 мс.
(Это событие продолжительностью 35 мс составляет 8% цикла
из которых 20 мс составляют положительный импульс)

Второй
положительный импульс , с
каретка теперь заблокирована в переднем положении соленоидом, роторы
придание ускорения мэйнфрейму на 60 мс. По их завершению всего
время цикла 95 мс прошло. Здесь с 8 фунтами. сила.
(На это событие приходится около 22% цикла
с 60 мс в качестве положительного импульса)

ДЛИТЕЛЬНЫЙ СИГНАЛ
ПУТЬ НАЗАД ДОМОЙ

Далее,
звон каретки, выпущенный соленоидом, затухает через 140 мс.
(Это
инерционная задержка 140 мс составляет 32% цикла)

Третий
положительный импульс
базовый блок реагирует в течение 100 мс как афтершок от центробежной силы ротора.
Мифическая виртуальная энергия доктора Дэвиса? Здесь с 5
фунтов сила. (На это событие приходится 23%
цикла с положительным импульсом 100 мс)

сам мейнфрейм затухает с 40 мс звонка и четвертого положительного
импульс в течение 50 мс, возможно, инерционный афтершок от третьего положительного
импульс — а 5 ^th производная сила ? Здесь
с 2 фунтами. сила. (Это событие учитывает
около 15% цикла с положительным импульсом 50 мс. ИТОГО ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ИМПУЛЬС
за цикл = 230 мс или 52% цикла.)

ДВА из этих двигателей были
построено и испытано:

— Дополнительные результаты тензодатчиков —

Е-13Б на 3 Гц

Е-13А на 3 Гц

E-13A и E-13B с ярмом на частоте 4 Гц

Аппарат для испытаний, разработанный
Глен, использованный для вышеупомянутой серии экспериментов

КОНСТРУКЦИЯ:

Э-13 представляет собой малогабаритную силовую установку
всего 5 x 11 x 14 и спроектирован с 4 латунными опорными стержнями, соединяющими
упорная пластина из авиационного алюминия до прочного и легкого делрина (ацеталь)
опорная плита. Эта рама также поддерживает 2 скользящих стержня из нержавеющей стали. Тяга
тарелка содержит электромагнитный переключатель с соответствующими электрическими компонентами, военные
разъем питания класса, клеммные колодки и латунные ручки.

Двигатель скреплен крепежными деталями из нержавеющей стали.
кремний-бронза для акцента. Установлена ​​пара 9,5-унциевых роторов из твердой бронзы.
на прочных, легких алюминиевых шестернях, закрепленных через опорную плиту также
из авиационного алюминия. Все втулки изготовлены из легкого сплава космической эры.
термопласт. Его проводка выполнена с низким коэффициентом трения военного класса с цветной маркировкой.
Проводка с изоляцией из тефлона . Синхронизация регулируется оптическим энкодером.
управление твердотельным реле (SSR) и панельным освещением осуществляется с эффективным
Все светодиоды установлены на несущей пластине . Электроника защищена 3-мя различными компенсаторами противо-ЭДС.
схемы.

Построенный в соответствии со стандартами пайки Mil-Spec 454 и стандартами качества 2000A, этот модульный
двигатель космического корабля был разработан для легкой сборки и разборки для
корректировки, транспорт и масштабируемость.

Импульсный привод DEMO

~ Чрезвычайно
Эффективный ~

Средняя мощность
Расход:

Переключатель = 24 В постоянного тока x 1,67 А = 40 Вт при рабочем цикле 25% = 10 Вт

Роторы = 8,85 В постоянного тока x 0,9 А = 8 Вт

Общая потребляемая мощность, чтобы получить от 14 до 20 фунтов. импульс всего
18 Вт в среднем. или около

1 ватт ≈ 1 фунт.
сила

∞

ЗАЯВЛЕНИЕ НА ПАТЕНТ

— свяжитесь с нами
за
Дополнительная информация.

Контактная информация:

Глен А. Робертсон   [email protected]

www.exoticpropulsion.org

Стивен М. Хэмптон   [email protected]

www.inertialpropulsion.com

Все права защищены. За исключением использования в обзоре, никакая часть этого
сайт может быть
воспроизведено

в любой форме без письменного разрешения Автора/Изобретателя.

2021 Центробежная динамика

Стивен М.
Хэмптон, Centrifugl Dynamics Co. 2020

Глен А.
Робертсон, Exotic Propulsion 2020

*ЛабВИД
Приложения: Ассистент лаборатории физики, Дуг Харпер

Этот сайт был последним
обновлено: 14. 09.2021

Гравитация, штуковины и великая теория межзвездных путешествий

Дэниел Оберхаус

Обратный канал

3 сентября 2020 г. 7:00 утра

На протяжении десятилетий Джим Вудворд мечтал о бестопливном двигателе, который доставит людей к звездам. Теперь он думает, что у него это получилось. Но является ли оно революционным или иллюзорным?

Коллеги Джима Вудворда долгое время отвергали его идеи о гравитации и инерции. Теперь он считает, что у него есть данные, которые докажут его правоту и могут сделать межзвездные путешествия возможными для людей. Фотография: Rozette Rago

Был теплый июльский день, и Хэл Фирн сидел в своем камуфляжном джипе на стоянке почти пустого IHOP в Южной Калифорнии. Фирн, физик из Калифорнийского государственного университета в Фуллертоне, выжидал, подпевая каверам а капелла, звучащим из его стереосистемы. Он не долго мешкал, прежде чем заметил серебристый минивэн, медленно въезжающий на стоянку. За рулем был Джим Вудворд, большие очки в золотой оправе и хирургическая маска украшали его изможденное лицо.

Вудворд, почетный профессор физики в Фуллертоне, поставил свой фургон рядом с джипом и опустил окно, чтобы передать коробку Ферну. Внутри был набор металлических устройств с проводами, торчащими из открытых электромеханических внутренностей. Они выглядели как гаджеты, которые злодей из боевиков может носить в кармане, чтобы взорвать город, но их фактическое назначение еще более невероятно. Вудворд считает, что эти устройства — он называет их своими «штуковинками» — могут направить людей на путь межзвездных путешествий.

В то время как пандемия бушевала по всему миру, Вудворд и Ферн регулярно встречались на стоянке у блинной, чтобы продолжить свои эксперименты. Финансируемый за счет гранта программы НАСА, которая также поддерживает исследования в таких далеко идущих концепциях, как надувные телескопы и фотографии экзопланет, дуэт разрабатывает то, что они называют гравитационным двигателем на эффекте Маха (MEGA), силовой установкой, предназначенной для производства тяга без топлива.

Каждый космический корабль, который когда-либо покидал Землю, полагался на какой-либо тип топлива, чтобы добраться до места назначения. Обычно космический корабль движется за счет воспламенения топлива в камере сгорания и выброса горячих газов. (Даже более экзотическим формам двигателей, таким как ионные двигатели, по-прежнему требуется топливо.) Вот почему люди застряли так близко к дому. Космический корабль может ускоряться только до тех пор, пока у него есть топливо для сжигания или планета, которую можно обвести вокруг гравитационного поля. Эти методы не могут даже доставить транспортное средство до Альфы Центавра, нашего ближайшего соседа, за разумное время. Самый быстрый из когда-либо построенных космических аппаратов, Parker Solar Probe, который разгоняется до скорости более 400 000 миль в час, потребуются тысячи лет, чтобы добраться туда.

MEGA-привод Woodward отличается. Вместо топлива он использует электричество, которое в космосе можно получить от солнечных батарей или ядерного реактора. Его идея состояла в том, чтобы использовать набор пьезоэлектрических кристаллов и некоторую противоречивую, но он считает правдоподобной, физику для создания тяги. Стопка кристаллов, хранящих крошечное количество энергии, вибрирует десятки тысяч раз в секунду, когда на нее подается электрический ток. Некоторые частоты вибрации гармонируют, проходя через устройство, и когда колебания синхронизируются правильным образом, маленький привод дергается вперед.

Это может показаться не секретом межзвездных путешествий, но если этот небольшой крен удастся выдержать, космический корабль теоретически сможет создавать тягу, пока у него есть электроэнергия. Он не будет ускоряться быстро, но сможет ускоряться в течение длительного времени, постепенно набирая скорость, пока не мчится через всю галактику. Бортовой ядерный реактор может снабжать его электроэнергией в течение десятилетий, достаточно долго, чтобы массив приводов MEGA достиг скоростей, приближающихся к скорости света. Если устройство Вудворда сработает, это будет первая двигательная установка, которая сможет достичь другой солнечной системы за время жизни астронавта. Как это работает? Спросите Вудворда, и он скажет вам, что его штуковина просто подключилась к ткани вселенной и зацепила саму гравитацию.

Звук невозможен? Многие физики-теоретики думают так же. На самом деле, Вудворд уверен, что большинство физиков-теоретиков считают его бестопливный двигатель чепухой. Но в июне, после двух десятилетий остановки прогресса, Вудворд и Ферн внесли небольшое изменение в конфигурацию двигателя. Внезапно МЕГА-привод ожил. Впервые у Вудворда появилось неопровержимое доказательство того, что его невозможный двигатель действительно работает. Потом грянула пандемия.

Самые популярные

В следующем году Вудворду исполнится 80 лет. Он выжил после рака легких IV стадии, живет с ХОБЛ и лечится от рецидива лимфомы Ходжкина. Это ставит его в категорию высокого риска для Covid-19, поэтому, когда число случаев заболевания в Калифорнии начало расти, он неохотно покинул свою лабораторию в Фуллертоне и спрятался дома. Но он не собирался допустить, чтобы глобальная пандемия помешала его прогрессу.

Летом Вудворд постепенно превратил офис, который он делит со своей напарницей Кэрол, в кабинет, которому мог бы позавидовать любой сумасшедший ученый. Ручные инструменты разбросаны по столу Вудворда среди коробок, полных новых шарикоподшипников, стопок кристаллических дисков и обрезков металлических прокладок, которые Вудворд нарезал на электроды. Есть смазка по 175 долларов за бутылку для смазывания стержней подшипников и специальный клей, у которого вместо названия есть номер. Это резко контрастирует с аккуратным столом Кэрол в другом конце комнаты, но Вудворд говорит, что она до сих пор терпела его специальную фабрику двигателей. «Я должен думать, что иметь такого партнера, как я, было бы очень тяжело», — говорит он. «Она была удивительно хороша в этом на протяжении многих лет».

