17:4221.04.2016
(обновлено: 17:44 21.04.2016)
25123949
Британский физик Майкл Маккаллох нашел объяснение тому, как может работать "невозможный" микроволновый ракетный двигатель EmDrive, чьи принципы работы нарушают законы физики, как считают противники этого изобретения британского инженера Роджера Шоера.
МОСКВА, 21 апр – РИА Новости. Физики, вероятно, нашли правдоподобное объяснение тому, как микроволновый двигатель EmDrive, созданный инженером Роджером Шоером, вырабатывает силу тяги, несмотря на то, что для его работы не требуется ни топливо, ни направленные пучки излучения, говорится в статье, опубликованной в журнале Europhysics Letters.
В 2001 году британский инженер-авиаконструктор Роджер Шоер заявил о создании двигателя, который, как тогда заявили и как сегодня продолжают считать его оппоненты, нарушает все известные законы физики.
Это устройство, работающее на базе микроволнового излучения, представляет собой особую коническую камеру-резонатор, к которой подключен мощный магнетрон – источник микроволнового излучения. При определенной геометрии этого конуса, данное устройство будет загадочным образом двигаться в сторону узкой его части с крайне малой, но силой, если внутри конуса будут "гулять" микроволны.
Подобное поведение EmDrive, как сразу заявили тогда физики, является невозможным с точки зрения законов физики – подобная манера движения, при которой не тратятся ни топливо, ни вырабатывается направленный пучок излучения, противоречит закону сохранению импульса. Эту проблему можно просто представить себе таким образом – если человек сядет в коробку и начнет толкать ее противоположные стенки, то он не будет двигаться вперед, а будет шататься на месте.
Тем не менее, Шоер не отказался от своей идеи, и ее через несколько лет проверил ряд физиков-профессионалов, в том числе и одна из лабораторий НАСА. Эти тесты, как пишет Майкл Маккаллох (Michael McCulloch) из университета Плимута (Великобритания), привели к неожиданным для ученых результатам – оказалось, что изобретение Шоера действительно работает.
Это заставило физиков задуматься о том, как такое может происходить и попытаться найти объяснение тому, как EmDrive может вырабатывать силу тяги. Маккаллох предложил правдоподобное с точки зрения физики объяснение этому "чудо-двигателю", обратив внимание на другую противоречивую вещь – так называемый эффект Унру.
Физики "ускорили" двигатель на антиматерии до 70% от скорости светаЭтот феномен был открыт американским физиком Уильямом Унру (William Unruh) в конце 70 годов прошлого века и он представляет собой объяснение того, почему существует сила инерции. Унру показал, что предмет, движущийся с ускорением, начинает по-особому взаимодействовать с вакуумом или другой средой, через которую он движется – если говорить просто, то окружающее пространство становится "теплее" для него. Это тепло "давит" на движущееся тело и заставляет его снижать скорость.
В двигателе Шоера, как считает Маккаллох, данное тепло, или излучение Унру, будет по-разному взаимодействовать с фотонами микроволнового излучения, отражающимися от узких и широких стенок конуса, если фотоны обладают инерциальной массой и скорость света может меняться внутри резонатора (оба этих предположения крайне противоречивы с точки зрения физики).
Разная сила взаимодействий и разная сила инерции, порождаемая ими, будет создавать тягу, чтобы не нарушать уже упомянутый закон сохранения импульса. Сила этой тяги, как показывают расчеты Маккаллоха, примерно равна тому, которую намерили сам Шоер и ученые из лабораторий НАСА и Китая, построившие свои собственные аналоги его двигателя.
Что интересно, Маккаллох раскрыл возможный способ манипуляции силой и направлением этой тяги – она зависит от того, как устроен конус двигателя. К примеру, двигатель НАСА был устроен чуть по-другому, чем у Шоера, и поэтому сила тяги была направлена в противоположную сторону и была в несколько раз меньше. Как надеется ученый, его расчеты помогут создать более совершенную версию EmDrive, которая убедительно докажет его работоспособность.
ria.ru
Даже если вы не интересуетесь двигательными установками для космических аппаратов, вам наверняка приходилось слышать об устройстве EmDrive. Упоминание о двигателе часто встречается в заголовках, описывающих его как революционную технологию, способную перевернуть представления о межзвёздных путешествиях, критически сократить время полетов между планетами как внутри Солнечной системы, так и за ее пределами и воплотить в жизнь давние мечты человечества о доступном космосе.
Это достаточно громкие и амбициозные заявления и в свое время, комментируя подобные вещи, великий астрофизик и космолог, пионер в области экзобиологии Карл Саган (Carl Sagan) сказал, что «экстраординарные заявления требуют экстраординарных доказательств». Руководствуясь этим мы и попытаемся объяснить, что же на самом деле представляет собой этот нашумевший EmDrive, и действительно ли он является ключевой технологией, которая позволит людям покорить далекие звезды.
Итак, все что вам нужно знать о «невозможном» двигателе мы попытались изложить в одной непродолжительной статье, поехали.
EmDrive – это двигатель-загадка. Впервые разработка была представлена аэрокосмическим инженером Роджером Шоером (Roger Shawyer) в 2001 году, а суть технологии может быть описана, как «бестопливный ракетный двигатель», в том смысле, что для него не требуется горючего, в традиционном представлении. Отсутствие на борту больших объемов топлива сделает космические корабли более легкими, их будет проще приводить в движение и, теоритически, их производство станет намного дешевле. Кроме того, гипотетический двигатель позволит достигать неимоверно высоких скоростей: астронавты смогут добираться до внешних границ Солнечной системы всего лишь за считанные месяцы.
