Немецкие физики, участники проекта SpaceDrive, изучили возможные причины ошибки в экспериментах с EmDrive — альтернативным типом двигателя на основе магнетрона, работоспособность которого не имеет научного обоснования. Скорее всего, причиной ложно положительного результата стало магнитное поле Земли.
До сих пор, несмотря на все усилия космонавтики, только одному космическому кораблю удалось вырваться за пределы Солнечной системы — «Вояджер-1», запущенный в 1977, до сих пор летит прочь от Земли, покрывая в год 520 млн км. Но даже если бы он направлялся в сторону Альфы Центавра, ближайшей к Солнцу звезды, ему понадобилось бы свыше 80 тысяч лет. Очевидно, что для покорения межзвездного пространства человечеству понадобится другой двигатель.
Исследование, представленное немецкими физиками на конференции во Франции, посвящено программе исследования экзотических двигательных установок. В частности, они описали результаты исследования EmDrive — одного из «невозможных» ракетных двигателей, которые теоретически способны вырабатывать тягу без горючего. К сожалению, ученые не открыли новый тип двигателя. Но с помощью сверхчувствительных приборов им удалось определить возможный источник ложноположительных результатов прошлых экспериментов с EmDrive.
Идею EmDrive предложил британский инженер Роджер Шойер в 2001 году, но лишь относительно недавно она приобрела популярность. В 2016 в опубликованной NASA статье был описан успешный запуск прототипа. Аналогичные выводы сделали ученые из Китая. Затем стали появляться даже напечатанные на 3D-принтере прототипы EmDrive, чтобы любители могли проводить эксперименты дома.
Прототип состоит из медного конуса, помещенного в вакуумную камеру. Снаружи его бомбардируют микроволнами, а сверхчувствительный датчик фиксирует малейшее движение. И действительно, в первых экспериментах было отмечено наличие тяги — невероятный результат, нарушающий фундаментальный закон сохранения импульса.
Немецкие ученые решили повторить эксперимент, тщательно подготовившись. В течение четырех лет они разрабатывали точные инструменты измерения и экранирования вакуумной камеры от любых внешних воздействий.
«Это четко указывает на то, что „тяга“ исходит не от EmDrive, а от некой электромагнитного взаимодействия», — пишут исследователи. Они предполагают, что этот эффект объясняется вмешательством магнитного поля Земли. В следующем эксперименте они планируют применить листы мю-металла, защищающего от нежелательных электромагнитных воздействий. В опытах NASA такое экранирование не применялось, пишет Motherboard.
hightech.plus
Законы физики беспощадны — чтобы что-то двигалось вперёд, оно должно что-то оттолкнуть назад. Мы отталкиваемся от почвы под ногами, космические корабли — за отсутствием "небесной тверди" — отбрасывают назад топливо. Из-за этого путешествие к Луне пока требует сотен тонн топлива на человека. При таком раскладе про полёты к более дальним телам даже думать страшно. Доставка одного корабля на Марс и обратно стоит, как мегаГЭС. Есть варианты с ядерным реактором, но и он по средствам разве что США, у которых таких технологий пока просто нет. У нас, например, они в куда лучшем виде. Но отсутствуют деньги на реальный полёт к Красной планете даже в таком дешёвом варианте. И до (пока гипотетического) полёта туда американцев они вряд ли появятся.
Понятно, что от такой безысходности с дальними космическими полётами некоторые начинают видеть цветные сны наяву. Одним из них был инженер Роджер Шойер. В 2003 году он взял медное ведро, вставил в него магнетрон из бытовой микроволновки и заявил, что создал двигатель, который даёт тягу, не отбрасывая назад вообще ничего. Объяснял он это поначалу тем, что ведро якобы удерживает в себе стоячую волну электромагнитных колебаний в замкнутом резонаторе. Волна, мол, и есть источник тяги. С физической точки зрения это бессмыслица. Попробуйте залезть в надувной бассейн и получить тягу, двигающую бассейн, просто создавая в нём волну.Физики-теоретики только смеялись над такими утверждениями. Однако физики-экспериментаторы решили выйти за пределы простого осмеивания и проверить утверждения Шойера на практике. И тут начались неприятности. Тяга действительно создавалась, и никакие попытки экспериментаторов найти источники ошибки в измерениях не давали результатов. Апофеозом в этом плане стала работа Мартина Таджмара (Martin Tajmar), главы немецкого Института аэрокосмического инжиниринга при Техническом университете в Дрездене. В мире экспериментальной физики этот человек известен как профессиональный "разрушитель легенд", скрупулёзной постановкой и перепроверкой эксперимента способный найти чуть ли не любую ошибку.
