В конце июля мировые средства массовой информации сообщили о том, что немецкие ученые подтвердили работоспособность электромагнитного двигателя для космических аппаратов, который уже полтора десятка лет считают «просто невозможным», так как он, дескать, нарушает законы физики. И тем не менее есть новые доказательства того, что космический двигатель, который не нуждается в топливе, вполне реален.
Как известно, для передвижения в космосе мы используем третий закон Ньютона – «действие равно противодействию», для чего выбрасываем посредством ракетного двигателя некое вещество, которое называется «рабочее тело». Чем больше масса рабочего тела, тем быстрее мы разгонимся, чем больше скорость его истечения – тем быстрее будем лететь. Поскольку приходится выбирать из разных достоинств, мы запускаем на орбиту ракеты на химическом топливе, например керосине и жидком кислороде.
А вот в двигателе EmDrive, который разработал и испытал в 2002 году британский инженер Роджер Шойер, вообще ничего не выбрасывается – это просто некое коническое ведро, с днищами на торцах, к которому подключены магнетроны из микроволновки, и все – отправляйся в дальний космос. До Луны за четыре часа, до Марса за 70 дней, до Плутона всего за 18 месяцев вместо девяти лет. Это фантастические цифры. И вот из-за этой фантастики, удивительной простоты и некоторой «аскетичности» EmDrive, наверное, и назвали двигателем «невозможным» и противоречащим физическим законам.
Принцип космического двигателя EmDrive очень прост. Магнетрон (аналогичный тем, что стоят в наших микроволновках) генерирует электромагнитные волны, которые распространяются по волноводу – тому самому «ведру» с крышками по торцам.
Если взять волновод цилиндрический, то распространение волн в обоих его концах было бы одинаковым. Но если изменить форму волновода, сделать эту трубу конической, то произойдет интересная вещь – в широкой части кванты микроволн будут двигаться свободнее, нежели в узкой части, где они будут чаще отражаться от стенок волновода. И возникнет, по словам изобретателя, тяга, направленная в сторону узкого конца.
Если смотреть на процесс с точки зрения классической физики, то сразу может показаться, что тут что-то не так, потому что никакого прямого отражения квантов микроволн от внутренних стенок не происходит и за пределы «ведра» они не улетают. Формально, если оперировать классической ньютоновской физикой, никакой результирующей тяги ни в одном направлении быть не может.
Возможно, «ведро» Шойера требует применения специальной теории относительности и появление тяги связано с не до конца изученными процессами на уровне квантовой физики
Тем не менее она, пусть и небольшая, все же наблюдается, о чем и говорят последние исследования ученых из Дрезденского технологического университета под руководством Мартина Таймара – профессора и заведующего кафедрой космических систем. Ранее, в 2014 году, группа по изучению реактивных систем под руководством Гарольда Уайта из Центра космических исследований Джонсона также исследовала EmDrive и получила обнадеживающие результаты.
svincoviydozhd.livejournal.com
Двигатели космических аппаратов пора переводить на возобновляемые источники энергии
В поисках выхода научная мысль не могла слишком долго топтаться на месте. В данном случае возмутителем спокойствия оказался британец Роджер Шойер. Проработав более 20 лет в авиакосмической индустрии, к началу 2000-х он был уже старшим специалистом концерна Matra Marconi, автором многочисленных разработок оборудования для военных и коммерческих спутников, а также консультантом европейского проекта системы спутниковой навигации Galileo. Именно он предложил отказаться от традиционных реактивных двигателей, заменив их электромагнитными.
Впрочем, представляя свой проект EmDrive, сам учёный скромно сослался на то, что идея EmDrive заложена ещё в трудах знаменитого физика Джеймса Максвелла (опубликованных в 1870–1871 гг.) и теоретически разработана английским инженером-электриком Алексом Калленом в 1950-х.
На первый взгляд, всё довольно просто. Вместо запасов горючего и окислителя – батареи фотоэлементов. Вечный источник питания – Солнце, энергия которого собирается и преобразуется в сверхвысокочастотные электромагнитные волны. Вместо камеры сгорания и сопла – замкнутый волновод с резонатором.
Берём волновод и закрываем его с обоих концов. Затем внутри полученного объёмного резонатора возбуждаем сверхвысокочастотные электромагнитные колебания, используя для этого обычный магнетрон (подобно тому, как это делается в привычной всем нам микроволновке).
Согласно принципам, открытым ещё Максвеллом, отражаясь от внутренних стенок волновода, СВЧ-волны будут оказывать хоть и малое, но всё же вполне реальное давление на его торцевые стенки. Если же подобрать форму и размеры камеры в соответствии с длиной генерируемых СВЧ-волн, можно получить резонатор, позволяющий накапливать значительное количество электромагнитной энергии. При достаточно высокой добротности резонатора потери волновой энергии окажутся небольшими. В свою очередь, это будет способствовать увеличению энергии электромагнитных колебаний и, соответственно, сил, действующих на обоих концах волновода изнутри.
Казалось бы, противоположно направленные силы должны полностью уравновешивать друг друга – трудно представить, чтобы микроволновка попыталась куда-то уехать и тем более летать. Но EmDrive выдаёт нам сюрприз. Согласно выкладкам Роджера Шойера, при правильно выбранных форме и размерах резонатора на его концах возникают разные давления электромагнитного излучения.
В экспериментальном образце двигателя, разработанном Роджером Шойером, волновод-резонатор имеет форму усечённого конуса, за что его и прозвали «ведром» (рис. 1).