Все дело в том, что сама по себе концепция движения без реактивного выброса массы «не стыкуется» с ньютоновским Законом сохранения импульса, который утверждает, что внутри замкнутой системы линейный и угловой моменты остаются постоянными величинами, вне зависимости от изменений, происходящих внутри этой системы. Проще говоря, если к телу не приложить внешнюю силу, то сдвинуть его с места невозможно.
Загадочный электромагнитный двигатель, который создает тягу безо всяких реактивных процессов, также нарушает и Третий (не менее фундаментальный) закон Ньютона: «На каждое действие всегда есть равное и противоположное противодействие». Так как же тогда «действие» (реактивное движение космического аппарата) происходит без «противодействия» (сжигания топлива и реактивного выброса масс) и как вообще такое возможно? Если система работает, это значит в ней задействованы силы или явления неизвестной природы или же наше понимание законов физики абсолютно ошибочно.
Оставив на некоторое время физическую «невозможность» технологии, давайте определимся, что она собой представляет. Итак, EmDrive относится к категории гипотетических машин, использующих в своей работе модель «РЧ тягового полостного резонатора» (RF resonant cavity thruster). Такие устройства работают за счет магнетрона, испускающего микроволны в закрытую металлическую камеру в форме усеченного конуса, которые затем отражаются от ее задней стенки, передавая реактивную тягу аппарату. Опять же, выражаясь обычным языком, тело просто «отталкивается» от самого себя (как всё-таки глупы были люди, не верившие Барону Мюнхгаузену, когда он рассказывал о том, как вытащил себя за волосы из болота).
Такой принцип движения в корне отличается от того, что используют современные космические корабли, сжигающие огромное количество топлива для производства энергии, подымающей в небо массивные аппараты. Одной из метафор, раскрывающих суть «невозможности» такой технологии, может также стать предположение, что сидящий в салоне незаведенного автомобиля водитель способен сдвинуть его с места - всего лишь надавив, как следует, на рулевое колесо.
Несмотря на то, что было проведено несколько успешных тестов экспериментальных прототипов – с очень небольшим, порядка нескольких десятков мкН, выделением энергии (вес мелкой монеты) – итоги ни одного из исследований не были опубликованы в каком-либо рецензируемом журнале. Это значит, что к любым положительным результатом нужно относится с долей здорового скептицизма, который допускает, что зафиксированная тяга могла быть неучтенной силой или ошибкой аппаратуры.
Пока технология не получила соответствующего научного подтверждения, логично было бы предположить, что EmDrive, на самом деле, не работает. Однако есть множество людей, которые опытным путем доказали, что «невозможный» электромагнитный двигатель все-таки работает:
В 2001 году Шойер получил от британского правительства грант в размере £45 000 на тесты для EmDrive. Он заявил, что в ходе испытаний была получена тяга силой 0,016 Н и для этого потребовалось 850 Вт энергии, однако не одна экспертная оценка не подтвердила результат. Причем цифры были настолько малы, что легко могли сойти за погрешность измерительной техники.
В 2008 году группа китайских ученых Северо-западного политехнического университета во главе с Ян Хуаном (Yang Juan), по их заявлению, подтвердила дееспособность технологии создания тяги за счет электромагнитного резонанса и позднее разработала свою собственную рабочую модель двигателя. С 2012 по 2014 год было проведено несколько удачных тестов, в которых удалось получить тягу силой 750 миллиньютон при затраченных на это 2500 ватт энергии.
В 2014 году исследователи NASA протестировали свою модель EmDrive, причем испытания проходили также и в условиях вакуума. И снова ученые отрапортовали об успешном эксперименте (они зафиксировали тягу в 100 мкН) результаты которого, опять, не были подтверждены независимыми экспертами. В тоже время, другая группа ученых космического агентства весьма скептично отозвалась о работе коллег – однако, ни опровергнуть, ни подтвердить возможность технологии так и не смогла, призвав к проведению более глубоких исследований.
В 2015 году эта же группа NASA протестировала другую версию двигателя Cannae Drive (бывший Q-drive), созданную инженером-химиком Гвидо Фетта (Guido Fetta) и заявила о положительном результате. Практически в одно время с ними, немецкие ученые из Дрезденского технологического университета также опубликовали результаты, в которых предсказуемо подтвердили наличие «невозможной» тяги.
И уже в конце 2015, еще один эксперимент от НАСА, проведенный группой Eagleworks (космический центр имени Джонсона) окончательно подтвердил состоятельность технологии. Тестирование проводилось с учетом предыдущих ошибок и, тем не менее, результаты оказались положительными – двигатель EmDrive производит тягу. В то же время, исследователи допускают, что обнаружились новые неучтенные факторы, одним из которых может быть тепловое расширение, ощутимо влияющее на устройство в условиях вакуума. Будет ли передана работа на рассмотрение экспертам или нет, ученые из Исследовательского центра Гленна, Кливленд, штат Огайо, Лаборатории реактивного движения НАСА и Лаборатории прикладной физики университета Джонса Хопкинса уверены, что продолжать эксперименты стоит.
Вообще научное сообщество очень осторожно воспринимает все, что связано с EmDrive и с электромагнитными резонансно полостными двигателями в целом. Но с другой стороны, такое количество исследований вызывает несколько вопросов. Почему к технологии такой повышенный интерес и почему столько людей хотят ее протестировать? Что на самом деле может предложить двигатель с таким привлекательным концептом?
От разного рода атмосферных спутников и до более безопасных и эффективных автомобилей – такую широкую сферу применения пророчат новому устройству. Но главным, по-настоящему революционным последствием его внедрения являются невообразимые горизонты, которые открываются для космических путешествий.