Когда у него не получилось, забеспокоились даже физики-теоретики. Беспокойство они выразили довольно своеобразно: "EmDrive — полное …" (Шон Кэролл из Калифорнийского технологического). Кое-кто пересилил себя и всё же высказал то же мнение мягче: "Из-за отсутствия теоретического объяснения нарушения закона сохранения импульса рецензенты в журналах не примут такой работы", — настаивал Эрик Дэвис из Института продвинутых исследований в Остине (США).
В этом плане то, что работа людей из NASA, посвящённая их испытаниям EmDrive, прошла этап рецензирования в приличном журнале, звучит революционно. Этого бы не случилось, если бы в работе были обнаруживаемые "на бумаге" ошибки. Очевидно, доказательства работоспособности устройства были настолько серьёзны, что даже уважение к закону сохранения импульса не позволило "зарезать" работу. Так что же, закон пора хоронить? Скажем прямо: вряд ли.
Пока общепринятых приемлемых с научной точки зрения объяснений работы "невозможного двигателя" нет. В NASA в ответ на вопрос, почему это работает, начинают рассказывать весьма сомнительные вещи. Например, про то, что двигатель "отталкивается" от виртуальных частиц. Да, современная физика считает, что в вакууме постоянно возникают и исчезают виртуальные частицы. Частицы появляются и исчезают так быстро, что их не зарегистрировать. Однако хорошо известный эффект Казимира показывает, что они могут дать реальное притяжение двух близких пластин в пустоте. Одно плохо — к "ведру Шойера" всё это никак не относится. Виртуальные частицы не имеют чётко заданного места в пространстве, и вкупе с другими факторами это не даёт от них "оттолкнуться".
Однако совсем недавно появилось и ещё одно объяснение работы "невозможного двигателя". Выдвинул его Николай Горькавый из Гринвичского института (США), уже известный нам по крайне экзотической гипотезе о возникновении Вселенной. Как мы помним, физик предположил, что в прошлом цикле существования Вселенной та сжималась, пока в ней не слились все чёрные дыры. При каждом цикле слияния пара чёрных дыр теряет 5—15% массы, уходящей в гравитационные волны. Поэтому многократные слияния в "прошлой Вселенной" должны были превратить в волны почти всю её массу. Мироздание, из которого масса так трагически пропала, резко "обеднело" в плане гравитации. Из-за такой "антигравитации" сжатие сменилось расширением — так и возникла наша Вселенная. По гипотезе Горькавого, лишь часть энергии тех реликтовых гравиволн ушла на образование вещества нашей Вселенной, значительная часть всё ещё "бродит" где-то здесь. Не видим мы его лишь потому, что волны эти высокочастотные, а наши детекторы пока умеют регистрировать лишь низкочастотные гравитационные волны.
Ну, то есть "умели". По Горькавому, "ведро Шойера" и есть первый случайно построенный детектор реликтовых гравиволн. В рамках его гипотезы уровень энергии реликтового излучения не ограничен "сверху" и может быть очень высок. Учёный полагает, что EmDrive нащупал фон высокочастотных гравиволн и черпает оттуда энергию для своей тяги. Тогда он работает как антенна, которая за счёт резонанса становится чувствительной к колебаниям от реликтовых гравиволн гигагерцовых частот. В таком случае "невозможный двигатель" не закрытая система со "стоячей волной", а открытая, "отталкивающаяся" от волн целого моря гравиволн. Это не значит, что он даст фантастическую тягу: на то, чтобы ввести медный конус в резонанс, также уходит энергия. Да и оптимизировать толком устройство пока никто не пытался (как отладить непонятное?). Но из-за использования внешних волн он действительно не нуждается в выбросе топлива. Если это так, то перспективы подобного двигателя при всей его слабости огромны. По расчётам, земной зонд к Плутону достиг бы этой планеты с EmDrive на борту за 18 месяцев, а не за много лет. Сегодня земной космонавтике путешествия на миллиарды километров за месяцы не могут даже присниться.