Как работает «ведро»? Приведём лишь одно из объяснений, не претендуя на его истинность и полноту. СВЧ-волны, генерируемые посредством 1,1-киловаттного магнетрона, входят в резонатор посередине и расходятся в стороны. Про — ходя путь к широкому концу резонатора, они реже отражаются от боковых стенок, а потому теряют меньше энергии, чем при аналогичном путешествии к узкому донышку «ведра».
Эффективная мощность СВЧ-волн (а следовательно – и давление) на широком конце получается больше, чем на узком. Таким образом, внутренние силы на противоположных торцах не уравновешиваются, возникает тяга. По результатам испытаний первого опытного образца EmDrive Роджера Шойера в 2003 г. при подаче 1 кВт электроэнергии возникала сила тяги порядка 16 мН. При этом добротность резонатора была равна 5900. Когда же к 2006 г. этот показатель удалось увеличить до 50000, сила тяги (при том же расходе электроэнергии) возросла уже до 300 мН.
Конечно, этого недостаточно для использования в земных условиях даже для того, чтобы сдвинуть с места 15-кило — граммовый блок экспериментального двигателя. Зато для космического применения результат представляется достаточно обнадёживающим. Для сравнения: прототип ионного двигателя SMART1, разработанный Европейским аэрокосмическим агентством, при весе в 94 кг смог продемонстрировать тягу всего около 70 мН.
Однако при всём видимом успехе экспериментов с EmDrive разработка Роджера Шойера была встречена научным миром далеко не однозначно. Причём, судя по многочисленным критическим публикациям, сомнения у специалистов вызывает не столько сам факт возникновения тяги, сколько его неудовлетворительные объяснения. Основной аргумент оппонентов: подобное движение противоречит принципам классической физики и механики. В частности – нарушается закон сохранения импульса, действие не сопровождается противодействием.
Неужели замкнутый резонатор-волновод (фактически аккумулятор электромагнитной энергии) будет перемещаться в пространстве под воздействием своей внутренней энергии, без какого-либо видимого её преобразования и «выхлопа»? Проще представить себе батарейку, летающую только от того, что она заряжена! Сторонники же EmDrive отмечают, что элементарные частицы, в виде которых можно представить поток электромагнитного излучения (корпускулярно-волновой дуализм), перемещаются в волноводе со скоростями, близкими к скорости света.
Следовательно, для описания их поведения вряд ли применимы законы классической физики, а скорее подходит теория относительности Эйнштейна. Научная дискуссия продолжается, но её результаты всё больше напоминают известный парадокс майского жука, который, согласно известным законам аэродинамики, теоретически летать не может, но всё же летает.
Но пока теоретики спорят, специалисты-практики из аэрокосмической отрасли не сидят сложа руки.
Так, несмотря на волну критики в адрес изобретения Роджера Шойера, правительство Великобритании всё же нашло средства для финансирования дальнейших изысканий в этой области. Их выделяли вплоть по 2007 г., когда учёный завершил доработку первого варианта своего электромагнитного двигателя.
В 2009 г. английскую лицензию на технологию производства EmDrive приобрёл американский гигант Boeing. Работа специалистов корпорации по его дальнейшему совершенствованию финансируется Минобороны США, а её результаты пока строго засекречены. Неудивительно, что почти одновременно подобные исследования активизировались в Китае. Уже в 2012 г. Поднебесная объявила о создании EmDrive с тягой до 720 мН, причём с использованием «абсолютно независимой» теоретической базы. Глядя на интерес всего мира к возможностям неоднозначной разработки, наконец, ею заинтересовалась и в NASA, создав собственный вариант «летающего ведра» (рис. 2).
В ходе его испытаний в 2013–2015 гг. удалось достигнуть достаточно скромной тяги (до 1,2–1,5 мН/кВт). При этом эксперты NASA так и не смогли объяснить природу этого явления, назвав его «несоотносимым с каким-либо известным электромагнитным феноменом».
Эксперименты NASA способствовали развитию интереса к EmDrive и со стороны частного бизнеса. От лабораторных испытаний дело постепенно начало переходить в практическую плоскость. 17 августа 2016 г. американские компании Cannae и Theseus Space объявили о своих планах запустить «демонстрационный» спутник, оборудованный электромагнитным двигателем. Срок запуска пока окончательно не определён, но не исключается, что это произойдёт уже в 2017 г. По предварительной информации, аппарат будет состоять из шести кубических секций, причём по общим размерам вся конструкция будет не больше коробки из-под обуви. Около четверти всего объёма спутника будет отведено под EmDrive, с помощью которого аппарат должен как можно дольше сохранять свою позицию на геостационарной орбите с апогеем до 150 миль (порядка 240 км).
Разработчики надеются продлить срок службы спутника до полугода, в то время как для аналогичных по размерам космических аппаратов с традиционными двигателями он едва достигает полутора-двух месяцев. Не исключено, что малые размеры спутника диктуются не столько его демонстрационными целями, сколько недостаточной мощностью электромагнитного двигателя. Стоит напомнить, что прототип установленного на нём варианта EmDrive (конструкции Гвидо Фетта – руководителя Cannae) на испытаниях продемонстрировал тягу порядка 30–50 мкН. Однако пока компании Cannae и Theseus ещё только собираются запустить на орбиту спутник с относительно маломощным электромагнитным двигателем, на свет уже успел появиться проект EmDrive следующего поколения. «Отцом» его снова стал Роджер Шойер. 12 октября текущего года он запатентовал новый вариант двигателя, обещая получить на нём гораздо более сильную тягу.