Потенциально, корабль, оснащенный двигателем EmDrive, способен добраться до Луны всего за несколько часов, до Марса – за 2-3 месяца и до Плутона – примерно за 2 года (для сравнения: на то, чтобы долететь до Плутона зонд New Horizons потратил более 9 лет). Это достаточно громкие заявления, однако, если выяснится, что технология имеет под собой реальное основание, эти цифры не будут настолько фантастическими. И это с учетом, того что нет нужды перевозить тонны горючего, производство космических аппаратов станет более простым, а сами они будут намного легче и значительно дешевле.
Для НАСА и подобных организаций, включая множество частных космических корпораций вроде SpaceX или Virgin Galactic легковесный и доступный корабль, способный быстро добираться до самых отдаленных уголков Солнечной системы, является вещью, о которой пока можно только мечтать. Тем не менее, для реализации технологии, науке еще придется потрудиться.
В то же время, Шойер твердо убежден, что для того, чтобы объяснить, как работает EmDrive, не требуется никаких псевдонаучных или квантовых теорий. Наоборот, он уверен, что технология не выступает за рамки действующей модели ньютоновской механики. В подтверждение своих слов он написал несколько статей, одна из которых сейчас находится на рецензировании. Ожидается, что документ будет опубликован в этом году. Вместе с тем, его прошлые работы подверглись критике за некорректные и непоследовательные научные изыскания.
Несмотря на его настойчивые утверждения о том, что двигатель работает в пределах существующих законов физики, Шойер умудряется делать и несколько фантастичные предположения относительно EmDrive. Например, он заявил, что новый двигатель работает за счет варп-поля и именно поэтому последние результаты NASA были успешными. Такие выводы привлекли массу внимания онлайн сообщества. Однако, опять-же, на сегодняшний день нет прозрачных и открытых подтверждающих данных, и для того чтобы технологию восприняла официальная наука нужно провести еще не одно глубокое исследование.
Колин Джонсон (Colin Johnston), сотрудник Планетария Арма, написал объемную статью, в которой раскритиковал EmDrive и неубедительные результаты множества проведенных экспериментов. Кроме того, Кори С. Пауэлл (Corey S. Powell) из Discovery, вынес свой обвинительный вердикт для двигателей EmDrive и Cannae Drive, точно также, как и для исследований NASA. Профессор математики и физики Джон С. Баэз вообще назвал концепцию этой технологии «вздором» и его заключения отражают настроения многих ученых.
Двигатель EmDrive был воспринят многими с воодушевлением, среди них – вебсайт NASASpaceFlight.com, где была размещена информация о последних экспериментах Eagleworks, и популярный журнал New Scientist, который написал положительный и оптимистический отзыв об электромагнитном двигателе, в котором, тем не менее, не забыл упомянуть о необходимости предоставления дополнительных фактов, обязательных для таких спорных вопросов. Кроме того, энтузиасты со всего мира принялись строить свои модели двигателей с тягой «неизвестного происхождения», одну из интересных рабочих версий, созданную в «гаражных» условиях, предложил румынский инженер Юлиан Берка (Iulian Berca).
Прежде чем делать однозначные выводы, важно помнить о том, что физика в принципе исключает появление какой-либо тяги в EmDrive и ему подобных устройствах. Тем не менее, действительно доказанные рабочие варианты двигателей на электромагнитных волнах могут отрыть до сих пор невиданные возможности как для космического, так и наземного транспорта и перевернуть современную науку с ног на голову. А пока большинство ученых склонны относить EmDrive к категории научной фантастики.
Источник: digitaltrends.com
Полезные ссылки:
Официальный сайт британской компании Satellite Propulsion Research Ltd (SPR Ltd), основаной в 2001 году Роджером Шойером.EmDrive-Вики – сайт, где можно найти много информации, вплоть до инструкций по изготовлению двигателя своими руками.Сайт компании Cannae LLC, разрабатывающей космический двигатель Cannae Drive.Видео интервью с Роджером Шоуером, май 2015 года
Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!
Loading...
ecotechnica.com.ua
Эпопея с так называемым «невозможным» двигателем EmDrive на электромагнитных волнах продолжается. На данный момент ряд известных ученых и научных организаций подтвердили работоспособность EmDrive. Двигатель представляет собой систему, состоящую из резонатора (металлический усеченный конус) и магнетрона. Двигатель работает, это факт. Каким образом? Такая система каким-то образом создает тягу под влиянием электромагнитного излучения. Существует несколько гипотез, объясняющих появление тяги. Пока что ни одна гипотеза не была доказана. Собственное объяснение принципа работы EmDrive в этом месяце предложили финские ученые.
По их мнению, образование тяги в этой системе объясняется определенным типом интерференции волн, а именно — деструктивной интерференцией. Под конструктивной интерференцией понимается такой тип комбинирования отраженных волн при резонансе, когда происходит усиление волнами друг друга. В случае деструктивной интерференции максимумы одних волн приходятся на минимумы других, при этом резонанс отсутствует. Если речь идет о волнах на воде, то при деструктивной интерференции они накладываются друг на друга, и поверхность воды выглядит спокойной.
Финские ученые считают, что EmDrive не нарушает закон сохранения импульса
Можно привести и другой пример, с электронами. Так, интерференция рамановских переходов электрона различной степени нелинейности является деструктивной.
По мнению физиков из Финляндии, в резонаторе этого двигателя из большого количества всех частиц выделяются пары фотонов, которые находятся в противофазе друг с другом. Такие пары, считают ученые, уносят импульс в сторону, противоположную движению двигателя. Взаимодействие этих фотонов приводит в возникновению электромагнитной волны с нулевой поляризацией. Но импульс эта волна все же переносит.
«Принцип работы EmDrive можно сравнить с принципом работы реактивного двигателя самолета, когда газы, двигающиеся в одном направлении, толкают самолет в противоположном направлении», — говорит Арто Аннила (Arto Annila), представитель команды ученых из Финляндии. «Микроволновое излучение — это топливо, которое уходит в резонатор… а тягу в EmDrive создают пары фотонов. Когда два фотона движутся вместе, но имеют противоположные фазы, тогда у этой пары нет электромагнитного поля, следовательно, она не будет отражаться от металлических стенок, а уйдет».