Вудворд и Фирн снимают и записывают перемещение, зарегистрированное крутильными весами при каждом испытании их двигателя на эффекте Маха.

Фотография: Rozette Rago

Вудворд построил около дюжины устройств и передал некоторые из них Ферну, который проверил их в своей общей лаборатории в Фуллертоне. Позже этой осенью они отправят устройство независимому исследователю в Торонто по имени Джордж Хэтэуэй, экспериментатору, связанному с НАСА, которого Вудворд назвал «вероятно, лучшим экспериментатором в мире для такого рода работ». Вудворд подготовил еще один двигатель для Военно-морской исследовательской лаборатории США, которая также попытается воспроизвести результаты дуэта.

Мощность тяги, которую Вудворд, по-видимому, вытянул из своего МЕГА-двигателя, ничтожна даже по сравнению с самыми слабыми двигателями спутников на сегодняшней орбите. Но если другие инженеры подтвердят его результаты, это может стать нашим лучшим шансом для полета человека к звездам.

Самые популярные

Ученые давно мечтали увидеть инопланетный рассвет. Наше Солнце — всего лишь обычная звезда, одна из миллиардов подобных ему в нашей галактике. Многие из этих звезд также имеют планеты, некоторые из которых могут иметь подходящие условия для поддержания жизни. В 1911 русский ученый Константин Циолковский, которого обычно считают отцом ракетостроения, был первым, кто обрисовал в общих чертах, как межзвездный космический корабль может исследовать их. С тех пор ученые предложили использовать термоядерные двигатели, червоточины, массивные лазеры и водородные бомбы, чтобы перенести людей в самые глубины глубокого космоса.

Только два космических корабля — «Вояджер-1» и «Вояджер-2» — когда-либо выходили в межзвездное пространство. Как и любой космический корабль на сегодняшний день, они были брошены в пустоту ракетой, а затем использовали небольшие двигатели на жидком топливе для навигации по Солнечной системе. Теперь они бронируют его через космос со скоростью более 35 000 миль в час. НАСА годами обдумывало беспилотную межзвездную миссию, но единственная, находящаяся в активной разработке сегодня, — это независимая попытка под названием Breakthrough Starshot. Он нацелен на использование исключительно мощных лазеров для разгона космического корабля размером с ноготь до 20% скорости света. Чтобы люди совершили путешествие, им понадобится корабль гораздо большего размера и двигательная установка, которая в идеале могла бы доставить их туда за одно поколение. Именно эта видоопределяющая проблема очаровала Вудворда в молодости.

Вудворд родился в Бостоне в 1941 году. Он был старшим сыном патентного поверенного и астронома. Его мать, астроном, научила его бегло говорить на языке вселенной и разожгла его любопытство к космосу. В детстве Вудворд возился с самодельными ракетами, но далеко не продвинулся. Его младший брат, Пол Вудворд, астрофизик из Миннесотского университета, вспоминает, как его старший брат украл нитрат калия из детского набора для химии и использовал его для изготовления самодельной ракеты, которая эффектно взорвалась над их районом.

«История заключалась в том, что мой отец попал в какой-то список за это и не мог больше покупать мне химикаты для моих экспериментов», — вспоминает Пол. «Таким образом, запуск стал концом карьеры Джима в ракетостроении и моей карьеры химика». Тем не менее, Вудворд последовал своему детскому увлечению и поступил на программу бакалавриата по физике в Миддлбери-колледж, небольшой школе гуманитарных наук в Вермонте. Но это был опыт, который он получил через несколько лет после выпуска, который изменил ход его жизни.

Вудворд разрабатывал двигатели на эффекте Маха почти 30 лет.

Фотография: Rozette Rago

Самые популярные

Ясной мартовской ночью 1967 года Вудворд наблюдал за звездами на крыше пансиона Санта-Сен, Испания. . 26-летний физик боролся с выбранной им профессией и взял перерыв в работе в аспирантуре Нью-Йоркского университета. Он обнаружил, что его привлекают второстепенные темы исследований, особенно те, которые связаны с гравитацией, что, как он знал, затруднит получение работы. «Мне стало ясно, просто глядя на физический факультет вокруг меня, что группа таких людей вряд ли наймет кого-то вроде меня», — говорит Вудворд. Поэтому он решил попробовать что-то еще. Он научился играть на гитаре фламенко еще студентом и даже выступал в клубах Нью-Йорка. Вдохновленный своей тетей, офицером ЦРУ, которая научилась играть на этом инструменте во время службы в Мадриде, он отправился в Испанию, чтобы продолжить там карьеру.

В то время космическим гонкам было всего десять лет, и наблюдение за спутниками было популярным видом спорта. Глядя с крыши своего испанского отеля, Вудворд увидел пятнышко света, проносившееся по небу, и мысленно вычислил его путь. Но пока он наблюдал за спутником, он начал отклоняться от ожидаемой траектории — сначала немного, а затем значительно.

Все, что Вудворд знал о спутниках, говорило ему, что то, что он видел, должно быть невозможным. Спутнику потребовалось бы слишком много энергии, чтобы вот так изменить свою орбиту, а большинство спутников не могли сместиться больше, чем на пару градусов. И тем не менее, он только что собственными глазами видел, как спутник удвоился. Он не пришел к выводу, что инженеры НАСА или Советского Союза должны были тайно совершить прорыв в области спутниковых двигателей. Вместо этого он считает, что видел космический корабль внеземного происхождения. «Существа, по крайней мере, такие же умные, как мы, придумали, как перемещаться в пространстве-времени, намного лучше, чем мы, — говорит Вудворд. Это изменило вопрос, говорит он, с если то можно было как.

Никогда не сомневавшийся в силе человеческого интеллекта, особенно своего собственного, Вудворд полагал, что сможет построить подобную межзвездную двигательную установку, если приложит к этому усилия. «Если кто-то придумал, как, черт возьми, сделать что-то подобное, он, вероятно, не намного умнее меня», — вспоминает мысли Вудворда в то время. «Поэтому я подумал, что, может быть, мне стоит посвятить немного времени попыткам сделать это». Это был проект, которым он займет всю оставшуюся жизнь.

Вудворд получил степень магистра физики в Нью-Йоркском университете в 1969 году и вскоре после этого уехал, чтобы получить докторскую степень по истории в Денверском университете. Его решение перейти от физики к истории было прагматичным. Будучи студентом магистратуры, он проводил много времени, просматривая старые научные журналы в поисках многообещающих исследований в области гравитации, которые были заброшены или зашли в тупик, чтобы он мог взяться за дело. «Я уже занимался историей науки, так что я мог бы получить степень в этой области», — говорит Вудворд. «Это было очевидно». Будучи академическим историком, он бы наслаждался гарантированной работой, которая обеспечивается бесспорными исследованиями, и по-прежнему имел бы свободу изучать второстепенные темы гравитации в качестве хобби. Он принял должность на факультете истории Калифорнийского штата Фуллертон в 1972.

Самые популярные

Не то чтобы страсть Вудворда к физике краев была секретом. В дополнение к небольшим историческим исследованиям, он регулярно публиковал технические статьи в основных научных журналах по таинственным гравитационным предметам. «Необычно, чтобы профессор истории создал исследовательскую лабораторию по физике, но Джим был признан серьезным ученым и преданным исследователем», — говорит Дороти Вулум, физик, приехавшая в Фуллертон вскоре после Вудворда. Его особенно интересовало использование пульсаров, типа быстро вращающихся нейтронных звезд, которые были обнаружены совсем недавно, чтобы попытаться обнаружить неизвестную и экзотическую связь между электромагнетизмом и гравитацией, предсказанную лауреатом Нобелевской премии физиком Патриком Блэкеттом. Увы, работа Вудворда о пульсарах лишь вызвала скептицизм среди его коллег. «Многие люди смотрели на меня как на чудака и отмахивались от меня, — говорит Вудворд. «Я бы не рекомендовал это как карьерный путь».

Электромагнетизм был достаточно плох, но по-настоящему их разозлили новые идеи Вудворда об инерции. Инерция — это сопротивление, которое вы чувствуете, когда нажимаете на объект. (Или, как выразился Ньютон, инерция — это причина, по которой покоящийся объект имеет тенденцию оставаться в покое. ) Несмотря на то, что она повсеместна и фундаментальна, никто не написал ее полного объяснения. Вудворд унаследовал свои идеи об инерции от Эйнштейна, вдохновленного физиком XIX века Эрнстом Махом. Мах постулировал, что инерция является результатом гравитационного взаимодействия всего во Вселенной. Другими словами, сопротивление тротуара, когда кто-то идет по нему, или стенки бассейна, когда пловец совершает кувырок, частично связано со звездным веществом, находящимся за миллиарды световых лет от нас. Эйнштейн назвал эту идею «принципом Маха» и включил ее в общую теорию относительности, свою теорию гравитации.

С самого начала принцип Маха был спорным дополнением к общей теории относительности. Некоторые из современников Эйнштейна, особенно голландский математик Виллем де Ситтер, старались показать, что его концепция инерции несовместима с другими математическими следствиями общей теории относительности. Но окончательно изгнал эту идею из респектабельной физики физик Карл Бранс. В докторской диссертации Бранса, опубликованной в 1961 году, он использовал математику, чтобы продемонстрировать, что инерция не может быть объяснена гравитационным влиянием отдаленной материи во Вселенной. После статьи Бранса «все предполагали, что инерция а-ля Эйнштейн не содержится в общей теории относительности», — говорит Вудворд. «Это до сих пор мнение большинства общих релятивистов».

Но по мере того, как Вудворд углублялся в историю и науку общей теории относительности, он не мог избавиться от ощущения, что Бранс все понял неправильно. И как он обнаружил осенью 1989 года, если принять точку зрения Эйнштейна о том, что инерция неразрывно связана с гравитацией, это открывает возможность для движения без топлива.