На одном конце конического резонатора установлена сверхпроводящая пластина, а на втором – диэлектрическая пластина «особой формы». По мнению изобретателя, новая конструкция позволит существенно снизить расходы по производству двигателя EmDrive и его массогабаритные характеристики, а использование эффекта сверхпроводимости – значительно повысить эффективность. Оптимисты надеются на тягу уже в тысячу ньютон и более на киловатт подводимой мощности. Ну что же, если электромагнитное «ведро» всё-таки способно летать, то почему бы ему не летать быстрее?
Сам Роджер Шойер убеждён, что лет через 10–15 в городах появятся малые электрические самолёты без пропеллерных и турбореактивных двигателей, которые смогут быстро доставлять пассажиров в любое место, не задерживаясь в пробках. А энтузиасты космических путешествий ждут новые варианты EmDrive, которые позволят сократить время полёта на Марс до пары недель – за счёт того, что исследователям красной планеты не нужно будет везти с собой многие десятки тонн топлива.
Константин СЕРГЕЕВ
glob-news.com
Устройство, более известное как EmDrive, парадоксальным образом создает тягу без отброса массы [видео]
Разные варианты EmDrive.В интернете оживление: британская газета The Daily Mail сообщила, что специалисты Китайской академии космических технологий (China Academy of Space Technology - CAST) и Китайского космического агентства (China's Space Agency), работая под руководством доктора Чен Ю (Dr Chen Yue), построили EmDrive - «невозможный» двигатель, который создает тягу без отброса массы. Якобы это явствует из китайского ролика, который на днях распространил канал CCTV.com, озаглавив его соответствующим образом «Propellantless propulsion: The Chinese EmDrive by CAST scientist Dr Chen Yue, China's Space Agency».
Кадр из китайского ролика: китайцы изучают результаты испытания своего двигателя..Если верить ролику, то китайцы убедились, что их EmDrive достаточно эффективен и теперь планируют продолжить эксперименты в космосе. Что похоже на правду - в прошлом году на пресс-конференции в Пекине они подтверждали, что уже несколько лет конструируют свой вариант EmDrive, поверив, что он реально способен создавать тягу. Нынешнее достижение — еще одно тому подтверждение. Работы с 2010 года финансирует китайское правительство.
Известно также, что с прототипом «невозможного» двигателя экспериментировал профессор Ян Цзюаня (Professor Yang Juan) из Северо-Западного политехнического университета (Northwestern Polytechnical University — NWPU). И вроде бы получил тягу в почти 100 граммов.
Испытания своего EmDrive проводят в исследовательском центре НАСА (Johnson Space Center in Texas) - конкретно в лаборатории Eagleworks Laboratory (она же Advanced Propulsion Physics Laboratory ). В рецензируемом научном журнале Journal of Propulsion and Power были опубликованы результаты с описанием экспериментов и задокументированным «достижением» - тягой в 1,2 миллиньютона на киловатт. Немного. Но если верить специалистам, и такой хватит, что бы долететь до Марса за 10 недель, а до Луны - аж за 4 часа. Это в разы быстрее, чем на ракете с традиционными двигателями.
Дальнейшие эксперименты в НАСА показали: EmDrive работает и в вакууме. То есть, двигатель и в самом деле можно использовать для привода космических аппаратов.
Двигатели, которые испытывали в НАСА.Изобрел EmDrive британский ученый Роджер Шойер (Roger Shawyer). В 2000 году он продемонстрировал прототип своего двигателя. У нас его очень быстро окрестили гравицапой — гравицапой Шойера. Ведь этот самый EmDrive позволяет перемещаться в пространстве, ничего из себя не извергая - как аппарат, на котором летали герои фильма «Кин-дза-дза». Подобным образом — без отброса массы - разгоняются и «летающие тарелки» из других фантастических фильмов. Но в реальной жизни все существующие ныне космические двигатели создают тягу, что-то отбрасывая - то ли продукты сгорания топлива, то ли ионы, разогнанные электромагнитным полем.
"Здравомыслящие ученые" в EmDrive не верят. Считают, что он противоречит законам Ньютона. Например, закону сохранения импульса. Стало быть, работать не может. Но двигатель почему-то работает.
Шойер со своим прототипом EmDrive.«Гравицапа Шорйера» похожа на ведро, закрытое с двух сторон. Внутри - источник СВЧ-излучения. Его создает магнетрон - примерно такой же, который генерирует волны в бытовой микроволновке. И все. Включаешь микроволновку - возникает сила, которая действует по направлению к донышку большей площади.
Сам Шойер полагает, что тяга появляется за счет асимметрии «ведра» - усеченного конуса. Мол, на донышко большей площади микроволны давят сильнее, чем на противоположное. У коллег, поддерживающих изобретателя, - более изощренные объяснения, которые в какой-то мере примиряют гравицапу с Ньютоном.
Принцип работы EmDrive в представлении Шойера.- У EmDrive, конечно же, есть выхлоп, как и у любого другого реактивного двигателя, - уверен один из теоретиков профессор Арто Аннила (Dr Arto Annila, physics professor) из Университета Хельсинки (University of Helsinki), опубликовавший свою гипотезу в журнале AIP Advances.