Пока это единственное объяснение работы EmDrive, не подвергшееся серьёзной теоретической критике. Впрочем, всё ещё может быть впереди — ведь сама гипотеза Горькавого лишь начинает толком обсуждаться в научном сообществе. К счастью, похоже, что есть способ проверить, права она или нет в случае "невозможного двигателя". EmDrive хотят испытать в космосе, на борту небольшого спутника. Такие испытания невозможно будет поставить под сомнение. На Земле регистрацию тяги всегда можно списать на ошибку эксперимента. Но в космосе аппарат либо отклоняется от своей базовой траектории (из точки А в точку Б), либо "стоит" на ней. Если случится первое, взаимодействие с реликтовыми гравиволнами из "прошлой Вселенной" может оказаться не таким уж и экзотическим объяснением "невозможной тяги".
ru-universe.livejournal.com
-заодно ссылаясь на мое мнение в моем ЖЖ:"Однако совсем недавно появилось и ещё одно объяснение работы "невозможного двигателя". Выдвинул его Николай Горькавый из Гринвичского института (США), уже известный нам по крайне экзотической гипотезе о возникновении Вселенной. Как мы помним, физик предположил, что в прошлом цикле существования Вселенной та сжималась, пока в ней не слились все чёрные дыры. При каждом цикле слияния пара чёрных дыр теряет 5—15% массы, уходящей в гравитационные волны. Поэтому многократные слияния в "прошлой Вселенной" должны были превратить в волны почти всю её массу. Мироздание, из которого масса так трагически пропала, резко "обеднело" в плане гравитации. Из-за такой "антигравитации" сжатие сменилось расширением — так и возникла наша Вселенная. По гипотезе Горькавого, лишь часть энергии тех реликтовых гравиволн ушла на образование вещества нашей Вселенной, значительная часть всё ещё "бродит" где-то здесь. Не видим мы его лишь потому, что волны эти высокочастотные, а наши детекторы пока умеют регистрировать лишь низкочастотные гравитационные волны.
Ну, то есть "умели". По Горькавому, "ведро Шойера" и есть первый случайно построенный детектор реликтовых гравиволн. В рамках его гипотезы уровень энергии реликтового излучения не ограничен "сверху" и может быть очень высок. Учёный полагает, что EmDrive нащупал фон высокочастотных гравиволн и черпает оттуда энергию для своей тяги. Тогда он работает как антенна, которая за счёт резонанса становится чувствительной к колебаниям от реликтовых гравиволн гигагерцовых частот. В таком случае "невозможный двигатель" — не закрытая система со "стоячей волной", а открытая, "отталкивающаяся" от волн целого моря гравиволн. Это не значит, что он даст фантастическую тягу — на то, чтобы ввести медный конус в резонанс, также уходит энергия. Да и оптимизировать толком устройство пока никто не пытался (как отладить непонятное?). Но из-за использования внешних волн он действительно не нуждается в выбросе топлива. Если это так, то перспективы подобного двигателя при всей его слабости огромны."
Ну я бы одно только уточнил: моё теоретическое объяснение пока только гипотеза. В приступе оптимизма я кладу 50% на то, что ведро Шойера поймало фон гравволн, в приступе реализма - 10%. Но это все равно достаточно, чтобы покопаться в этом эффекте и проверить самому. И действительно, это объяснение - пока единственное, которое не привлекает непонятные эффекты и сущности и не нарушает закон сохранения импульса. Гравволны высоких частот безусловно существуют и могут взаимодействовать с детекторами - моё объяснение лишь предполагает, что таких волн много. А на это есть предсказание в статье в MNRAS.Кстати, Гравикон сложился и уже приступил к работе в составе нескольких человек, включая двух инженеров, проектирующих новую версию эмдрайва.
Tags: Научные истории
don-beaver.livejournal.com
👁 588
В Журнале “Все о Космосе” я уже выкладывал несколько статей про удивительный двигатель EmDrive — медное ведро, которое не требует никакого топлива и при этом каким-то образом вырабатывает энергию. Двигатель многократно испытали в различных лабораториях и… по-прежнему ничего не поняли. В общем, новый лонгрид с обновлённой информацией о невозможном двигателе, который должен быть вечным. Если бы не законы физики.