Взгляды Вудворда на гравитацию и инерцию не являются общепринятыми, но не безумие думать, что Эйнштейн мог быть прав с самого начала. «Мне очень нравится подход Джима к этому, потому что он очень исторически ориентирован», — говорит Дэниел Кеннефик, астрофизик и историк науки из Университета Арканзаса, сотрудничавший с Вудвордом. «Его очень мотивирует понимание Эйнштейном принципа Маха. Нет ничего необычного в том, что идея обнаруживается, отвергается, а затем возвращается».

Наиболее популярные

В знаменитом уравнении Эйнштейна, E = MC ² , Энергия объекта, E 00, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100, 9100 MC ² . , умноженное на скорость света в квадрате. Это означает, что если вы измените энергию объекта, вы также измените его массу. Масса объекта является мерой его инерции — вот почему требуется большая сила, чтобы толкнуть более массивный объект, чем менее массивный — поэтому изменение его энергии также изменит его инерцию. И если по принципу Маха инерция и гравитация — одно и то же, то изменить энергию объекта — значит возиться с самой тканью пространства-времени. Во всяком случае, в теории.

Вудворд понял, что если Эйнштейн был прав и инерция на самом деле является замаскированной гравитацией, должна быть возможность обнаружить эти кратковременные изменения в массе объекта при колебаниях его энергии. Если бы часть объекта ускорилась именно в тот момент, когда она стала немного тяжелее, она потянула бы за собой остальную часть объекта. Другими словами, он будет создавать тягу без топлива.

Вудворд назвал эти временные изменения массы «эффектом Маха», а двигатель, который мог бы их использовать, двигателем на эффекте Маха. Объединив сотни или тысячи таких двигателей, они могли бы создать достаточную тягу, чтобы отправить космический корабль к звездам менее чем за человеческую жизнь. Как сохранить человеку жизнь в космосе на протяжении десятков лет — это до сих пор огромный вопрос. Но это всего лишь примечание к более фундаментальному вопросу о том, как пересечь пустоту шириной в триллионы миль за любое разумное время.

К 1995 году идеи Вудворда об эффектах Маха объединились в полную теорию, и он обратил свое внимание на создание двигателя, чтобы доказать это. Дизайн, на котором он остановился, был простым и авантюрным. Местный производитель электроники переезжал, и сотрудник предупредил университет, что у него есть остатки материалов. Вудворд зашел в старый офис и схватил кучу пьезоэлектрических дисков, оставленных компанией.

Чтобы построить свой межзвездный двигатель, Вудворд прикрепил пьезоэлектрические диски к латунному блоку и надел на другой конец колпачок, чтобы удерживать все это на месте. Когда на пьезоэлектрические диски подается импульс электричества, они слегка выпячиваются. Это расширение заставляет их отталкиваться от латунного блока и ускоряться в противоположном направлении. Согласно теории эффектов Маха Вудворда, электрический ток также сделал бы пьезоэлектрические диски немного тяжелее. Это заставляет их тянуть латунный блок к себе. Когда электричество перестанет течь, весь ансамбль немного сдвинется вперед. Повторяя этот процесс снова и снова, полагал Вудворд, двигатель на эффекте Маха должен ускориться. Фирн, его ближайший соратник, сравнивает это с греблей на лодке по океану пространства-времени.

Фотография: Rozette Rago

Самодельная вакуумная камера содержит двигатель Woodward на эффекте Маха и испытательный стенд. Малейший ветерок аннулирует результаты.

Самый популярный

В течение следующих нескольких лет ему удалось выжать из своего двигателя на эффекте Маха тягу в несколько сотен наноньютонов. Большинство коллег Вудворда отвергли его почти незаметные результаты как ошибку измерения. Нетрудно понять, почему — когда вы задуваете свечи на праздничном торте, вы производите примерно на три порядка больше силы, чем сообщал Вудворд. Даже если бы устройство работало, его было бы недостаточно, чтобы сдвинуть с места небольшой спутник, не говоря уже о космическом корабле.

Тем не менее двигатели Вудворда на эффекте Маха привлекли внимание исследователей в правительстве и промышленности. В 1997 году он выступил с докладом о своей работе в Lockheed Martin, а через несколько месяцев его лабораторию посетили представители Министерства энергетики и Национальной лаборатории Сандия. Но финансирование так и не материализовалось. Поэтому он продвигался вперед самостоятельно, с помощью своего аспиранта Тома Махуда и нескольких других сотрудников. Потом он узнал о раке.

В 2005 году врачи обнаружили 2-дюймовую опухоль в левом легком Вудворда. Рак распространился на его лимфатическую систему, в результате чего левая часть лица и шея опухли. Его прогноз был мрачным. Его врачи сказали ему, что его шансы выжить в течение года составляли 1 к 3; шансы, что он проживет пять лет, составляли 1 к 100. Он участвовал в нескольких клинических испытаниях экспериментальных методов лечения и добился выдающихся результатов. В течение нескольких месяцев раковая масса в его легких практически исчезла. Лечение сопровождалось осложнениями — у Вудворда случилась сердечная недостаточность, и он потерял способность ходить без трости, — но он выжил.

Вудворд победил рак легких IV стадии, но лечение не позволило ему ходить без двух тростей.

Фотография: Rozette Rago

Любимая цитата Вудворда об Эйнштейне: «Совпадение — это Божий способ оставаться анонимным», и его испытание раком только укрепило его веру в эту фундаментальную истину. «Было просто одно совпадение за другим», — говорит Вудворд. «По всем правилам я должен был умереть 15 лет назад».

Самые популярные

Расплата со своей смертностью только укрепила его решимость. В те дни, когда он не был в кабинете врача, он был в лаборатории, пытаясь вдохнуть жизнь в свои машины. Затем по иронии судьбы он объединился с Ферном. В течение 20 лет у Вудворда была обширная лаборатория на физическом факультете, но Калифорнийскому штату Фуллертону теперь нужно было место для открытия нового Центра гравитационно-волновой физики и астрономии. «Если бы это было что-то иное, чем гравитационная физика, я бы, наверное, сопротивлялся», — говорит Вудворд. «Но поскольку это была гравитационная физика, я был рад двигаться».

Вудворд нашел место в пустом бэк-офисе, формально принадлежавшем Ферну, который был в творческом отпуске. Когда Ферн вернулся, он обнаружил, что теперь живет с самым эксцентричным ученым университета. «Я был очень зол, потому что все было в беспорядке с этими большими компьютерами, поставленными друг на друга, и все мои книги были запихнуты в мою комнату», — вспоминает Ферн. «А вот этот странный парень в моей задней комнате проводит эти странные эксперименты».

Поначалу Ферн проявлял лишь поверхностный интерес к экспериментам Вудворда. Но со временем он не мог не заметить, что результаты его соседа по комнате улучшались. «Именно тогда я начал интересоваться и говорить с ним о том, что он делает», — говорит он.

Вскоре он попался на крючок. Он предложил помощь, и дуэт быстро стал неразлучным, профессиональные отношения, в которых есть часть Странная парочка , часть Уотсон и Крик. Хотя он не полностью согласился с теоретическим объяснением Вудворда его двигателей на эффекте Маха, Ферн не смог устоять перед вызовом. «Сколько людей может сказать, что они пытаются построить двигательную установку для отправки космических кораблей к звездам?» — говорит страх. — Вот чем мы здесь занимаемся.

Вудворд и Фирн уже десять лет сотрудничают над двигателем на эффекте Маха.

Фотография: Rozette Rago

Сообщество продвинутых двигателей невелико. Возможно, несколько десятков физиков и инженеров по всему миру работают над такими проблемами, как ракеты на термоядерном топливе и путешествия со скоростью, превышающей скорость света. Все друг друга знают, и, как и в любом маленьком сообществе, есть распри и сплетни. Но есть и глубокая связь, связанная с необходимостью убеждать остальную часть научного истеблишмента в том, что вы не , а сумасшедший. «Люди будут кричать друг на друга, — говорит Грег Мехолик, инженер Aerospace Corporation, работающий над передовыми двигателями. «Но потом, когда рабочий день закончен или есть перерыв, все друзья».

Самый популярный

Мехолик говорит, что впервые встретил Вудворда на конференции по продвинутым двигателям в 90-х. «Скептицизм, который у него был в то время, был очень привлекательным, — говорит Мехолич. «Он никогда не заявлял, что у него есть — революционная штука , и что через 10 лет мы полетим к звездам». После одной из презентаций Вудворда Мехолик поделился своим инженерным взглядом на конструкции своих двигателей, и с тех пор они стали друзьями и сотрудниками. Поэтому в 2016 году, когда Мехолич услышал, что Вудворд и Ферн объединились с Институтом космических исследований, некоммерческой организацией, основанной физиком Джерардом О’Нилом, чтобы начать конференцию по перспективным двигателям, он понял, что должен быть там. «Приглашали всех, кто когда-либо занимался исследованиями такого рода, — говорит он.

Семинар проходил в сентябре того же года в Эстес-Парке, штат Колорадо. Это было хорошее время. Незадолго до начала конференции на космическом онлайн-форуме просочилась исследовательская работа, в которой должны были быть показаны первые убедительные результаты экспериментов по другому подходу к бестопливному движению, называемому EmDrive. Разработанный исследовательской группой НАСА под руководством физика Сонни Уайта, EmDrive должен был создавать тягу, по сути, за счет отражения микроволн вокруг закрытой конической полости. Это самое близкое, что есть у подруливающих устройств Woodward к конкурентам.

Вудворд и Ферн также поделились впечатляющими результатами. Их двигатель на эффекте Маха, по-видимому, создавал тягу в несколько микроньютонов, что является рекордом для устройства. Более того, трое других исследователей, опробовавших двигатель на эффекте Маха в своих собственных лабораториях, подтвердили, что видели, как он создавал тягу, хотя и не такую ​​сильную, как видели Вудворд и Ферн.