По мнению ученого, гравицапа отбрасывает фотоны, которые выделяются в результате интерференции волн СВЧ-излучения. Просто их не видно.
Фотоны, вылетевшие наружу, не проявляют себя в виде света, поскольку «гасят» друг друга, находясь в противофазе. Но импульс переносят благодаря появлению невидимой электромагнитной волны - с так называемой нулевой поляризацией. В результате чего тяга и возникает.
Как объясняет профессор, аналогичное явление можно воспроизвести в воде, если пустить волны так, чтобы горб одной накладывался на впадину другой. Процесс идет, но на поверхности волн не видно.
По мнению Аннилы, волны, производящие тягу, действительно, возникают за счет асимметрии корпуса EmDrive. Был бы он ровной трубой, никакая сила не появилась бы.
Есть и более экзотические гипотезы, число которых приближается к десятку. Их авторы грешат то на некий возникающий в ведре "виртуальный плазменный тороид", то на "квантовые колебания вакуума", то на "эфир", от которого двигатель отталкивается, то на экзотические частицы, которые создают тягу, "вылетая непосредственно из ткани пространства-времени".
Пока одни ученые спорят, другие пытаются представить на что будет способен полномасштабный EmDrivе. Расчеты свидетельствуют, что, оснащенный сверхпроводящими магнитами, двигатель "потянет" с силой в 3 тонны на каждый киловатт подводимой электрической энергии. То есть, позволит создавать даже летающие автомобили - как фильме "Пятый элемент".
Космический корабль, оснащенный "гравицапами Шойера", сможет разогнаться до скорости в 10 процентов от скорости света. Это 30 тысяч километров в секунду - в тысячу раз быстрее, чем сейчас летают самые стремительные земные космические аппараты. Кто знает, вдруг именно EmDrivе сделает реальными межзвездные путешествия. Скажем, до Альфа-Центавра - ближайшей к нам системы - может будут добраться меньше, чем за 100 лет.
Если летать лишь в пределах Солнечной системы, то на борт корабля, оснащенного «невозможными» двигателями, даже топлива брать не придется. СВЧ-излучение можно будет генерировать за счет энергии от солнечных батарей. А для дальних экспедиций, конечно же, потребуются какие-нибудь мощные источники. Например, ядерные реакторы. Или термоядерные - когда-нибудь их же создадут.
EmDrive понесет нас к звездам.А В ЭТО ВРЕМЯ
Двигатель EmDrive невероятно прост — этим, наверное, и вызывает недоверие в научной среде. Вполне работоспособное «ведро» можно сделать своими руками. Так, к примеру, поступил исследователь-любитель из Румынии Берча Джулиан (Berca Iulian) — спаял дома из медных листов. Испытал и получил тягу. Его видео отчет в YouTube уже посмотрели почти полтора миллиона человек.
Источник
А тем временем... (Авт.)
По их мнению, информация о разработке попросту не слишком достоверна
Недавнее сообщение об изобретенном в Китае двигателе EmDrive, якобы нарушающем законы физики и способном долететь до Марса за несколько недель, вызвало у людей по всему миру ожидаемый скепсис. Появившуюся в интернете информацию уже прокомментировали специалисты из различных стран и, в том числе, научный обозреватель из России.
Физик Брайс Кассенти из университета Коннектикута рассказал, что в том виде, в котором китайскую разработку описывает ряд СМИ, она действительно должна «нарушать законы физики», а именно третий закон Ньютона, согласно которому сила не может возникать без взаимодействия физических тел. Однако, если бы это действительно было так, это бы означало, что ошибочной является вся база, на которой строится современная наука. Поэтому, с точки зрения эксперта, намного более вероятным является предположение, что продуктом ошибочных замеров являются сами утверждения о работе EmDrive. При этом, как сообщает РИА «Новости» со ссылкой на американского специалиста, даже если двигатель неким образом работает, причиной этому являются некие не до конца изученные, но вполне укладывающиеся в Стандартную модель процессы.
Ещё более скептически к китайской разработке отнёсся научный обозреватель телеканала «Культура» Александр Галкин, на которого ссылается портал «Федеральное агентство новостей». С его точки зрения, таблоиду Daily Mail, являющемуся одним из первоисточников информации о разработке, попросту не следует доверять. По его мнению, журналисты могли попросту сами в недостаточной степени разбираться в данной теме и чрезмерно стремиться к тому, чтобы выпустить сенсацию.
В то же время, как американский, так и российский эксперт признают, что назвать китайскую разработку заведомо фантастической им отчасти мешает тот факт, что ранее исследованиями в аналогичной области занимались многие авторитетные физики, в том числе, сотрудник Дрезденского технического университета Мартин Таймар. Впрочем, по мнению Галкина, даже в лучшем случае китайская установка могла бы подойти разве что для маневрирования в космосе, а не для организации дальних перелётов.
Напомним, недавно издание Daily Mail сообщило о «чудо-двигателе», способном преобразовывать излучение в тягу и не затрачивать топливо. Как утверждалось, с помощью подобной разработки, до Марса станет возможно добраться за 70 дней, а достичь границы Солнечной системы — за несколько месяцев. При этом отмечалось, что разработка не укладывается в рамки классической физики, однако технические нюансы и некоторые детали конструкции изобретения не раскрывались.
Источник
×cont.ws
Предыдущие записи блогера :
Архив записей в блогах:
В Госдуме спросил у Дмитрий Пескова, пресс-секретаря Путина, не перебрал ли он лишнего, когда сказал на Дожде о том, что полиции надо было действовать жестче 6 мая. Песков ответил: "Еще слишком мягко сказано было. За раненного омоновца надо ...