По мнению исследователей, тяга в двигателе возникает под влиянием волн, длина которых не кратна расстоянию между стенками резонатора. Это возможно только в том случае, если резонатор несимметричен. Если бы он был полностью симметричным, то тяга бы не возникала. В случае EmDrive тяга будет проявляться при любой асимметричной конфигурации. Вероятно, что эффективность работы двигателя зависит как от мощности микроволнового источника, так и от материала резонатора EmDrive, а также от его формы. И зависимость эта нелинейна.
Финны подчеркивают, что их идея — это всего лишь предположение, как и гипотезы их коллег, пытавшихся объяснить принцип действия EmDrive раньше. Физики из Финляндии надеются, что инженеры смогут создать тестовые системы для проверки их теории парных фотонов. Для этого нужно также устройство, которое называется интерферометром.
Интерферометр — измерительный прибор, действие которого основано на явлении интерференции. Принцип действия интерферометра заключается в следующем: пучок электромагнитного излучения (света, радиоволн и т. п.) с помощью того или иного устройства пространственно разделяется на два или большее количество когерентных пучков. Каждый из пучков проходит различные оптические пути и направляется на экран, создавая интерференционную картину, по которой можно установить разность фаз интерферирующих пучков в данной точке картины.
Отмечу также, что в апреле работу EmDrive пытался связать с взаимодействием фотонов физик Майк Макалох (Mike McCulloch) из Плимутского университета. Макалох предлагает объяснить принцип работы двигателя при помощи эффекта Унру. Этот эффект был назван в честь физика Билла Унру, который открыл его в 1976 году. Он показал, что понимание вакуума зависит от типа движения наблюдателя через пространство-время. К примеру, если неподвижный наблюдатель находится в вакууме, то в случае ускорения этот наблюдатель увидит вокруг себя множество частиц, которые находятся в термодинамическом равновесии. Другими словами, о вакууме можно говорить только относительно определенного объекта. При этом инерция, по словам Махалоха — это давление теплового излучения на ускоряющееся тело. При малых ускорениях волны излучения Унру превышают размеры всей Вселенной, что позволяет говорить о квантовании инерции.
Теория несколько необычная, но она кроме принципа работы EmDrive объясняет еще один эффект — пролетные аномалии. Пролётная аномалия — это неожиданное увеличение энергии во время гравитационных манёвров космических аппаратов около Земли. Эта аномалия наблюдалась как доплеровский уход частоты в S-диапазоне и X-диапазоне и дальней телеметрии.
Так вот, Макалох предположил, что у фотонов есть инертная масса. Фотоны отражаются внутри корпуса EmDrive, следовательно, они испытывают инерцию. Длины волн излучения Унру в этом случае очень малы, их размер сравним с размером корпуса двигателя. Если в широкой части конуса могут поместиться волны Унру, которые не помещаются в узкой части резонатора, то инерция фотонов, которые отражаются, должны меняться. А для сохранения импульса система создает тягу. По мнению автора этой теории, она согласуется с теми величинами тяги, которые были получены в экспериментах.
Проверить как теорию финнов, так и теорию англичанина можно экспериментально, проведя серию тестов с EmDrive. И если окажется, что тягу в «невозможном» двигателе создают именно фотоны, это позволит технологам создать EmDrive с иной формой резонатора, что приведет к созданию большей тяги у двигателя.
Что это может означать для космонавтики? Значительное сокращение времени полета космических аппаратов. Например, New Horizons с EmDrive мог бы добраться до Плутона всего за 18 месяцев вместо 9 лет. Если EmDrive получится масштабировать, то и полет к ближайшим звездам вместо сотен и тысяч лет мог бы занять всего несколько десятков лет. Это, конечно, тоже много, но уже более реально.
www.nanonewsnet.ru
«Двигатель, работающий вопреки всем законам физики» — самая популярная из новостей космонавтики последних дней. В этой истории строгие отчеты NASA и детальные выкладки инженеров странным образом соединились с довольно нелепыми заявлениями журналистов. Политех попытался расставить все по своим местам.
В NASA была испытана система Cannae Drive, которая реализована на принципе, предложенном британским разработчиком Роджером Шойером (Roger Shawyer). Многие годы его проект EmDrive оставался непризнанным, несмотря на успешные демонстрации и на то, что в 2012 г. работоспособность концепции подтвердила независимая группа китайских инженеров.
Лишь аналогичный Cannae Drive, собранный американцем Гвидо Феттой (Guido Fetta), удостоился строгих испытаний в лабораториях NASA. Испытаний, закончившихся сенсационно: 30 июля на конференции в Кливленде инженеры агентства сообщили, что Cannae Drive выдает стабильную тягу в 30−50 мкН. Это на порядки меньше, чем у современных плазменных и ионных двигателей — и еще меньше, чем у жидкостных реактивных. Но все они требуют топлива, которое может занимать больше половины веса космического аппарата. «Неправильному» двигателю Шойера-Фетты этого не нужно.
Послужной список Шойера впечатляет: 11 лет инженерных работ в области оборонных технологий, 20 лет в космическом консорциуме EADS Astrium… и 14 лет собственной разработки «электро-микроволнового двигателя» EMDrive. Как же мог такой человек «оступиться», создав нечто, что физику отвергает? Конечно, не мог — в отчете NASA сказано: «Результаты показывают, что радиочастотный резонансный двигатель (…) создает силу, которую невозможно отнести к какому-либо явлению классического электромагнетизма». Уточнение «классический» здесь очень важно — и скоро мы узнаем, почему.