Проделанной работы хватило, чтобы Вудворд и Ферн получили желанное место в программе NASA Innovative Advanced Concepts. В 2017 году дуэт получил от космического агентства грант в размере 125 000 долларов. Это было первое финансирование, которое Вудворд когда-либо получал для работы над своим устройством. За эти годы он вложил около 200 000 долларов собственных денег в создание двигателей. «Джим — мастер делать удивительные вещи практически из ничего», — говорит Махуд, его бывший аспирант, который помогал ему проектировать и создавать многие из первых устройств.

В рамках гранта НАСА Вудворд и Ферн получили задание повысить производительность своих двигателей и найти способ их практического применения. Поэтому они сотрудничали с физиком Маршаллом Юбэнксом, экспертом по концепциям межзвездных миссий, для разработки беспилотного космического корабля, который мог бы достичь ближайшей звездной системы.

Их конструкция, названная SSI Lambda в честь Института космических исследований, представляет собой инопланетный корабль, состоящий из длинной треугольной фермы, окруженной тремя тепловыми радиаторами, выступающими из корпуса, как перья на стреле. Массив примерно из 1500 увеличенных дисков MEGA, расположенных вокруг его середины, обеспечивает мощность. Небольшой модульный ядерный реактор будет питать двигатели.

«Лямбда-зонд SSI, использующий приводные двигатели MEGA, — это действительно бестопливный космический корабль», — написала команда о конструкции в своем отчете для НАСА. «Он может двигаться со скоростью до скорости света в вакууме, потребляя только электроэнергию. На сегодняшний день не было предложено никакого другого метода путешествия к звездам и торможения в целевой системе, который также имеет достоверную физику, подтверждающую его».

Самые популярные

В 2018 году НАСА предоставило Вудворду и Ферну более крупный грант в размере 500 000 долларов. Но это долгожданное событие совпало с некоторыми плохими новостями из Германии: Мартин Таймар, физик из Дрезденского технологического университета, который ранее воспроизвел работу Вудворда, попытался снова, и на этот раз ему не удалось обнаружить тягу. Вудворд возражает, что у Таймара отсутствовала важная часть оборудования. Таймар не уверен. «У меня всегда было подозрение, что толчок мог быть каким-то тепловым или вибрационным артефактом, — говорит Таймар. «По прошествии многих лет я пришел к выводу, что это просто вибрация».

В начале 2019 года Фирн вылетел в Германию, чтобы доставить на Таймар еще один двигатель. Он оставался там достаточно долго, чтобы помочь Таймару и его команде настроить двигатель и провести предварительные испытания. Хотя в этих тестах была зарегистрирована тяга, она была намного меньше, чем то, что Вудворд и Ферн обнаружили в своей собственной лаборатории. Тем же летом Таймар посетил Вудворд и Ферн в Калифорнии и сообщил еще одну плохую новость. После того, как Ферн ушел, он провел еще несколько тестов в разных конфигурациях и снова не смог обнаружить тягу. «Мы протестировали его в исходной конфигурации и проверили, изменив их крепление», — говорит Таймар. «Вы можете легко изменить свои вибрационные артефакты, вставив немного резины или заменив винт, и именно это сейчас делает Джим Вудворд».

Но, изучая результаты Таймара, Вудворд обнаружил, что Ферн допустил просчет, из-за которого тяга казалась в несколько раз больше, чем она была на самом деле. Он принял это спокойно. «Все делают ошибки, — говорит Вудворд. Хотя это объяснило несоответствие между их результатами и тем, что Таймар увидел в своей лаборатории, это также сделало их обещание НАСА — надежно производить десятки микроньютонов тяги к концу гранта — совершенно невыполнимым.

Следующие шесть месяцев они боролись за то, чтобы заставить свое устройство выдавать больше тяги. Затем прошлой весной Вудворд понял, что то, как они установили двигатель, гасило гармонизированные вибрации, которые являются ключом к созданию тяги. Поэтому он построил новый тип крепления, в котором стопка пьезоэлектрических дисков размещается в центре двух стержней, вращающихся на шариковых втулках.

Результаты были видны сразу. Двигатель MEGA начал регулярно производить десятки микроньютонов тяги, а вскоре он производил более 100 микроньютонов, что на порядки больше, чем все, что когда-либо строил Вудворд. «Я никогда не думал, что доживу до того дня, когда скажу это кому-то», — говорит Вудворд. «Я полагал, что мы все еще будем бороться в диапазоне от 1 до 5 микроньютонов». Впервые пара своими глазами увидела, как двигатель MEGA наклонился вперед. Конечно, он сдвинулся всего на полмиллиметра, но, по крайней мере, это было видно.

Увидев, можно поверить, но Вудворд и Ферн говорят, что отнеслись к своим результатам скорее с подозрением, чем с ликованием. «Я был потрясен огромным увеличением измеряемой силы, — говорит Ферн. Первоначально он думал, что движение может быть связано с повторной калибровкой баланса устройства, но он говорит, что это не объясняет, как устройство создает достаточную силу для преодоления трения в шарикоподшипниках, чтобы оно могло двигаться вперед. Вудворд тоже подозрителен, хотя и меньше, чем Фирн. В конце концов, движение — это то, что предсказывает его теория.

Самые популярные

«Я уверен, что реальная сила присутствует, но иногда мне кажется, что она не сопровождается ложной частью», — говорит Вудворд. Откуда подозрение? «Просто годы отслеживания ложных срабатываний, я думаю», — говорит он.

Имея на руках достаточно новых данных, они теперь сосредоточены на том, чтобы передать свое устройство другим исследователям, чтобы они могли независимо воспроизвести свои результаты. Майк Макдональд, аэрокосмический инженер из Военно-морской исследовательской лаборатории в Мэриленде, будет одним из первых, кто сделает это. Он возглавляет внутреннюю программу независимого тестирования передовых силовых установок, которая ранее дала многообещающие результаты от EmDrive. Как любой хороший экспериментатор, он настроен скептически, но это оптимистический скептицизм. «Я бы сказал, что вероятность того, что это реально, составляет от 1 к 10 до 1 к 10 000 000, и, вероятно, ближе к верхней границе этого спектра», — говорит Макдональд. «Но представьте себе этот единственный шанс; это было бы потрясающе. Вот почему мы делаем работу с высоким риском и высокой наградой. Вот почему мы занимаемся наукой».

Макдональд ждет, когда его лаборатория возобновит нормальную работу в следующем году, когда пандемия ослабнет, чтобы начать тестирование. Он говорит, что первый шаг будет заключаться в том, чтобы просто воспроизвести эксперименты Вудворда и посмотреть, наблюдает ли он тот же сигнал. Затем он начнет отсеивать возможные источники ложных срабатываний, такие как вибрация или тепловое расширение компонентов. Одним из тестов будет запуск устройства на резонансной частоте колебаний в течение нескольких минут или часов. Если сигнал сохраняется, есть большая вероятность, что он действителен.

Однако есть проблема: никто не знает, какая частота вибрации подходит для устройства. Когда Вудворд и Ферн проводят свои испытания, они циклически проходят через широкий спектр частот, и только когда они проходят резонансную частоту, они обнаруживают тягу. Но эта резонансная частота постоянно смещается по мере нагрева устройства. Это также зависит от экспериментальной установки. Один из их сотрудников, инженер Чип Акинс, создает специальный усилитель, который будет отслеживать изменение резонансной частоты. Таким образом, вместо того, чтобы производить долю секунды тяги, пока Вудворд и Ферн циклически переключают частоты, привод MEGA теоретически сможет создавать устойчивую тягу.

Если Макдональд и другие исследователи смогут воспроизвести результаты Вудворда и Ферна, следующим большим шагом станет демонстрация устройства в космосе. Он и Ферн надеются, что готовая к полету версия двигателя будет закончена в течение года. Если демонстрация в космосе на маленьком спутнике вокруг Земли пройдет успешно, могут появиться более амбициозные миссии. «Чувствую ли я себя оправданным? Нет, не совсем», — говорит Вудворд. «Я буду чувствовать себя оправданным, если проживу достаточно долго, чтобы увидеть, как кто-то публично скажет: «Да, эти вещи действительно работают»» 9.0003

Но даже если сообщество согласится с тем, что двигатели работают, это не значит, что они примут объяснение Вудворда , почему они работают. «По моему мнению, в теории Вудворда нет никаких достоинств», — говорит Майк МакКаллох, физик из Плимутского университета, выдвинувший альтернативную идею, называемую квантованной инерцией, которая, по его мнению, также может объяснить некоторые результаты Вудворда. «Я думаю, что экспериментальные результаты более интересны, чем теория». Даже Ферн, ближайший соратник Вудворда, сомневается. Но у него также нет другого способа объяснить то, что они с Вудвордом видят в лаборатории. «Мне не удалось опровергнуть это, и поверьте мне, я пытался опровергнуть это последние 10 лет», — говорит он.

Самый популярный

Вудворд примирился со своими критиками. Если то, что он видит, реально — если его МЕГА-двигатель действительно производит тягу, — он убежден, что его теория — единственная, которая может это объяснить.

Но если когда-то он был скептиком скептиков, то теперь Вудворд кажется почти религиозным в своей вере в реальность того, что он видит. Некоторые из его сторонников не могут не задаться вопросом, не сбило ли это его с пути. «С течением времени Джим стал гораздо более стойким в своем подходе, — говорит Мехолич. «Он буквально вышел и сказал в какой-то момент, что учебники неверны, а я прав».