Всесвятейший вселенский патриарх Варфоломей из своего стамбульского заточения решил вступить в пастырское управление всеми православными поместными Церквами сразу. Свое пасхальное послание 2011 года он начал словами - "Всей Церкви ...
Пока шеф читает переводы Бродского в Телескопе, его строгий судья тоже декламирует. Фейсбук принес. "Научи меня жить". Автор стиха Роман Челбатов. А еще я недавно (к своему стыду) обнаружила шикарный проект канала Москва24 "Это тебе". Скину вам парочку того, что меня зацепило. ...
А что все так переживают, что премия "Инновация" досталась "Войне" за х.й на мосту? Например, в 2007 году эту премию, правда, в другой номинации, получил человек-собака Олег Кулик. Напомнить, чем он знаменит, или не надо? А "Война", кстати, не такие уж и ...
yablor.ru
Современные ракетные двигатели неплохо справляются с задачей выведения техники на орбиту, но совершенно непригодны для длительных космических путешествий. Поэтому уже не первый десяток лет ученые работают над созданием альтернативных космических двигателей, которые могли бы разгонять корабли до рекордных скоростей. Давайте рассмотрим семь основных идей из этой области.
Чтобы двигаться, надо от чего-то оттолкнуться – это правило считается одним из незыблемых столпов физики и космонавтики. От чего конкретно отталкиваться – от земли, воды, воздуха или реактивной струи газа, как в случае ракетных двигателей, – не так важно.
Хорошо известен мысленный эксперимент: представьте, что космонавт вышел в открытый космос, но трос, связывающий его с кораблем, неожиданно порвался и человек начинает медленно улетать прочь. Все, что у него есть, – это ящик с инструментами. Каковы его действия? Правильный ответ: ему нужно кидать инструменты в сторону от корабля. Согласно закону сохранения импульса, человека отбросит от инструмента ровно с той же силой, с какой и инструмент от человека, поэтому он постепенно будет перемещаться по направлению к кораблю. Это и есть реактивная тяга – единственный возможный способ двигаться в пустом космическом пространстве. Правда, EmDrive, как показывают эксперименты, имеет некоторые шансы это незыблемое утверждение опровергнуть.
Создатель этого двигателя – британский инженер Роджер Шаер, основавший собственную компанию Satellite Propulsion Research в 2001 году. Конструкция EmDrive весьма экстравагантна и представляет собой по форме металлическое ведро, запаянное с обоих концов. Внутри этого ведра расположен магнетрон, излучающий электромагнитные волны, – такой же, как в обычной микроволновке. И его оказывается достаточно, чтобы создавать очень маленькую, но вполне заметную тягу.
Сам автор объясняет работу своего двигателя через разность давления электромагнитного излучения в разных концах «ведра» – в узком конце оно меньше, чем в широком. Благодаря этому создается тяга, направленная в сторону узкого конца. Возможность такой работы двигателя не раз оспаривалась, но во всех экспериментах установка Шаера показывает наличие тяги в предполагаемом направлении.
В числе экспериментаторов, опробовавших «ведро» Шаера, такие организации, как NASA, Технический университет Дрездена и Китайская академия наук. Изобретение проверяли в самых разных условиях, в том числе и в вакууме, где оно показало наличие тяги в 20 микроньютонов.
Это очень мало относительно химических реактивных двигателей. Но, учитывая то, что двигатель Шаера может работать сколь угодно долго, так как не нуждается в запасе топлива (работу магнетрона могут обеспечивать солнечные батареи), потенциально он способен разгонять космические корабли до огромных скоростей, измеряемых в процентах от скорости света.
Чтобы полностью доказать работоспособность двигателя, необходимо провести еще множество измерений и избавиться от побочных эффектов, которые могут порождаться, к примеру, внешними магнитными полями. Однако уже выдвигаются и альтернативные возможные объяснения аномальной тяги двигателя Шаера, которая, в общем-то, нарушает привычные законы физики.
К примеру, выдвигаются версии, что двигатель может создавать тягу благодаря взаимодействию с физическим вакуумом, который на квантовом уровне имеет ненулевую энергию и заполнен постоянно рождающимися и исчезающими виртуальными элементарными частицами. Кто в итоге окажется прав – авторы этой теории, сам Шаер или другие скептики, мы узнаем в ближайшем будущем.
Как говорилось выше, электромагнитное излучение оказывает давление. Это значит, что теоретически его можно преобразовывать в движение – например, с помощью паруса. Аналогично тому, как корабли прошлых веков ловили в свои паруса ветер, космический корабль будущего ловил бы в свои паруса солнечный или любой другой звездный свет.
Проблема, однако, в том, что давление света крайне мало и уменьшается с увеличением расстояния от источника. Поэтому, чтобы быть эффективным, такой парус должен иметь очень малый вес и очень большую площадь. А это увеличивает риск разрушения всей конструкции при встрече с астероидом или другим объектом.
Попытки строительства и запуска солнечных парусников в космос уже имели место – в 1993 году тестирование солнечного паруса на корабле «Прогресс» провела Россия, а в 2010 году успешные испытания по пути к Венере осуществила Япония. Но еще ни один корабль не использовал парус в качестве основного источника ускорения. Несколько перспективнее в этом отношении выглядит другой проект – электрический парус.