Идея EMDrive берет начало еще в работах Джеймса Максвелла, который в 1870-х заметил, что излучение должно создавать давление на любую поверхность, на которую падает — небольшое, но все-таки вполне реальное. На рубеже ХХ в. это было доказано экспериментально, когда Петр Лебедев измерил величину светового давления Солнца. «Для своего времени Лебедев поставил поразительный опыт, ведь свет оказывает очень малое давление — например, 100-ватная лампочка, если сконцентрировать на теле весь ее свет, будет создавать силу всего 300 наноньютонов», — добавляет руководитель физической лаборатории Политеха Юрий Михайловский. В 1920-х один из пионеров советской космонавтики Фридрих Цандер предложил использовать это давление для создания космических кораблей на солнечном парусе.
Конечно, впечатляющей тяги от такого движителя ожидать не стоит — давление фотонов солнечного света очень мало и падает с увеличением расстояния от звезды — однако он не требует никакого топлива и может работать, теоретически, сколь угодно долго. Эти преимущества достаточно весомы, и проекты создания солнечного паруса пытаются реализовать уже не одно десятилетие. Существовали они и в СССР, и в США, однако из-за бесчисленных технических трудностей ни один из них успехом не увенчался, и только в 2010 г. японский аппарат IKAROS сумел не только благополучно развернуть парус размерами 14×14 м, но и менять с его помощью скорость и направление движения. Впрочем, нам придется снова вернуться в прошлое.
Дело в том, что про Солнце Максвелл не говорил: это лишь частный случай, ведь давление создает любое излучение. С его помощью можно добиться и большей тяги, если только получить достаточно мощный поток излучения и канализировать его в нужном направлении. Эта идея, по словам Шойера, «крепко засела» у него в голове еще в 1970-х, когда он сотрудничал с британской компанией Sperry Gyroscope и работал над созданием гироскопов для систем ориентации военных аппаратов.
«В основе работы любого двигателя лежит простой принцип: чтобы двигаться вперед, по закону сохранения импульса надо что-то отправить назад, — рассказывает Юрий Михайловский, — Поэтому, если говорить о полетах к звездам, у нас неизбежно возникнет проблема с тем, что для них топлива, продукты сгорания которого могли бы вылетать назад, толкая вперед корабль, — не напасешься. Поэтому сейчас для этой цели рассматривается возможность использовать солнечный парус, который сможет использовать давление света, например, от установленного на Луне мощного лазера. Такому двигателю-парусу топливо на борту не нужно». Не требует топлива и EMDrive — но давайте разберемся, почему.
Возьмите обычный магнетрон — электронную лампу, такую же, какие производят микроволны в любой бытовой СВЧ-печке. Направляйте их не просто в воздух, а в волновод — медную трубку, которая служит удобным каналом, направляющим движение волн, и не дает им быстро затухать. Придайте волноводу специальную форму, такую, что микроволны с определенной длиной волны будут интерферировать, усиливаясь и накапливая больше энергии.
Теперь запаяйте открытые концы волновода — и микроволны будут, отражаясь то с одной, то с другой стороны, путешествовать внутри туда и обратно, создавая давление на обоих концах. Конечно, это давление в две стороны будет уравновешено. Но если сделать волновод коническим, то фотоны микроволн в широкой части смогут путешествовать более-менее свободно, а в узкой будут «замедляться» непрерывным отражением от стенок. Такая система создаст тягу в сторону широкого конца волновода, не требуя никакого топлива: достаточно электричества для генерации микроволн.
Именно тут происходит нечто, из-за чего от проекта Шойера так долго отмахивались. Ведь еще из ньютоновских принципов мы помним, что сила действия равна силе противодействия, и фотоны микроволн, путешествуя лишь в пределах волновода, не должны создавать тягу. Это все равно что встать на платформу вагона и бросать в его переднюю стенку тяжелые ядра: импульс по направлению вперед, который создаст удар ядра, будет уравновешен импульсом в обратном направлении, который оно придаст вам в момент броска.
Однако фотоны микроволн в EMDrive классическим правилам не подчиняются. Во-первых, они движутся на скорости света, и для точного описания их поведения потребуются расчеты на основе Специальной теории относительности. Во-вторых, все происходит в таких крошечных масштабах, на которых должны проявляться странные квантово-механические явления. В частности, в вакууме волновода должны появляться и снова исчезать виртуальные частицы и, возможно, резонирующие микроволны каким-то образом влияют на эти процессы.
«Не стоит думать, что такой двигатель — вечный! — подчеркивает Юрий Михайловский. — Для создания тяги он потребляет энергию, просто огромную для таких показателей. Автор утверждает, что максимальная тяга для этого двигателя 333 мН/кВт, однако те прототипы, о которых сообщают в NASA, имеют эффективность в тысячи раз меньше. Для сравнения: если вы просто включите фонарик, то будете ощущать тягу в противоположную от распространения луча сторону, равную 3,3 мкН/КВт».
Рассмотреть происходящее теоретически еще предстоит, как предстоит и провести нужные расчеты. Это не значит, что они не могут быть проведены вообще, или что двигатель Шойера отменяет современную физику. Это — один из тех случаев, когда практика несколько обогнала теоретические выкладки.
На самом деле, с давлением, которое фотоны излучения создают внутри волновода, физики сталкиваются уже достаточно давно. Этот эффект заметен в современных ускорителях частиц, где оно слегка растягивает длину волновода — приходится использовать сложные системы для компенсации этого воздействия. Просто до Шойера никто не задумывался о том, что такую силу можно использовать.