Если все это окажется иллюзией и Вудворд всю жизнь гонялся за вибрациями, его коллеги первыми признают, что это было не зря. «Всемирные усилия направлены на изучение устройств Джима, потому что на данный момент это действительно единственная игра в городе», — говорит Мехолик. «Было замечательно, что в сообществе есть кто-то вроде него, который действительно делает что-то для продвижения этих вещей, потому что это действительно важно». … Поцелуй в щеку, или выстрел из пистолета, или вибрация в стопке пьезоэлектрических кристаллов либо указывают на наличие галактики в миллиардах световых лет от нас, либо нет. Экспериментальные данные не лгут, но если Вудворд Он открыл межзвездный двигатель, которого мы ждали, он сохранил мечту для следующего поколения потенциальных звездных серфингистов, которые могли бы это сделать.0003

Еще больше замечательных историй WIRED

• 📩 Хотите узнать последние новости о технологиях, науке и многом другом? Подпишитесь на нашу рассылку!
• Алгоритм любви ученого-ракетчика складывается во время Covid-19
• Познакомьтесь со звездным свидетелем: ваш умный динамик
• Как финансовые приложения заставляют вас тратить больше и меньше задавать вопросы
• Воспитание в эпоху пандемии
• TikTok и эволюция цифрового блэкфейса
• 🏃🏽‍♀️ Хотите лучшие инструменты, чтобы стать здоровым? Ознакомьтесь с подборкой нашей командой Gear лучших фитнес-трекеров, беговой экипировки (включая обувь и носки) и лучших наушников 9. 0022

Дэниел Оберхаус — штатный автор WIRED, где он освещает исследования космоса и будущее энергетики. Он является автором книги « внеземных языков » (MIT Press, 2019) и ранее был редактором новостей в Motherboard.

Topicslongreadsphysicsspace

Еще от WIRED

Странная тяга: недоказанная наука, которая может отправить наших детей в космос

В течение многих десятилетий энтузиасты космоса мечтали изобрести устройство, которое производит чистую тягу в одном направлении без какой-либо необходимости для реакционной массы. Конечно, безреактивный космический двигатель такого типа невозможен. Или это? К Чарльз Платт

С тех пор, как я стал достаточно взрослым, чтобы читать научную фантастику, я хотел побывать на Марсе. Даже Луна была бы лучше, чем ничего. Увы, при жизни ракетная техника меня туда вряд ли доставит.

Проблема в том, что ракеты — плохой инструмент для работы. Даже если их показатели безопасности улучшатся, они по своей сути ограничены базовой концепцией реакционной массы. Горячие газы должны вырываться сзади, чтобы космический аппарат двигался вперед, а это влечет за собой перевозку топлива, которое в сотни раз тяжелее полезной нагрузки.

С тех пор, как Герберт Уэллс представил материал, защищающий от гравитации, в фильме «Первые люди на Луне», энтузиасты космоса фантазировали о способах достижения тяги без какой-либо реактивной массы. К сожалению, это кажется невозможным.

Или это?

Офис Джеймса Вудворда, перепрофилированный в лабораторию для исследования уменьшения инерционной массы. Рабочий стол Вудворда находится внизу слева, а крутильные весы — вверху справа.

Лично я больше не хочу использовать слово «невозможно». В октябре этого года в лаборатории доктора Джеймса Вудворда в Калифорнийском государственном университете в Фуллертоне (вверху) я наблюдал очень небольшой эксперимент, который оказался на удивление убедительным. В отличие от всех афер с «бесплатной энергией», которые вы видите в Интернете, устройство Вудворда не нарушает основных физических законов (оно не производит больше энергии, чем потребляет, и не нарушает третий закон Ньютона). Вудворд также не скрывает никакой информации о своих методах. Он написал книгу, опубликованную издательством Springer, в которой с неустанными подробностями объясняется, как именно работает его оборудование, если предположить, что оно действительно работает. Он опубликовал свою теорию в писем по основам физики , том. 3, нет. 5, 1990, и ему даже удалось получить патент США — номер 5,280,864, выданный 25 января 1994 года.

Я впервые услышал о нем в 1997 году, когда брал у него интервью для журнала Wired . Таким образом, его результаты были предварительными, и он был осторожен в заявлениях. «У меня раз в две недели случаются приступы паранойи, — сказал он мне, — а потом я пробую что-то еще, чтобы посмотреть, смогу ли я избавиться от этого эффекта».

Спустя почти двадцать лет ситуация изменилась. Доктор Хайди Ферн, физик-теоретик, специализирующаяся на квантовой оптике в Фуллертоне, провела математические расчеты, которые, по ее мнению, могут подтвердить экспериментальные данные Вудворда. В Википедии появилась статья об эффекте Вудворда. Институт космических исследований выступает за это дело, приглашая пожертвования, не облагаемые налогом.

Если небольшое количество тяги действительно может быть создано с использованием подводимой мощности, но без реактивной массы, этот принцип может быть применен для корректировки орбитальных отклонений в спутниках. Если бы эффект оказался масштабируемым, он бы изменил правила игры для пилотируемых космических полетов. Конечно, это большое «если»; но я думаю, что идея Вудворда обещает больше, чем любые другие альтернативные системы движения. Это было бы бесконечно привлекательнее, чем ракетные двигатели.

Концепция основана на возможности изменения массы объекта. Изменение массы? Как это может иметь смысл? Ответ связан с общей теорией относительности.

Масса не абсолютна

Мы склонны думать о массе как о фиксированной величине, но это не обязательно так. Мы точно знаем, что масса может быть преобразована в энергию, как это происходит ежедневно в ядерных реакторах. Общая теория относительности также описывает увеличение массы, происходящее со скоростью, хотя в повседневной жизни этим эффектом можно пренебречь.

Более того, согласно покойному Эрнсту Маха (1838-1916), инертная масса зависит от взаимосвязи с другими объектами во Вселенной.

Мах был австрийским физиком, чье имя используется для измерения скорости, например, «1 Мах», скорость звука на уровне моря. Он был современником Эйнштейна, которому предложил мысленный эксперимент: что, если бы во Вселенной был только один объект? Мах утверждал, что у него не может быть скорости, потому что, согласно теории относительности, вам нужно по крайней мере два объекта, прежде чем вы сможете измерить их скорость относительно друг друга.

Продолжая этот мысленный эксперимент, если бы объект был один во Вселенной и не имел скорости, он не мог бы иметь измеримую массу, потому что масса зависит от скорости.

Мах пришел к выводу, что инерционная масса существует только потому, что Вселенная содержит множество объектов. Когда гироскоп вращается, он сопротивляется движению, потому что взаимодействует с Землей, звездами и далекими галактиками. Если бы этих объектов не существовало, гироскоп не имел бы инерции.

Эйнштейн был заинтригован этой концепцией и назвал ее «принципом Маха». Это никогда не было опровергнуто, но казалось, что оно не имеет применения, пока Джеймс Вудворд не убедился, что при определенных обстоятельствах масса может измениться на мгновение.

Нетрадиционный профессор

Вудворд — необычный персонаж. Сейчас, когда ему за семьдесят, его интерес к поиску альтернативы космическим полетам на ракетах уходит корнями в юность. «Я получил степень бакалавра по физике, — объясняет он, — а затем поступил в аспирантуру по физике, и в тот момент было очевидно, что я никогда не получу работу физика-подмастерья, где кто-нибудь позволит мне работать над чем-то вроде этого. … Поэтому я изменил свою профессию на историю науки, которой я мог заниматься, пока преследовал свои цели в свободное время». Видимо, он предполагал, что сможет действовать в одиночку. «Если вы не работаете над проблемой, вы ее не решите», — лаконично говорит он.

Он получил докторскую степень по истории в Денверском университете, где защитил диссертацию по гравитации. Он задумчиво замечает: «Я никогда не думал, что закончу осенью 1989 года, выяснив, что единственное, что имело смысл, — это принцип Маха, который гласит, что действие на расстоянии — это то, какова реальность».

Он начал покупать комплектующие и оборудование на свои деньги, постепенно организовав лабораторию в своем офисе в Фуллертоне. Когда ему понадобились мелкие детали, которых не существовало, он научился делать их сам с помощью дружелюбного механика, руководившего университетской мастерской. После многих итераций и кропотливой работы по изготовлению у него теперь есть настольный демонстратор, который он запускал для меня, когда я его посещал.

Джеймс Вудворд, доктор философии, и Хайди Ферн, доктор философии, перед системами мониторинга и сбора данных.

Хайди Ферн — физик, проверивший свою математику, — защитила докторскую диссертацию. по физике в Университете Эссекса в Англии и преподает физику в Фуллертоне с 1991 года, где она знакома с Вудвордом более двадцати лет. (Они двое показаны выше.) Она не проявляла серьезного интереса к его работе, пока не обнаружила, что стопки его оборудования были неожиданно перемещены в ее бэк-офис, пока она была в отпуске. Поскольку проект Вудворда теперь был неизбежен, она обнаружила, что наблюдает за экспериментами. «Я увидела, что это был не просто экспериментальный шум, — вспоминает она. «Это был очень четкий эффект при каждом прогоне. Это был мощный сигнал, условно говоря. Вы не можете получить такой сигнал из ничего. Очевидно, что-то происходило, и это было не то, что я мог легко объяснить. »

Ферн по-прежнему говорит с британским акцентом Северной страны и производит впечатление очень практичной и прагматичной личности — совсем не из тех, кого можно ожидать от нетрадиционной науки. Действительно, она скептически отнеслась к идеям Вудворда и была удивлена, когда не нашла ничего плохого в теоретической основе.

Она стала, по ее словам, «убеждена на девяносто девять процентов» и начала неофициально сотрудничать в проекте, еще преподавая физику в университете. Она купила тестовое оборудование на свои деньги, а также программное обеспечение для моделирования, которое она хочет использовать для разработки следующего прототипа. «Сейчас я теоретик, но я использую метод проб и ошибок», — говорит она. «Меня это не устраивает. Джим возится уже более двадцати лет. Я хочу добраться до момента, когда смогу предложить что-то оптимальное».

Ее цель — увеличить эффект на порядок.

Метод

А как именно это работает? Идея состоит в том, чтобы ускорить небольшой объект, изменяя его энергию. Например, если небольшой объект представляет собой конденсатор, вибрирующий с относительно высокой частотой, а электрический заряд на нем колеблется с удвоенной частотой, масса конденсатора также должна колебаться. Когда Вудворд рассказал мне об этом в 1997 году, я спросил его, почему такое легко демонстрируемое явление никто не замечал. «Возможно, потому что обычно люди не взвешивают конденсаторы», — сказал он.