Солнце излучает не только фотоны, но также и электрически заряженные частицы вещества: электроны, протоны и ионы. Все они формируют так называемый солнечный ветер, ежесекундно уносящий с поверхности светила около одного миллиона тонн вещества.
Солнечный ветер распространяется на миллиарды километров и ответственен за некоторые природные явления на нашей планете: геомагнитные бури и северное сияние. Земля от солнечного ветра защищается с помощью собственного магнитного поля.
Солнечный ветер, как и ветер воздушный, вполне пригоден для путешествий, надо лишь заставить его дуть в паруса. Проект электрического паруса, созданный в 2006 году финским ученым Пеккой Янхуненом, внешне имеет мало общего с солнечным. Этот двигатель состоит из нескольких длинных тонких тросов, похожих на спицы колеса без обода.
Благодаря электронной пушке, излучающей против направления движения, эти тросы приобретают положительный заряженный потенциал. Так как масса электрона примерно в 1800 раз меньше, чем масса протона, то создаваемая электронами тяга не будет играть принципиальной роли. Не важны для такого паруса и электроны солнечного ветра. А вот положительно заряженные частицы – протоны и альфа-излучение – будут отталкиваться от тросов, создавая тем самым реактивную тягу.
Хотя эта тяга будет примерно в 200 раз меньше, чем таковая у солнечного паруса, проект заинтересовал Европейское космическое агентство. Дело в том, что электрический парус гораздо проще сконструировать, произвести, развернуть и эксплуатировать в космосе. Кроме того, с помощью гравитации парус позволяет также путешествовать к источнику звездного ветра, а не только от него. А так как площадь поверхности такого паруса гораздо меньше, чем у солнечного, то для астероидов и космического мусора он уязвим куда меньше. Возможно, первые экспериментальные корабли на электрическом парусе мы увидим уже в следующие несколько лет.
Поток заряженных частиц вещества, то есть ионов, излучают не только звезды. Ионизированный газ можно создать и искусственно. В обычном состоянии частицы газа электрически нейтральны, но, когда его атомы или молекулы теряют электроны, они превращаются в ионы. В общей своей массе такой газ все еще не имеет электрического заряда, но его отдельные частицы становятся заряженными, а значит, могут двигаться в магнитном поле.
В ионном двигателе инертный газ (обычно используется ксенон) ионизируется с помощью потока высокоэнергетических электронов. Они выбивают электроны из атомов, и те приобретают положительный заряд. Далее получившиеся ионы ускоряются в электростатическом поле до скоростей порядка 200 км/с, что в 50 раз больше, чем скорость истекания газа из химических реактивных двигателей. Тем не менее современные ионные двигатели обладают очень маленькой тягой – около 50–100 миллиньютонов. Такой двигатель не смог бы даже сдвинуться со стола. Но у него есть серьезный плюс.
Большой удельный импульс позволяет значительно сократить расходы топлива в двигателе. Для ионизации газа используется энергия, полученная от солнечных батарей, поэтому ионный двигатель способен работать очень долго – до трех лет без перерыва. За такой срок он успеет разогнать космический аппарат до скоростей, которые химическим двигателям и не снились.
Ионные двигатели уже не раз бороздили просторы Солнечной системы в составе различных миссий, но обычно в качестве вспомогательных, а не основных. Сегодня как о возможной альтернативе ионным двигателям все чаще говорят про двигатели плазменные.
Если степень ионизации атомов становится высокой (порядка 99%), то такое агрегатное состояние вещества называется плазмой. Достичь состояния плазмы можно лишь при высоких температурах, поэтому в плазменных двигателях ионизированный газ разогревается до нескольких миллионов градусов. Разогрев осуществляется с помощью внешнего источника энергии – солнечных батарей или, что более реально, небольшого ядерного реактора.
Горячая плазма затем выбрасывается через сопло ракеты, создавая тягу в десятки раз большую, чем в ионном двигателе. Одним из примеров плазменного двигателя является проект VASIMR, который развивается еще с 70-х годов прошлого века. В отличие от ионных двигателей, плазменные в космосе еще испытаны не были, но с ними связывают большие надежды. Именно плазменный двигатель VASIMR является одним из основных кандидатов для пилотируемых полетов на Марс.
Укротить энергию термоядерного синтеза люди пытаются с середины ХХ века, но пока что сделать это так и не удалось. Тем не менее управляемый термоядерный синтез все равно очень привлекателен, ведь это источник громадной энергии, получаемой из весьма дешевого топлива – изотопов гелия и водорода.
В настоящий момент существует несколько проектов конструкции реактивного двигателя на энергии термоядерного синтеза. Самой перспективной из них считается модель на основе реактора с магнитным удержанием плазмы. Термоядерный реактор в таком двигателе будет представлять собой негерметичную цилиндрическую камеру размером 100–300 метров в длину и 1–3 метра в диаметре. В камеру должно подаваться топливо в виде высокотемпературной плазмы, которая при достаточном давлении вступает в реакцию ядерного синтеза. Располагающиеся вокруг камеры катушки магнитной системы должны удерживать эту плазму от контакта с оборудованием.
Зона термоядерной реакции располагается вдоль оси такого цилиндра. С помощью магнитных полей экстремально горячая плазма проистекает через сопло реактора, создавая огромную тягу, во много раз большую, чем у химических двигателей.