Зато задумывались физики о том, как сделать волноводы более эффективными, так, чтобы энергия пойманных в них волн не рассеивалась в тепло. Как правило, для этого используются сверхпроводящие материалы и сложные установки для поддержания сверхнизких температур. Внимательный Шойер обратил внимание и на это: его расчеты показали, что при достижении определенного уровня сохранения энергии микроволн в EMDrive такие двигатели смогут создавать тягу очень существенную. Вплоть до такой, которая позволит использовать их даже на Земле, на автомобилях, самолетах и повсюду, где только могут понадобиться двигатели. Сначала в космической индустрии, далее — везде.
Юрий Михайловский резюмирует: «Устройство и принцип работы данного двигателя вызывают ряд вопросов. Конечно, должно пройти достаточное время, чтобы убедиться, что такая схема действительно корректно работает. В подобный экспериментах очень легко совершить ошибку, особенно когда очень хочется получить заветный результат. Чтобы подтвердить работоспособность такого двигателя, его должны собрать и протестировать в разных лабораториях мира. Так что говорить о сенсации пока что преждевременно».
polymus.ru
Рассказ о «невозможном» двигателе EmDrive, опубликованный в этой колонке пару лет назад, стал одним из самых читаемых её материалов. И, конечно, я постоянно отслеживал тему, надеясь однажды написать продолжение. Но случай такой предоставился только на днях: солидным научным журналом опубликована статья группы сотрудников одной из лабораторий NASA, не просто испытавших движок, чтобы в очередной раз измерить возникающую тягу, но и предоставивших отчёт об испытаниях на суд независимых экспертов (то, что называется peer review), не выявивший серьёзных ошибок. А это значит, что возможность «невозможного» двигателя стала теперь ещё на порядок больше.
Если вы забыли или никогда не слышали, позвольте восстановить картину в общих чертах EmDrive, как его обычно называют, это по большому счёту обычная микроволновая печь, только выполненная не в форме куба, а в форме усечённого и, главное, закрытого с обеих сторон конуса. На узком конце крепится СВЧ-излучатель, включается, и — всё!
Топлива, которое выбрасывалость бы «за борт», здесь нет. Так что, согласно классической физике, а именно Закону сохранения импульса, тяга возникнуть не может. Однако изобретатели EmDrive (британский инженер Роджер Шаер и позже занявшиеся той же темой независимо другие личности) настаивают, что по разным причинам — из-за «квантовой несбалансированности» или ещё чего-нибудь в том же духе, что не учитывает современная физика — тяга таки имеет место быть и её, якобы, даже удалось измерить.
ЭМ-драйв NASA на испытательном стенде.Заметьте, что Шаер и прочие вовсе не утверждают, что законы Ньютона неверны. Они лишь говорят, что наткнулись на эффект, который уточнит существующие законы. Это принципиально важный момент, который сильно помог «ЭМ-движителю» — обеспечив ему интерес со стороны серьёзных исследователей.
Отсюда начинается парадоксальная часть. С одной стороны, все здравомыслящие научно-популярные и научные ресурсы считают такой движок псевдонаучным. С другой — за него неожиданно взялись вполне серьёзные люди: сперва несколько научных групп из Китая, а потом и NASA. О китайцах с тех пор ничего не слышно, а вот американцы не потерялись: в США эта работа финансируется из кармана налогоплательщиков, поэтому результаты должны быть доступны всем.
И вот два года назад появляется первый, весьма обнадёживающий отчёт NASA: тяга действительно есть, хоть и по неизвестной причине. А на днях престижный Journal of Propulsion and Power публикует новую статью от сотрудников лаборатории NASA Eagleworks — в которой факт возникновения тяги снова подтверждается, причём в этот раз на чувствительном торсионном подвесе в вакууме (но по-прежнему на Земле). А ещё предлагается осторожное объяснение.
Объяснение — далеко не главная часть статьи, потому что является скорее догадкой, но именно оно наделало больше всего шуму. Дело в том, что привлечена существующая теория, которой буквально почти сотня лет: теория волны-пилота (Pilot wave). Её выдвинули ещё в 20-х годах прошлого века и потом несколько раз уточняли.
Боюсь, я объясню её лишь очень грубо (и буду признателен, если знатоки поправят!), но суть, в общем, в предположении, что мы вынуждены описывать квантовые процессы с помощью неудобных статистических методов лишь потому, что не замечаем некоей более низкоуровневой реальной динамики квантовых частиц — которые на самом деле движутся подобно макроскопическим телам, по вполне конкретным траекториям, определяемым свойствами вакуума. Здесь эта теория пригодилась, потому что позволяет объяснить вакуум как среду, поддерживающую колебания плотности: EmDrive передаёт вакууму импульс (отталкивается от него, словно от воды) и именно таким образом возникает тяга в замкнутой системе.
Силовые линии в ЭМ-драйве: красными стрелками показаны линии электрического поля, синими — магнитного. Графика: NASA.И тут следует подчеркнуть две важных вещи. Во-первых, теория волны-пилоты — не псевдонаучная выдумка, а одно из множества равновероятных объяснений квантовых процессов, которое удовлетворительно точно описывает наблюдаемые эффекты и подтверждается в том числе экспериментальными данными. И, во-вторых, сам факт публикации статьи NASA в таком издании как минимум снимает вопрос о корректности измерения тяги на подвесе (помнится, это был один из аргументов скептиков: мол, в настоящем космосе движок себя поведёт иначе). Попросту говоря, статью можно понимать так: в NASA не знают наверняка, почему тяга возникает, но знают, как её измерить — и простой читатель может на них в этом положиться.
Отсюда — новый простор для предположений. Опуская цифры, которым сейчас в общем-то придавать большого значения не следует (задачей была демонстрация существования эффекта, а поиск путей оптимизации — в списке на будущее), авторы работы констатируют: уже в текущем виде EmDrive хоть и на порядок менее эффективен классических ракетных движков, зато на два порядка эффективней других «безвыхлопных» движителей, как то солнечного паруса, разгона лазером, фотонного двигателя. Учитывая, что ограничение по скорости накладывается только скоростью света, а по мощности вообще никаких (ничто не мешает выстраивать такие двигатели буквально многокилометровыми батареями — хватило бы электричества, чтобы их запитать!), это делает EmDrive самым перспективным направлением для исследования и освоения Солнечной системы как минимум.