В принципе, вы можете попробовать это сами, используя стереоусилитель для питания динамика, который был перепрофилирован для вибрации конденсатора, скажем, на частоте 20 кГц, в то время как вы также будете заряжать и разряжать конденсатор на частоте 40 кГц. Это был бы такой элементарный эксперимент, вы могли бы установить его примерно за 50 долларов, но ваша задача состояла бы в том, чтобы измерить небольшие изменения массы, которые предположительно происходят. У вас также возникнет серьезная проблема с исключением внешних факторов, таких как электромагнитные поля, вибрация, воздушные потоки, температурные колебания и многое другое.

Набор пьезоэлектрических дисков, использовавшихся в одном из экспериментов Вудворда. Сетка на заднем плане разделена с интервалом 1/10 дюйма.

Чтобы решить эти проблемы, Вудворд использовал вакуумную камеру, в которую он поместил пьезоэлектрические элементы диаметром около 3/4 дюйма, которые изгибаются под действием электрического тока. Элементы чередуются с металлическими дисками, и емкость между дисками они вибрируют. Результирующая сила ничтожна, но он убежден, что ее можно измерить. Один из его двигателей изображен выше.0003

Приложение

Почему это должно включать дисковое пространство? Вот еще один мысленный эксперимент. Если два ящика на колесах соединены стержнем, и в одном из ящиков есть двигатель, который вращает кривошип, толкающий и тянущий стержень, ящики будут отдаляться друг от друга, а затем возвращаться друг к другу. Если они весят одинаковое количество, толкание и вытягивание будут перемещать ящики одинаково, и они никуда не уйдут. Эта последовательность событий показана здесь:

Инерция Мысленный эксперимент 1: В этом мысленном эксперименте двигатель в ящике слева вращает рукоятку, прикрепленную к ящику справа. Поскольку оба ящика имеют одинаковый вес и установлены на колесах, они разъезжаются, а затем снова соединяются, оказываясь в одном и том же месте.

Предположим, однако, что когда коробка с двигателем тянет за собой другую коробку, вес коробки с двигателем на короткое время уменьшается. Теперь он на мгновение становится светлее, он движется дальше ко второму ящику, и пара из них в конечном итоге слегка смещается от того места, где они начали. Это показано здесь:

Инерция Мысленный эксперимент 1: Если мысленный эксперимент изменить так, что ящик слева на короткое время уменьшится в массе, два ящика в конечном итоге слегка сместятся вправо.

Наконец, представьте, что коробки находятся внутри космического корабля, где вторая коробка прикручена к полу. Результатом является привод, который оказывает прерывистую результирующую силу в одном направлении.

Это не нарушает третий закон Ньютона; он просто регулирует последствия, изменяя инерционную массу. Это также не нарушает принцип сохранения энергии, поскольку для работы системы требуется энергия. Он может получить эту энергию от солнечных батарей или небольшого ядерного реактора на борту.

Аппарат

Демонстрационное устройство, стоящее в кабинете Вудворда, содержит очень чувствительные крутильные весы. Баланс представляет собой горизонтальную балку, установленную на вертикальных гибких подшипниках E10 C-Flex. Любая боковая сила, действующая на один конец балки, слегка сдвинет ее, пока скручивание двух тонких металлических полос в подшипниках не будет равно и противоположно сопротивляться силе.

Торсионные весы находятся в вакуумированном люцитовом цилиндре. Деревянная рама выравнивается и стабилизируется свинцовыми грузами (серые кирпичи на фото), чтобы свести к минимуму вибрацию.

Торсионные весы полностью заключены в цилиндрическую вакуумную камеру Lucite длиной около двух футов, как показано выше. Камера поддерживается сложной деревянной рамой, которая стабилизирована свинцовыми плитами размером с кирпич, чтобы противостоять внешней вибрации. Аппарат настолько чувствителен, что его могут спровоцировать малейшие сейсмические события.

Когда я посетил лабораторию, я увидел, как Вудворд устанавливает оборудование для демонстрации. Он любезный, неприхотливый человек, который наслаждается моментами самоуничижительного юмора, но демонстрирует спокойную и непримиримую решимость. В конце концов, он занимался этим проектом без какой-либо посторонней помощи в течение нескольких десятилетий.

«Идея состоит в том, чтобы запустить двигатель с силой, действующей в одном направлении, затем перевернуть двигатель и запустить его снова», — объясняет он. «Это устраняет почти все самые очевидные внешние факторы».

Из-за того, что двигатель, который он построил вручную, настолько мал, что он оказывает лишь небольшое усилие. «Люди говорили, что мне нужно 100 микроньютонов или миллиньютон», — замечает он, усаживаясь перед несколькими видеомониторами и осциллографами. «Я сказал, что для рационального человека вам просто нужен уровень тяги, который вы можете увидеть на уровне от трех до пяти сигм». Тем не менее, он хотел бы создать более драматичное демо. «Мы постепенно переходим к тому, что является, по крайней мере, в такой же степени инженерной разработкой, как и продолжающееся научное исследование. Реальные проблемы сейчас больше связаны с правильным проектированием, а не с проверкой того, что эффекты существуют».

Значит, он полностью уверен в теории?

«Эта теория находится в рецензируемой литературе более пятнадцати лет, поэтому, если бы с ней было что-то явно не так, скорее всего, более одного человека сказали бы, что она неверна. Она привлекла некоторых критиков, но не из тех, кто жалуется на то, что что-то конкретное не так, и может показать, что что-то конкретное на самом деле не так».

Мониторинг и сбор данных.

Он запускает импульс напряжения на двигатель. Оно должно быть коротким, потому что ток выделяет значительное количество тепла. Оптический датчик определяет движение баланса. След на экране передо мной подпрыгивает, а затем возвращается на прежний уровень, когда импульс заканчивается. Его стек оборудования для мониторинга и сбора данных показан выше.

«Теперь, — сказал Вудворд, — я реверсирую двигатель».

После одного запуска балансиры частично извлекаются из цилиндра, чтобы можно было перевернуть коробку из мю-металла, содержащую двигатель. Затем ящик из мю-металла будет перевернут, чтобы убедиться, что следующий запуск будет генерировать силу, приблизительно равную и противоположную той, что была в предыдущем проходе.

Это нетривиальная процедура. Он должен открыть цилиндр и вручную повернуть коробку из мю-металла, как показано выше. Затем он должен снова запечатать цилиндр и восстановить вакуум, что требует довольно много времени на откачку.

Пока насос работает, мы идем обедать на час, и он еще немного болтает о своей работе. Он смеется, когда я спрашиваю его, пытался ли он получить деньги из частного космического сообщества. Затем он делает паузу, чтобы тщательно сформулировать свой ответ. «Те, кто работает в области передовых двигателей, — говорит он, — чувствуют себя обязанными по какой-либо причине отговаривать людей от серьезного рассмотрения альтернатив их конкретной схеме. сказать: «Не тратьте на это деньги, это вряд ли сработает». Он криво улыбается мне. «Но все их собственные планы потерпели неудачу».

К тому времени, как мы вернемся в офис, из цилиндра будет выкачано достаточно воздуха, чтобы можно было запустить еще один цикл, и, конечно же, эффект противоположный и примерно равный. «Красная кривая — это напряжение на устройстве, — объясняет Вудворд. «Вот это управляющий сигнал, который поступает в усилитель мощности. Желтая кривая — акселерометр, синяя — кривая напряжения на конденсаторе». Он пожимает плечами. Он видел это явление тысячи раз.

Следующий шаг

Очевидно, что эффект Вудворда был бы более убедительным, если бы его можно было масштабировать до такой степени, что любой мог бы увидеть колебания баланса (или, что еще лучше, почувствовать силу). Вот почему он и Хайди Ферн непреклонны в том, что оставшаяся проблема заключается в инженерной доработке. Пьезо-диски, которые использует Вудворд, оказались дешевыми, когда он искал излишки электроники. Являются ли они оптимальным размером? Он не уверен. Пропорционален ли эффект квадрату частоты тока, как предполагает теория? Фирн так думает, но пока ее моделирование не завершено, она на самом деле не знает.

Что, если они просто измеряют побочный эффект импульса напряжения? «Ну, это не термическое воздействие и не вибрация, — говорит она. — Мы сделали все виды демпфирования этих весов. Мы устранили все, что только можно было придумать».

Они играли с концепцией краудфандинга. В качестве премии они могли раздать несколько пьезоэлектрических двигателей из предыдущих итераций эксперимента. Возможно, однажды, если эффект Вудворда позволит людям летать на другие планеты, эти кропотливо изготовленные вручную модули будут иметь значительную историческую ценность. Проблема в том, что краудфандинг требует значительных затрат времени, которое можно было бы более продуктивно использовать для исследований.

Были предприняты некоторые независимые попытки воспроизвести работу Вудворда, и предварительные результаты кажутся обнадеживающими. Нужно больше. Это не должно быть слишком сложной задачей, так как процесс изготовления так подробно описан в его книге. Интересно, что в то время как ракеты по-прежнему предполагают сложную инженерную работу и непривлекательный уровень риска, альтернативный принцип может быть проверен одним человеком в небольшом офисе с использованием деталей, которые либо есть в наличии, либо относительно легко изготовить. Затраты относительно скромные. Потенциальные выгоды могут быть значительными.

• Посетите сайт Science Girl, чтобы узнать о самых удивительных и неожиданных изображениях и историях о рыбах с полупрозрачными головами, миграциях антилоп гну через Саренгети в Танзании, неожиданных лесных гейзерах, морских аненомах и их выражениях лиц, гигантских лесных мотыльках, бормотании ласточек и многом другом. фантастические существа. Благодаря фотографам-натуралистам и видеооператорам, которые будут следить и поддерживать… ПРОЧИТАЙТЕ ОСТАЛЬНОЕ

• Vantablack — один из самых темных материалов в мире. Он поглощает до 99,96% видимого света, поэтому этот баскетбольный мяч выглядит так странно. Я смотрел на изображение несколько минут подряд, пытаясь понять, что человек на фотографии на самом деле держит сферу, а не… ЧИТАТЬ ОСТАЛЬНОЕ

• Фрэнк Дрейк, знаменитый радиоастроном и пионер SETI, умер. ему было 92. Фрэнк провел свою жизнь в поисках доказательств внеземных передач. В 1960 году он провел первый эксперимент SETI по ​​поиску радиосигналов разумного происхождения. Он назвал свой проект Project Ozma в честь принцессы Озмы из страны Оз, которая живет в… ПРОЧИТАТЬ ОСТАЛЬНУЮ.