Все окружающее нас вещество состоит из фермионов – элементарных частиц с полуцелым спином. Это, к примеру, кварки, из которых состоят протоны и нейтроны в атомных ядрах, а также электроны. При этом у каждого фермиона есть своя античастица. Для электрона таковой выступает позитрон, для кварка – антикварк.
Античастицы имеют ту же массу и тот же спин, что и их обычные «товарищи», отличаясь знаком всех остальных квантовых параметров. Теоретически античастицы способны составлять антивещество, но до сих пор нигде во Вселенной антивещество зарегистрировано не было. Для фундаментальной науки является большим вопросом, почему его нет.
Но в лабораторных условиях можно получить некоторое количество антивещества. К примеру, недавно был проведен эксперимент по сравнению свойств протонов и антипротонов, которые хранились в магнитной ловушке.
При встрече антивещества и обычного вещества происходит процесс взаимной аннигиляции, сопровождаемый выплеском колоссальной энергии. Так, если взять по килограмму вещества и антивещества, то количество выделенной при их встрече энергии будет сопоставимо со взрывом «Царь-бомбы» – самой мощной водородной бомбы в истории человечества.
Причем значительная часть энергии при этом выделится в виде фотонов электромагнитного излучения. Соответственно, возникает желание использовать эту энергию для космических перемещений путем создания фотонного двигателя, похожего на солнечный парус, только в данном случае свет будет генерироваться внутренним источником.
Но чтобы эффективно использовать излучение в реактивном двигателе, необходимо решить задачу создания «зеркала», которое было бы способно эти фотоны отразить. Ведь кораблю каким-то образом надо оттолкнуться, чтобы создать тягу.
Никакой современный материал попросту не выдержит рожденного в случае подобного взрыва излучения и моментально испарится. В своих фантастических романах братья Стругацкие решили эту проблему путем создания «абсолютного отражателя». В реальной жизни ничего подобного пока сделать не удалось. Эта задача, как и вопросы создания большого количества антивещества и его длительного хранения, – дело физики будущего.
Источник
magspace.ru
Китайские ученые заявили, что создали рабочую версию бестопливного двигателя EmDrive, чей принцип действия до сих пор остается неизвестным. Аппарат испытали на борту космической лаборатории «Тяньгун-2» и теперь собираются использовать на орбитальных спутниках.
И теперь эксперты из Китайской академии космических технологий на прошедшей в Пекине пресс-конференции заявили, что они успешно испытали рабочий образец бестопливного двигателя. Эксперимент провели на борту космического аппарата «Тяньгун-2», в дальнейшем эксперты из КНР хотят использовать концепцию EmDrive для космических спутников.
Испытания инновационного двигателя EmDrive, создание которого учеными ранее считалось невозможным, прошли в Китае на космической станции «Тяньгун-2». Китайские ученые заявили, что создание двигателя EmDrive станет в изучении космоса настоящим прорывов, ведь заверения скептиков о том, что такой двигатель можно создать «только на бумаге», а его строительство вообще невозможно, удалось опровергнуть, причем во время испытаний с участием астронавтов.
Правда ли, что
Согласно заявлению, опубликованному на официальном сайте Академии космических наук и технологий КНР, китайские ученые совершили прорыв в области космических технологий. Ранее считалось, что подобный двигатель может существовать лишь «на бумаге», а его строительство просто невозможно. Успешные испытания нового антигравитационного двигателя провели китайские специалисты на борту космической станции «Тяньгун-2». Еще недавно в его существовании сомневались ведущие эксперты в области технологий. Ученые из Китая заявили, что успешно испытали безтопливный двигатель, принцип действия которого до сих пор остается загадкой. Двигатель EmDrive прошел испытания на борту космической лаборатории «Тяньгун-2».
Мария Кравченко
kievsmi.net
Перефразируя слова кота Матроскина из мультфильма «Каникулы в Простоквашино», скажем: чтобы разогнать в космосе что-нибудь нужное, сначала нужно выбросить в противоположном направлении что-нибудь ненужное. А у нас, землян, такого количества топлива, чтобы лететь к звёздам, нет! Однако изобретённая уже более десяти лет тому назад технология EmDrive, кажется, доказывает: для разгона в межзвёздном пространстве их двигателю… вообще не нужно топливо! Так неужели полёты к далёким мирам наконец-то стали реальностью?!
Рабочая модель двигателя, построенного по данной технологии, крайне проста: сопло-корпус с магнетроном (излучателем микроволн, как в домашней микроволновке) внутри. Однако фокус заключается в том, что микроволны не выходят за пределы корпуса, а тяга у двигателя всё-таки есть! Это подтвердили и независимые эксперименты в NASA, и учёные из Института аэрокосмического инжиниринга при Дрезденском техническом университете. Несмотря на то что тяга фиксируется приборами, природа её неясна и в прямом смысле пока аномальна, потому что нарушает базовый физический закон — сохранения импульса.
Само собой, такой феномен породил локальную бурю в научных кругах. Пока одни учёные сомневаются в том, что двигатель вообще работает (например, Шон Кэрролл из Калифорнийского технологического института), другие, как Эрик Дэвис из Института продвинутых исследований в Остине (США), обращают внимание на то, что полученная тяга микроскопична и для аэрокосмической отрасли совершенно неинтересна. Однако это не так: зарегистрированная NASA тяга двигателя в 0,4 ньютона на киловатт позволила бы доставить, скажем, станцию New Horizons к Плутону всего за полтора года, а не за десяток лет, как получилось сегодня.