В научном журнале Американского института аэронавтики и космонавтики вышла статья, посвященная странному и спорному устройству — двигателю EmDrive. По мнению ряда физиков, эта конструкция в принципе не может работать. Это нарушало бы фундаментальный закон природы, сохранение импульса. Другие пытаются найти разумное объяснение того, почему EmDrive все-таки работает, или хотя бы надежные доказательства его работоспособности. Их привлекает зыбкая, но грандиозная цель — двигатель, способный превращать электричество в тягу без топлива или реактивной струи. Или же — окончательное закрытие многолетнего спора.
Научная публикация может стать важным шагом в истории «невозможного» двигателя. Несмотря на наличие десятков экспериментальных проверок, их результаты не были опубликованы в рецензируемых журналах. Этому мешает отсутствие теоретических основ, объясняющих работу EmDrive. К тому же многие эксперименты нельзя назвать «чистыми» — есть множество факторов, которые могут создать видимость работы двигателя. О них мы еще поговорим, а начнем с других вопросов.
Это гипотетический двигатель, предложенный британским изобретателем Роджером Шойером. Питаясь электричеством, он (по утверждению Шойера и его не слишком многочисленных сторонников) создает слабую тягу без использования рабочего тела. На этот странный факт указывают и некоторые другие эксперименты. Однако вопиющее нарушение закона сохранения импульса заставляет с особой тщательностью подходить к таким заявлениям — и многие эксперты указывают на ошибки в постановке опытов, которые могли создать иллюзию слабой, но существующей тяги.
Устроен чудо-двигатель просто, собрать его может любой энтузиаст, осиливший управление паяльником. Он состоит из двух основных деталей: магнетрона и резонатора. Магнетрон — это вакуумная трубка, используемая для генерации излучения в обычной микроволновке. Она состоит из полого цилиндра-анода и центрального волоска-катода. Под действием напряжения с катода вылетают электроны и начинают двигаться по сложным траекториям внутри цилиндра, испуская микроволны. По волноводу они передаются от магнетрона в резонатор, похожий на медное ведро, закрытое крышкой. Как утверждает изобретатель двигателя Роджер Шойер, тут-то и начинается самое интересное.
По словам Шойера, главная фишка EmDrive — это форма резонатора. Изобретатель предполагает, что из-за разницы в диаметре передней и задней стенок (как у дна ведра и его крышки) на них действуют разные по величине силы, вызванные стоячей электромагнитной волной в резонаторе. Их равнодействующая и толкает двигатель вперед, создавая тягу, которая направлена в сторону «дна». Впоследствии, после нескольких спорящих с этой идеей сообщений, Шойер уточнил, что реальный механизм несколько сложнее и может быть связан с проявлением эффектов специальной теории относительности (СТО).
В самом деле, если взглянуть на первое объяснение механизма работы двигателя, то окажется, что оно напоминает историю барона Мюнхгаузена, вытащившего себя и коня из болота за волосы. EmDrive — замкнутая система, которая ничего не выбрасывает в окружающее пространство. Такой объект не может увеличивать свой импульс без внешних воздействий, как и Мюнхгаузен не мог увеличить свой, как бы сильно он ни тянул. Сторонники двигателя парируют эти аргументы тем, что можно допустить отталкивание резонатора от вакуумного состояния или же привлечь к объяснению СТО. Однако физики неоднократно отмечали грубость таких оценок или отсутствие в них физического смысла.
Но все-таки суть заявлений Шойера состояла не столько в теоретических описаниях, сколько в том, что он якобы зафиксировал реальную тягу от двигателя. На своем сайте исследователь указывает величину тяги примерно в 200−230 мН/кВт — больше, чем у ионных двигателей, которые толкают космические аппараты, выбрасывая ускоренные в электрическом поле заряженные частицы.
Решив, что объяснять эту тягу — дело теоретиков, несколько групп экспериментаторов проверили EmDrive в своих лабораториях. Такую работу проделали исследователи из китайского Северо-Западного политехнического университета и Технического университета Дрездена. Недавно к ним присоединились и авторы статьи, вышедшей в Journal of Propulsion and Power, исследователи из подразделения NASA Eagleworks, которые традиционно занимаются наиболее спорными и «футуристическими» проектами агентства.