• Мы благодарим нашего спонсора за то, что он сделал этот контент возможным; он не написан редакцией и не обязательно отражает ее точку зрения. В наши дни больше людей работают с ноутбуков, чем когда-либо. Независимо от того, являетесь ли вы самозанятым, начинаете онлайн-обучение или используете настройку для работы на дому, вы должны иметь возможность работать из любого места. Ноутбуки… ПРОЧИТАТЬ ОСТАЛЬНОЕ

• Мы благодарим нашего спонсора за то, что он сделал этот контент возможным; он не написан редакцией и не обязательно отражает ее точку зрения. Между стрессами на работе, учебе и домашней жизни, когда вы в последний раз могли расслабиться и насладиться небольшим количеством свободного времени? В мире стороны… ПРОЧИТАТЬ ОСТАЛЬНУЮ

• Мы благодарим нашего спонсора за то, что он сделал этот контент возможным; он не написан редакцией и не обязательно отражает ее точку зрения. От оплаты аренды до обмена фотографиями вашей очаровательной собаки и покупки новой пары джинсов — есть ли что-то, что вы не делаете в своем телефоне в эти дни?… ПРОЧИТАЙТЕ ОСТАЛЬНОЕ

Марк Миллис о двигателе на эффекте Маха, испытания EmDrive

Лето 2017 года Марк Миллис провел в Техническом университете Дрездена, где он вел курс под названием «Введение в физику межзвездных полетов и движения», который он также будет преподавать в Университете Пердью. в ноябре прошлого года. Бывший глава проекта НАСА «Прорыв в физике движения» и архитектор-основатель фонда «Тау Зеро», Марк участвовал в проекте «СпейсДрайв», которым руководил Мартин Таймар в Дрездене. Этот проект широко освещался в новостях благодаря лабораторным испытаниям двух противоречивых концепций двигателей: Двигатель с эффектом Маха и EmDrive. Обзорные комментарии Марка по моделированию для первого были почти такими же длинными, как черновой документ Таймара. Описанный ниже проект SpaceDrive представляет собой более широкую работу, которая включает в себя больше, чем эти две области — ни двигатель EmD, ни двигатель MET не достигли фазы активных испытаний в течение лета, когда он был там, — но текущая работа над обоими занимает Миллиса в последующем эссе.

Марк Миллис

Возможно, вы заметили новый поток статей о EmDrive. То, что побудило к этому раунду освещения, было промежуточным отчетом, частью прогресса в проекте Мартина Таймара «SpaceDrive» по тщательной проверке таких заявлений. Доклад Таймара на конференции [цитата ниже] — один из первых шагов по проверке на наличие ложных срабатываний. Я ожидаю, что последуют другие статьи, каждая из которых будет продвигаться к другим возможностям. Может пройти год или больше, прежде чем будут получены неопровержимые результаты. До тех пор относитесь к сообщениям в прессе об определенных выводах как к весьма подозрительным.

О работе Таймара, эта цитата из его доклада на конференции:

В рамках проекта SpaceDrive [6] мы в настоящее время оцениваем два наиболее выдающихся кандидата в двигатели, которые обещают бестопливные двигатели намного лучше, чем фотонные ракеты: так называемые EMDrive и двигатель на эффекте Маха. Кроме того, мы проводим дополнительные эксперименты, которые могут дать дополнительную информацию об исследуемых двигателях или открыть новые концепции. Чтобы должным образом протестировать подруливающие устройства-кандидаты, мы постоянно совершенствуем нашу систему балансировки тяги, а также проверяем взаимодействие двигателя с окружающей средой, которое может привести к ложным измерениям тяги.

Двигатель на эффекте Маха — это другой подход к созданию неракетного космического двигателя, но он основан на нерешенных вопросах физики, где есть шанс на новые открытия. Его теория привела к проверяемому предсказанию, которое затем превратилось в идею движущего эффекта.

Нерешенный вопрос физики: «Каково происхождение инерциальных систем отсчета?» Одна попытка ответить на этот вопрос называется «принципом Маха» (термин, введенный Эйнштейном для описания точки зрения Эрнста Маха), который примерно звучит так: «инерция здесь из-за материи там». Идея состоит в том, что явление инерции представляет собой взаимодействие между этой массой и всей окружающей массой во Вселенной (предположительно гравитационное по своей природе). Джим Вудворд подхватил вариант этого у Денниса Шиамы и заметил, что инерционная масса объекта может колебаться, если колеблется его энергия (представьте себе энергию в конденсаторе). Это привело к идее движущего эффекта за счет изменения расстояния между двумя флуктуирующими моментами инерции. В отличие от EmDrive, эта идея с самого начала обсуждалась в рецензируемой литературе, причем некоторые из наиболее важных статей:

Вудворд, Дж. Ф. (1990). Новый экспериментальный подход к принципу Маха и релятивистской гравитации, в письмах по основам физики , 3(5): 497-506.

Вудворд, Дж. Ф. (1991). Измерения махистских переходных флуктуаций массы, в Foundations of Physics Letters , 4(5): 407-423.

Вудворд, Дж. (1994), «Метод кратковременного изменения массы объекта для облегчения его транспортировки или изменения его стационарного кажущегося веса», патент США № 5,280,864.

Вудворд, Дж. (2012). Создание звездолетов и звездных врат , Springer.

Ферн, Х. и Вансер, К. (2014). Экспериментальные испытания двигателя на эффекте Маха. Журнал космических исследований , 3: 197-205.

Лабораторные результаты Мартина Таймара можно резюмировать следующим образом: ложноположительные толчки наблюдались в условиях, когда не должно быть никакого толчка или только незначительный толчок. Перед испытанием подруливающих устройств при их номинальных и максимальных рабочих параметрах необходимо проводить более систематические проверки. Несоответствие было более выраженным для EmDrive, чем для двигателя с эффектом Маха. В обоих случаях преждевременно делать окончательные выводы, поскольку работа над этим еще не завершена. И если какие-либо подруливающие устройства действительно пройдут все эти тесты, тогда начнутся дополнительные испытания, чтобы выяснить, как работают подруливающие устройства (изменяющиеся условия, чтобы увидеть, какие из них влияют на уровни тяги).

В случае с EmDrive для подруливающего устройства было доступно только 2 Вт из более обычных 60 Вт мощности. Даже при таком низком уровне мощности наблюдалось тяговое усилие около 4 мкН, что больше, чем 2,6 мкН, ожидаемые по заявлениям Сонни Уайта. Более показательные наблюдения заключались в том, что толчки наблюдались, когда EmDrive не должен был толкать. Когда EmDrive был направлен в сторону, не вызывающую тяги, тяги все еще наблюдались. Когда мощность двигателя подруливающего устройства была направлена ​​на аттенюатор для дальнейшего снижения мощности двигателя в 10 000 раз, тяга на прежнем уровне все еще наблюдалась.

Эти наблюдения не сулят ничего хорошего для заявлений EmDrive о реальной тяге, но еще слишком рано решительно отвергать эти возможности. Одним из подозреваемых в ложном срабатывании является взаимодействие с током, подаваемым на устройство, и магнитным полем Земли, где ток силой 2 ампера в нескольких сантиметрах проводов может создавать тягу в диапазоне мкН. После добавления дополнительного магнитного экранирования и работы на разных уровнях мощности запланированы дальнейшие испытания.

В случае двигателя на эффекте Маха, который, кстати, не упоминался ни в одной из статей прессы, выводы были менее пессимистичными. Снова были измерены тяги, превышающие ожидаемые для низких уровней мощности (0,6 против 0,02 мкН). В отличие от несоответствия EmDrive, тяги не наблюдалось, когда двигатель на эффекте Маха был направлен в сторону, где не было тяги. Однако был случай, когда направление тяги не менялось при изменении направления двигателя. Предполагаемые причины, подлежащие дальнейшему исследованию, включают как магнитные, так и тепловые эффекты (расширения).

Совет: если вы планируете ознакомиться с бумагой Таймара. Когда я попробовал свое обычное «быстрое чтение» по бумаге, прочитав аннотацию и просмотрев рисунки, я ввел себя в заблуждение. Прочтите полный текст, сопровождающий рисунки, чтобы понять, на что вы действительно смотрите. Это короткая статья.

Что касается некоторых репрезентативных статей в прессе, вот краткая оценка

(1) Дэвид Хэмблинг, Новое исследование ставит под сомнение «невозможность» EmDrive, но эта странная идея с двигателем еще не умерла

В этой статье более подробно, чем в других, рассказывается о том, что на самом деле было сделано, а что нет, и есть ссылки на источники информации. В нем не упоминается двигатель с эффектом Маха.

(2) Майк Уолл, «Невозможный» космический двигатель EmDrive действительно может быть невозможным

Здесь упоминается сомнение, но дверь остается приоткрытой. Хотя в нем не упоминается двигатель с эффектом Маха, который также проходит испытания, он, по крайней мере, дает ссылку на основную статью и упоминает, откуда он взялся.

(3) Итан Сигел, EmDrive, «невозможный» космический двигатель НАСА, действительно невозможен: многие тесты сообщают об «аномальной тяге», которой не должно быть. Исследователь наконец показал, где все остальные ошиблись

В этой статье больше говорится о старых заявлениях и ожиданиях, чем о том, что было на самом деле в новой статье. В нем не упоминается двигатель с эффектом Маха.

(4) Майк Венер, «невозможный» бестопливный двигатель НАСА на самом деле невозможен

Еще одно краткое мнение, и опять же, никакого упоминания о двигателе на эффекте Маха.

Вывод: наука не основывается на заявлениях. Несмотря на то, что могут говорить заголовки, лабораторная работа — это вопрос совершенствования методов и уточнения предыдущих утверждений. На данный момент продолжается оценка двигателя EmDrive и эффекта Маха, без каких-либо гарантий, что какой-либо из этих эффектов может оказаться подлинным, но давайте позволим процессу развиваться.