А значит, всё упирается теперь в генеральную проверку в космосе. Китайцы, напомню, уже намеревались такую провести. Провели ли и с какими результатами? Неизвестно. Однако в данном случае тишина заставляет скорее насторожиться, нежели разочароваться. Ведь ясно, что первый, кто подтвердит работу такого движка в космосе, а потом и первый, кто даст теоретическое обоснование, станут родоначальниками новой ветви физики и отцами неожиданных, непредсказуемых открытий и технологий!
Как хорошо сказал кто-то, представить, куда EmDrive приведёт нас, если окажется правдой, мы не в силах, поскольку стоим в самом начале пути. Как спектральные линии в конце концов привели к полупроводниковой революции, так и «невозможный двигатель» «отталкивающийся от вакуума», вовсе не обязательно должен стать лишь основой для ракетной техники будущего. Обязательно обнаружатся побочные эффекты, будут сделаны смежные открытия, поставлены новые вопросы: не каждый день, год и даже век удаётся уточнить или опровергнуть один из фундаментальных законов физики!
И как же приятно, что живём мы как раз в те дни, когда эта история пишется!
www.computerra.ru
Работы по разработке ракетных двигателей ведутся практически столетие. Однако при сопоставлении технологий, которые использовались в двигателях первых космических аппаратов с современными ЖРД, мы не увидим существенной разницы. Надежды на использование ядерных ракетных двигателей не оправдались по причине слишком большой потенциальной опасности в случае аварии. Единственным рывком в использовании ядерной энергии можно считать разработку российской ядерной энергетической установки для электрических ракетных двигателей (ЭРД), которые предполагается устанавливать на межпланетные корабли. Применение ЭРД пока ограничивалось лишь на орбитальных спутниках для коррекции их орбиты. Двигатели же мегаваттного класса, необходимые для полетов на Марс и далее пока только разрабатываются. При этом нужно учесть, что они позволят наряду с ядерной энергоустановкой организовать полеты до ближайших планет, сократив срок полета до месяцев и даже недель, однако прорывом в космонавтике данную концепцию назвать нельзя. Эти принципы рассматривались более чем полвека назад и кардинально не могут изменить ситуацию с космическими полетами.
Разрабатываемые ионные двигатели для будущих космических кораблей обладают рядом ограничений, что не дает добиться значительной тяги, а скорость истечения в самом лучшем случае будет доведена до нескольких десятков км/c. Инженер Роджер Соер, проработавший двадцать лет в европейской космической компании Astrium, предложил принципиально новое решение силовой установки летательного аппарата. Созданная им организация Satellite Propulsion Research сконцентрировала свои усилия на устройстве, известном, как EmDrive. Данное сокращение в переводе означает электромагнитный двигатель. Принцип его действия в корне отличается от известных сегодня двигателей. В нем отсутствует рабочее тело, без которого немыслима работа ракеты вообще.
EmDrive представляет собой магнетрон, генерирующий микроволны. Резонатор высокой добротности накапливает энергию колебаний, которая преобразуется в реактивную тягу. Внешне двигательная установка напоминает усеченный конус. Тяга возникает со стороны расширяющейся части двигателя, однако по какой причине она появляется, до сих пор единого понимания среди ученых нет. Испытания электромагнитного двигателя Шоера были проведены не только его лабораторией. Весьма интересные результаты были получены НАСА, а также китайскими учеными из группы Ян Цзюань. Произведенные электроизмерения показатели наличие тяги при различных значениях затраченной электроэнергии. Наиболее эффектным был эксперимент китайских исследователей в 2012 году, которым удалось получить тягу в 72 грамма, что, например, для электроракетных двигателей является серьезным результатом. Однако, если существенного роста тяги для ЭРД в обозримой перспективе не ожидается, то в электромагнитном двигателе Шоера ситуация принципиально отличается. Сам Роджер Шоер предполагает применить в своем двигателе сверхпроводники, которые, по его убеждению, увеличат тягу при той же затрачиваемой энергии на несколько порядков. Если перевести это в цифры, то в случае тысячекратного увеличения тягового усилия речь будет идти о кардинальном технологическом прорыве. Тяга в сотни килограмм, и, тем более, в тонны, позволит создавать не только чрезвычайно эффективные межпланетные космические комплексы, но и откроет путь к настоящим летающим автомобилям.
А пока все ожидают следующих экспериментов, ученые пытаются трактовать появляющуюся в экспериментах тягу. Специалисты НАСА, в частности, сформулировали это так: резонатор EmDrive «создает плазменный тороид, который осуществляет тягу при квантовых колебаниях вакуума с помощью магнитной гидродинамики». За столь сложным определением, скорее всего, стоят явления, которые ученые еще не понимают, но о которых знали такие ученые, как Тесла и Менделеев. Ведь официальная наука, отвергла эфир, а в данном случае, видимо, речь идет о нем.
Комментариев пока нет!
informatik-m.ru
НАСА может доставить человека на Марс за 10 недель. Все дело невозможной скорости заключено в ведре двигателя «EМ Drive», стянутого многочисленными шпильками и болтами.
ЕМдрайв – дает невероятную скорость космических путешествии
Ломающий основы физики, двигатель не требующий топлива кроме как солнечных лучей – можно считать вечным, пока наша звезда не потухнет.
Передовая система двигательной установки изобретена Роджером Шоер 10 лет назад в его «Satellite Propulsion Research Ltd.», выдержав тестово-показательный запуск экспериментальной модели.