Первые тесты дали вроде бы обнадеживающие результаты: на включенное устройство действовала некая сила. Однако ее значение оказалось намного меньше, чем предсказанная Шойером величина, причем чем аккуратнее был поставлен эксперимент, тем меньшая регистрировалась тяга. Но ведь дело в принципе: откуда она может вообще браться? Если не рассматривать путаных объяснений Шойера, то можно выделить несколько побочных процессов, которые теоретически могут обеспечить тягу. Это могут быть потоки воздуха, связанные с нагревом двигателя, или тепловое расширение самой экспериментальной установки. Слабую силу способно создавать отталкивание от зарядов, «оседающих» на стенах тестовой камеры, или взаимодействие EmDrive с магнитными полями проводов, или давление излучения, покидающего резонатор.
С потоками воздуха бороться проще всего — достаточно проводить испытания в вакууме. Такие тесты были проделаны учеными из Дрездена, которые обнаружили тягу на уровне всего 0,02−0,03 мН/кВт — на пределе погрешности измерений. Кроме того, физики отметили, что использовали резонатор (то самое медное «ведро») с невысокой добротностью. Излучение быстро покидало его, увеличивая шансы на вклад других побочных процессов. Сотрудники NASA Eagleworks получили немного бóльшие цифры — 1,2±0,1 мН/кВт. При этом они утверждают, что отследили все возможные источники побочных процессов.
Строго говоря, миллиньютон (мН) — это меньше, чем вес одной песчинки сахара. Но если говорить о реактивном полете в космосе, то даже тяга 1 мН, непрерывно действуя на протяжении нескольких лет, позволяет разогнать 100-килограммовый аппарат до приличных скоростей.
Можно подсчитать, что за десять лет такой зонд разгонится на 3 км/с и (с учетом стартовой второй космической скорости) преодолеет порядка 3,5 млрд км. Но если мы оценим тягу на уровне, который обещает Шойер (200 мН/кВт), то получим ускорение уже до 600 км/с и дистанцию в 660 астрономических единиц — расстояний от Солнца до Земли.
Так — слабо, но очень долго и экономно расходуя рабочее тело — действуют ионные и фотонные двигатели. Первые «выстреливают» в пространство заряженными ионами, разогнанными до десятков километров в секунду. Их тяга может достигать 60 мН/кВт, однако они требуют использовать рабочее тело — обычно запас инертного газа. К примеру, аппарат “Dawn”, который недавно завершил основную миссию по исследованию Цереры, был вынужден взять на борт 425 кг ксенона.
Фотонные двигатели обладают несравненно меньшей тягой, порядка нескольких микроньютонов на киловатт мощности лазерного излучения. Источником тяги в них выступает импульс фотонов, вылетающих в космическое пространство. Зато фотонные двигатели не требуют брать с собой ни топлива, ни рабочего тела.
Нельзя забывать о пассивных двигателях, не требующих ни электроэнергии, ни топлива для своей работы, — о солнечных парусах. Тяга, которую они развивают, определяется площадью паруса и расстоянием до Солнца. Около Земли 1 м² отражающего материала будет развивать тягу в 0,1 мН. Суммарная тяга японского экспериментального аппарата IKAROS с парусом в 200 м² достигала как раз 2 мН. Для понимания масштаба добавим, что тяга двигателей сверхтяжелой ракеты “Saturn V”, отправлявшей астронавтов на Луну, составляла 34 000 000 Н.
В самом конце 2016 года Китайская академия космических технологий (CAST) сообщила, что уже несколько лет проводит собственные исследования потенциальных возможностей EmDrive и его применения. По словам одного из руководителей CAST Чэня Юэ, организация провела собственные, «многолетние и многократно повторенные» эксперименты, подтвердившие наличие у EmDrive тяги. Использованный в Китае прототип создавал всего несколько миллиньютонов, но в ближайшее время будут разработаны новые конструкции, рассчитанные на 100 мН и больше. Возможно, они будут испытаны уже на орбите.
Публикация работы в рецензируемом научном журнале означает, что статья прошла проверку несколькими независимыми экспертами в соответствующей области. Эта процедура поддерживает достаточно высокий уровень статей, но даже она не позволяет избежать ошибок.