Доклад Таймара — Tajmar et al., «Проект SpaceDrive — первые результаты по EMDrive и двигателям на эффекте Маха», представленный на конференции Space Propulsion 2018 в Севилье, Испания (полный текст).

Двигатель — Space Engineers Wiki

Двигатель — основное средство передвижения кораблей. Двигатели обеспечивают прямую линейную тягу только в направлении от сопла. Независимо от их физического положения на корабле, они не будут создавать никакого крутящего момента или вызывать вращение корабля (см. Гироскоп). Пока двигатель напрямую подключен к сети (а не к подсетке или через шасси), он будет обеспечивать тягу от центра масс, поэтому ограничений по размещению практически нет. Существует три типа двигателей: атмосферные двигатели с электрическим питанием, работающие только в атмосфере планеты, ионные двигатели, использующие электричество и работающие в вакууме, и мощные водородные двигатели, для которых в качестве топлива требуется водород.

Содержание

• 1 Обзор
• 2 типа подруливающих устройств
  • 2. 1 Ионный двигатель (электрический)
  • 2.2 Водородный двигатель
  • 2.3 Атмосферный двигатель
• 3 Эффективность в условиях естественной гравитации
• 4 Повреждение двигателя
  • 4.1 Защита двигателя от повреждений
  • 4.2 Визуальные размеры повреждений для всех подруливающих устройств (по состоянию на 1.198.033)
• 5 История

Обзор

Типы двигателей

Ионный двигатель (электрический)

Все стандартные электрические двигатели с ионным двигателем потребляют не менее 0,002 кВт (2 Вт), даже когда они не используются. Они используют электричество для создания тяги, их энергопотребление линейно зависит от того, на каком проценте (как видно на ползунке коррекции тяги) работает двигатель. Его эффективность обратно пропорциональна плотности атмосферы, имея реальную эффективность где-то от 30% как минимум до полной эффективности за пределами планетарных атмосфер, становясь тем менее эффективной, чем толще атмосфера.

Водородный двигатель

Все водородные двигатели требуют подключения конвейера к источнику водорода, такому как генератор кислорода или резервуар с водородом. (*) Двигатели на водородной основе, несмотря на рейтинг «потребляемой мощности», на самом деле не будут потреблять электроэнергию, они ТОЛЬКО потребляют водород из источника водорода, доступ к которому осуществляется через конвейеры. Их единственными электрическими требованиями будут источники водорода, которые хранят или производят водород, и конвейерная система. Каждый водородный двигатель потребляет небольшое количество водорода, даже если он неактивен (что видно по его «пилотной лампочке»), как минимум, который есть у электрических двигателей. На их эффективность совершенно не влияет наличие планетарных атмосфер, и они одинаково эффективны везде.

Атмосферный двигатель

Мощность тяги всех атмосферных двигателей полностью зависит от плотности атмосферы вокруг двигателя и работает только в планетарных атмосферах, будучи наиболее мощной у поверхности и линейно слабее дальше. Как правило, подруливающее устройство никогда не достигнет своего номинального максимума во время обычной игры даже непосредственно на поверхности (что обычно составляет около 90% максимальной эффективности). Они, как и стандартные подруливающие устройства, используют электричество для работы и потребляют не менее 0,002 кВт (2 Вт), даже когда они не используются.

Эффективность в условиях естественной гравитации

Чтобы получить представление о том, сколько двигателей необходимо для того, чтобы корабль завис в воздухе под действием естественной гравитации,
поможет следующий расчет:

 Подъемная сила [кг] = мощность двигателя [N] * эффективность [безразмерная] / ускорение свободного падения [м/с²]
 

Пример: 1 большой атмосферный двигатель на маленьком корабле имеет величину силы 408 000 Н и эффективность 90% на уровне моря.
Итак, на землеподобной планете на уровне моря он может поднять:

 L = (408 000 Н * 0,9) / 9,81 м/с² = 37 431 [кг]
 

Где 9,81 м/с² = 1,0 г на Земле.
Или просто проверить, полетит ли он с 4 двигателями и массой 120 000 кг:

 F = (4 * 408 000 Н * 0,9)
 m = 120 000 кг
 а[мин] = 9,81 м/с²
 a[curr] = (4 * 408 000 * 0,9) / 120 000 кг = 12,24 м/с² > 9,81 м/с² ===> полетит!
 

Таким образом, если общая подъемная сила двигателей, направленных вниз, больше массы корабля,
корабль сможет зависать и летать.

Это значение линейно уменьшается с уменьшением плотности воздуха на больших высотах.
Плотность воздуха различна для каждого типа планеты.

Эффективность двигателей на землеподобной планете (настройки по умолчанию)

Онлайн-калькулятор

Онлайн-калькулятор для расчета тяги планет и лун.

Примечание

Следует также иметь в виду, что в зависимости от ориентации корабля при маневрировании, не все направленные вниз подруливающие устройства будут фактически вносить 100% вклад в подъемную силу корабля.
Если двигатели будут отклонены от центра тяжести планеты, их эффективное значение подъемной силы соответственно уменьшится. Подруливающее устройство, расположенное под углом 45 градусов, будет вносить только cos (45 °) = 70,7% его общей подъемной силы. Если это не принять во внимание, это может привести к резкому падению корабля на землю, если он не будет осторожно маневрировать
из-за недостаточной силы бокового подруливающего устройства, например, при слишком сильном крене самолета. Таким образом, это должно быть рассчитано или проверено до того, как вы закончите проектирование корабля, чтобы предотвратить неприятный сюрприз.

Примечание2

Параметр инвентаря «x5» / «x10» также повлияет на расчет.
Игра будет делить массу груза на установленный множитель инвентаря при расчете подъемной силы двигателя.
Таким образом, масса груза 100 000 кг будет учитываться как 10 000 кг только в том случае, если установлен множитель запасов «x10».
Это означает, что корабль с атмосферными двигателями потенциально может поднять в 10 раз больше массы груза с той же тягой, чем обычно, если установлен множитель инвентаря «x10».
Однако правая панель HUD внутри корабля не корректирует массу груза, чтобы отразить массу, учитываемую для подъемной силы.
То есть при наличии корабля массой нетто 100 000 кг и перевозке 100 000 кг груза с 10-кратным множителем запасов
на панели будет отображаться масса 200 000 кг, в то время как на самом деле потребуется только 110 000 кг (масса корабля + груз). /10) массы учитывать при расчете грузоподъемности.

Повреждение подруливающего устройства

If Повреждение подруливающего устройства включен для карты или сервера, пламя двигателей будет наносить урон, пока активно, любым блокам, находящимся непосредственно позади на определенном расстоянии, за некоторыми исключениями, позволяющими строить «посадочные площадки» для небольших кораблей. «Опасная зона» различается по размеру в зависимости от тяги двигателя. Большие двигатели могут наносить урон дальше, чем меньшие двигатели.

В приведенной выше таблице и на изображениях ниже указаны расстояния поражения малых и больших двигателей и кораблей. Они применяются только к блокам непосредственно за двигателем и не учитывают повреждения соседних блоков.

Все двигатели стандартных, водородных и атмосферных двигателей наносят разный урон двигателям, если они включены. Как правило, чем мощнее двигатель, тем больше становится опасная зона .

Примечание. Диапазоны, отображаемые в этой галерее, устарели. Точную длину пламени (повреждения) см. в обзорной таблице.

Невосприимчивость к повреждению двигателя

Пламя двигателя малого размера не повреждает блоки с коэффициентом деформации менее 25%; которые перечислены ниже:

Большие блоки менее 25%:

Blast doors 

• 

Blast door corner 

• 

Blast door corner inverted 

• 

Blast door edge 

• 

Control Stations 

• 

Drill 

• 

Heavy Armor Corner Квадратный блок 

• 

Полуугловой блок для тяжелой брони 

• 

Полунаклонный угловой блок для тяжелой брони 

• 

Heavy Armor Half Sloped Corner Base 

• 

Heavy Armor Sloped Corner 

• 

Wheel Suspension 1×1 Right 

• 

Wheel Suspension 1×1 Left 

• 

Wheel Suspension 3×3 Right 

• 

Подвеска колеса 3×3, левая

•

Подвеска колеса 5×5, правая

•

Подвеска колеса 5×5, левая

Мелкие блоки до 25%:

Fighter Cockpit 

• 

Blast doors 

• 

Blast door corner 

• 

Blast door corner inverted 

• 

Blast door edge 

• 

Cockpit 

• 

Drill 

• 

Угловой квадратный блок для тяжелой брони 

• 

Угловой полублок для тяжелой брони 

• 

Половина наклона Инв. Тяжелая броня 

• 

Heavy Armor Half Scodt Corner

•

Heavy Armor Half Sked Corner Base

•

Уголок с тяжелой доспехами

•

Блок тяжелой брони

•

Hure Armor Corner

9999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999н. . Угол 

• 

Тяжелый доспех, круглый угол 

• 

Тяжелый доспех, круглый Инв. Угол 

• 

Тяжелая броня Круглый наклон 

• 

Уклон тяжелой брони

•

Подвеска колеса 1×1 Права

•

Колесная подвеска 1×1 левая

•

Колесо подвеска 3×3 Право

•

Колесо 3X3.

• 

Подвеска колеса 5×5, левая 

Внимание: это не означает, что пламя не проходит через эти блоки: любой блок позади все равно будет поврежден.

Визуальные размеры повреждений для всех подруливающих устройств (по состоянию на 1.198.033)

• Мелкая сеть

• Большая сетка

История

До обновления 01.105 у двигателей было два особых режима: нормальная тяга и инерционно-демпфирующая тяга. Обычная тяга, которая используется при ручном пилотировании с помощью клавиш и мыши или с помощью ползунка коррекции тяги, и демпфирующая тяга, которая автоматически обеспечивает увеличение усилия в 10 раз при увеличении потребления электроэнергии на 50 %. Все подруливающие устройства от больших до малых, когда включено инерционное демпфирование и корабль движется, срабатывают и пытаются замедлить корабль до полной остановки. Из-за этого у кораблей было гораздо больше возможностей для полной остановки, чем для ускорения до этого обновления.