Демонстрация удалась, это была сенсация – двигатель, не требующий заправки топливом или ядерного реактора работал! Он создавал дикую тягу усилиями микроволн, отталкиваясь ими от…от…
А никто толком не знает, на каком принципе работает странное устройство, и даже сам изобретатель. Машина «разогревает» фотоны, те «катапультируются» из рабочей камеры с высокой скоростью, сообщая устройству движение.
В последнем докладе НАСА (просочившимся в прессу) якобы сообщается о ряде испытаний, проведенных специалистами Космического центра имени Джонсона в Техасе.
Документ инженеров НАСА показывает успешные технологические испытания в вакууме. Как некоторые подозревают, именно с двигателем «EM Drive» на борту, находился в космосе секретный космический корабль USAF – тестировавший технологии будущего.
Технологичный двигатель свободной энергии, иначе EM Drive попросту и назвать то нельзя, теперь как полагают сделал Марс ближе к Земле минимум на полгода. Названый как EM Drive, двигатель по неподтвержденным данным обладает гигантским потенциалом в плане быстрых внутрисистемных полетов.
EM Drive способен доставить человеческий экипаж на Марс всего за 10 недель, без использования обычного ракетного топлива или ядерного реактора. Тем более что химические двигатели значительно проигрывают в скоростных характеристиках новинке.
ЕМдрайв
Изображенный прототип EM Drive — экспериментальная двигательная система, вызвавшая сенсацию, поскольку согласно законам физики, он не должен работать. Традиционные ракетные двигатели используют химическое топливо, которое сгорает и выталкивается из подруливающих устройств.
В безвоздушном вакууме пространства, это работает по третьему закону Ньютона движения — генерации тяги путем выбрасывания массы в безвоздушном пространстве, без необходимого воздуха. И это вполне понятно, это работает.
В случае с EM-Драйв, нет топлива, чтобы извлечь тягу, как же он работает? Не спрашивайте, потому что без «полу-литра брат, здесь не разобраться». Впрочем, вторая половина литра тоже не поможет, потому как автор изобретения либо действительно не знает, что он изобретал и какой принцип разрабатывал – что похоже на бред, либо все в глубоком секрете.
На испытаниях небольшой агрегат показывал силу тяги в 1,2 мН на киловатт (Мn / квт), малую долю от возможности в 60 Мн / кВт (на примере). Двигательная система может совершить глубокий космический полет, как герои космической эпопеи Star Trek.
Все это конечно выглядит для нас сомнительно, слишком уж чужд принцип работы на микроволнах /ионах и фотонах современным технологиям. Тем не менее НАСА в начале этого года заявило: Было много нелепых теорий, которые стали реальностью в заключение многих лет научных исследований.
Желающим ознакомится с документами о сказочной технологии двигателя в оригинале, нажать здесь.
И еще, ведя наступление на Марс, планируя полеты по нашей домашней системе, агентство отмахнулось от создания искусственной гравитации на космических кораблях – для них это интересно, но не приоритетный вопрос. Не потому ли, что у них есть «быстрый двигатель»?Уважаемый профессора физики в Университете Хельсинки Арто Эннила, отзываясь о работе ЕМдрайв сказал загадочную фразу: как и любой другой двигатель, EmDrive способен генерировать тягу без топлива. Его топливо входные фотоны сверхвысокой длинны (со слов зарубежных СМИ).
Конструкция генерирует тягу путем задействования частицы света, выбрасывая микроволны внутри закрытой камеры в форме конуса. Движение внутри создает тягу на тонкий раструб конуса, который приводит двигатель в движение. Судя по множеству болтов в аппарате находится высокое давление.
Впервые увлекательный документ появился на форуме Nasa от австралийского пользователя Фил Уилсон (пишет dailymail), прежде чем пост был удален администраторами. Впоследствии публикация с отчётностью о полевых испытаниях устройства в условиях космоса «пробежалась» по всему интернету, и тайну было уже не скрыть.
Несмотря на кажущийся в «документе» успех НАСА в тестовых экспериментах, нет никаких признаков публикации в научном журнале. А ведь как сообщается, несколько команд работает над технологией, включая НАСА «Eagleworks Laboratories», которая занимается разработкой передовых двигательных систем.
Понятие EmDrive двигателя является относительно простым. Он обеспечивает тягу на космическом корабле с помощью микроволн. Солнечная энергия обеспечивает электроэнергию для микроволн. Последствия действительно существующей технологии, будучи запущенной в производство, неоценимы.
Невероятная сила двигателя-без-топлива дает людям возможность путешествовать дальше в космос, при значительно возросших скоростях. Отпадает необходимость тащить с собой запасы драгоценного в космосе топлива.А место и масса(?) подумать страшно, насколько «облегчиться» космический корабль и возрастет полезный объём. В сущности, ракета-носитель с топливными цистернами также отойдет в историю.
В самом деле, есть множество плюсов, даваемых очаровательным агрегатом. Правда, когда эта концепция была впервые предложена, ее сочли мистификацией, поскольку «мотор» пошел против законов физики.
Теперь специалисты, зная лишь примерный принцип работы устройства, пытаются разобраться с возможностью фотонной тяги, что вероятно и служит инерционной массой для движения машины, когда фотоны «выбрасываются» из камеры мотора.
Несмотря на десяток лет тестирования и обсуждения, привод остается спорным.Суть заключается в том, что, на бумаге, он не должен работать, соблюдая законы физики. И все же, в тесте после испытания EM Drive просто продолжает работать.
Несмотря на многочисленные слухи о том, что документ НАСА об этих испытаниях прошел процесс рецензирования, это не было опубликовано в научном журнале. Таким образом, на данный момент, это только одна группа исследователей, сообщающая о невероятных результатах, совершенно без какой-либо внешней проверки.
hronokod.ru