Что касается обвинений в погрешностях измерений (иными словами, что фиксирующейся тяги на самом деле нет), то эксперимент в немецком Институте аэрокосмического инжиниринга был поставлен известным в научных кругах «разрушителем легенд» Мартином Таджмаром. Однако, несмотря на тщательный подход к эксперименту, тягу обнаружить удалось, а её причину — нет. Оппоненты, кстати, указывали на ещё один аномальный эффект — тяга не исчезает и после выключения двигателя, что, по их мнению, свидетельствует о некоем тепловом эффекте, влияющем на показания приборов. Однако Мартин в отчёте подробно описал свои действия по теплозащите и магнитному экранированию приборов.
Любопытно, что в 19-м веке на страницах American Journal of Science американские физики Альберт Майкельсон и Генри Морли опубликовали описание эксперимента со столь же аномальными свойствами, которые они не смогли объяснить. Эта работа привела к кризису теории эфира и в конце концов возникновению теории относительности. Эксперименты начала 20-го века по бета-распаду и вовсе нарушали закон сохранения энергии, однако и их природу со временем удалось узнать.
Жюль Верн, который писал научную фантастику в прямом смысле этого слова, вскоре после описания Максвеллом природы света предположил, что двигателем для межзвёздных кораблей может стать парус-зеркало, который будут толкать вперёд отражённые фотоны. Таким образом можно будет разгонять корабль до световой скорости и замедлять его, не нуждаясь в топливе!
Долгое время это предложение так и оставалось фантастическим (для реализации требовались сверхлёгкие — не более 0,1 грамма на квадратный метр — паруса), пока сотрудник Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Филипп Лубин не предложил использовать парус существенно меньшей площади, разгоняемый лазером. Причём не одним лазером (в 1970-е годы, когда был предложен этот проект, требуемая мощность ещё не была достигнута), а группой, соединённой по принципу фазированной антенной решётки. Такой ход позволял двигать зонды массой до 10 тонн в пределах Солнечной системы. Правда, сэкономив на размере паруса зонда, изобретатель просчитался в размере солнечных батарей орбитальных лазеров — их площадь должна была составлять тысячи километров, но принцип «из фантастики в реальность» был продемонстрирован.
Кстати, похожий двигатель (лазер извне взаимодействует с топливом на борту) уже создан у нас, в Научно-исследовательском институте оптико-электронного приборостроения.
— В ходе экспериментов наши модели поднимались пока лишь до нескольких десятков метров вверх, — рассказывает об испытаниях под Санкт-Петербургом начальник лаборатории газовых лазеров Юрий Резунков. — Но расчёты показывают, что уже сегодня при помощи нашего двигателя мы можем поднять спутник весом 100 килограммов на орбиту до 100 километров. Впрочем, спутник можно забрасывать и дальше. Но для этого лазерная установка должна находиться в космосе, к примеру на борту МКС.
Идея с искривлением пространства также очень популярная в фантастике, нашла воплощение в идее мексиканского физика Мигеля Алькубьерре, который предложил использовать отрицательную энергию для свёртывания пространства перед космическим кораблём и развёртывания его позади. Таким образом, корабль, путешествуя внутри «пузыря», будет двигаться очень быстро. Идея была очень новаторской и очень сырой (так, для перемещения корабля диаметром 200 метров на «отрицательно энергетической» установке потребуется энергия, эквивалентная массе Юпитера), однако в последние годы она была существенно доработана. «Пузырь» превратился в «бублик», а необходимость в отрицательной энергии отпала, что сделало возможным такие перемещения на «топливе», эквивалентном нескольким сотням килограммов массы. В 2013 году сотрудник НАСА Гарольд Уайт поставил эксперимент, чтобы проверить возможность такого способа передвижения, и он показал наличие искривления пространства. Кстати, группа Уайта подвергла тому же эксперименту и упомянутый в начале статьи EmDrive, который также показал наличие в рабочей камере искривления пространства.
Безусловно, некоторые открытия значительно опережают своё время. Паровая турбина была известна ещё в Древнем Риме, однако бум паровых механизмов начался только в конце 18-го века. Автомобиль с двигателем внутреннего сгорания поехал ещё в 1807 году, но мы привыкли считать, что его внедрил Форд в начале 20-го века. Эйнштейн в 1934 году высказался в том смысле, что «нет ни малейших признаков, что атомную энергию когда-либо удастся использовать», а через 11 лет Хиросима и Нагасаки были стёрты с лица земли. Таким образом, может быть, ещё при нашей жизни мы сумеем облететь планеты Солнечной системы на корабле с двигателем, свойства которого сегодня считаются ненаучными и аномальными? И тогда, возможно, нашему взору предстанет то, что до этого описывалось лишь в фантастике — например, в «Небесном корабле» Соруса Михаэлиса: «Словно кто сдвинул крышку с иллюминованного изнутри часового стекла. Эрколэ лежал как бы на краю светящейся бездны и глядел вниз, в волшебное сияние полос спектра. Он как бы парил над сияющим провалом во мраке. Огненные цветные полосы чередовались, переходя из одного оттенка в другой, образуя трепещущую, знойную скалу; радужный мост из пламенеющего пурпура, текучей серной желтизны, расплавленной лазури, режущей глаз ярь-зелени, радугу из радуг, ослепительное великолепие, безумие красок!…».
Юрий ДАНИЛОВ
Предыдущая     Статьи     Следущая
www.vseprokosmos.ru