Можно вспомнить, как в 2014 году международная коллаборация BICEP опубликовала результаты своих многолетних исследований в одном из самых престижных научных журналов Physical Review Letters. Ученые утверждали, что обнаружили следы гравитационных волн при изучении реликтового излучения. Однако эта трактовка была неверной, и сенсационные результаты оказались влиянием галактической пыли.
Журнал, в котором команда Eagleworks опубликовала свою работу, может похвастаться в семь раз меньшим индексом цитирования, чем Physical Review Letters. Поэтому существует даже мнение о том, что процедура рецензирования в нем не столь строга и могла пропустить работу, несмотря на огрехи. Стоит отметить, что и само подразделение NASA Eagleworks — совсем небольшая лаборатория с финансированием на уровне $50 000 в год. Этого с трудом может хватить на выполнение высокоточного исследования и покупку нужного оборудования.
Если б стопроцентные доказательства работоспособности EmDrive существовали, они потребовали бы серьезной работы теоретиков. Но пока отсутствие объяснения — незыблемая скала, о которую разбиваются все доводы слишком больших энтузиастов «невозможного двигателя». Оно даже стало аргументом для отказа в публикации ранних статей в серьезных научных журналах.
Люди попроще любят замечать, что «работает и ладно, не обязательно же знать как». Однако такой подход может привести к неожиданным проблемам в долгосрочных космических миссиях. Например, если работа двигателя связана с магнитным полем, то он может непредсказуемо повести себя среди магнитных полей открытого космоса. Никому не нужно, чтоб аппарат потерял свой единственный источник тяги где-нибудь на полпути к Марсу или далеким объектам пояса Койпера. Так что к классическому требованию предъявить надежные доказательства обязательно должно прилагаться и требование объяснить все происходящее в двигателе — но пока создатели EmDrive не могут показать ни того, ни другого.
Интересно проследить, зачем профессиональные ученые работают с такими сомнительными проектами. С одной стороны, открытие реальной тяги в EmDrive может указать на принципиально новые эффекты и долгожданную «новую физику» за границами существующих моделей. С другой стороны, «закрыв» тягу невозможного двигателя, ученые смогут наконец разрешить давно надоевший всем спор. А по пути — создать новые сверхточные методы для исследования сверхмалых сил.По материалам Популярная Механика
aboutspacejornal.net
Как гласит народная мудрость, когда кажется, что все слишком хорошо, чтобы быть правдой, то, вероятно, так оно и есть. Судя по всему, именно это можно сказать о кажущимся ранее революционном двигателе EmDrive, нарушающем известные нам законы физики и сулившем возможность путешествовать на Марс и обратно за несколько недель. Но новые данные указывают на то, что, как это часто бывает с подобного рода сенсационными открытыми, EmDrive может оказаться «пустышкой».
Впервые про EmDrive мы писали еще в 2014 году. Напомним, идея двигателя, способного создавать тягу, по сути, из ничего (без использования топлива), принадлежит инженеру Роджеру Шойеру. Он представил прототип двигателя EmDrive еще в 1999 году – замкнутую герметичную металлическую емкость в виде конуса с микроволновым генератором вверху, излучающим потоки электромагнитного излучения в сторону широкого конца конуса и тем самым создавая тягу.
Ранее мы слышали о различных экспериментах, подтверждающих работоспособность этого экзотического двигателя. В ноябре 2016 года инженеры NASA сообщали о тяге около 80 микроньютонов при приложенной электрической мощности порядка 60 ватт. Спустя месяц китайцы заявили об успешных испытаниях «невозможного» двигателя EmDrive на борту космической станции Tiangong 2.
Теперь же группа исследователей из Дрезденского технического университета решили повторить эксперимент. И они действительно зарегистрировали определенную тягу, но решили пойти дальше. Они провели более глубокий анализ с дополнительными тестами и нашли вероятное объяснение. Ранее неучтенным фактором оказалось воздействие магнитного поля Земли на кабели, которые питают микроволновый усилитель. Если это так, то EmDrive не будет работать в космосе.
Чтобы исключить воздействие магнитного поля Земли на установку следует экранировать усилитель и камеру одновременно, увеличив размер металлической клетки Фарадея. Авторы статьи подчеркивают, что в предыдущих экспериментах EmDrive ничего такого не делалось, поэтому результаты нужно перепроверить.
Пока что окончательного вердикта нет. Ресурсу New Scientist руководитель исследования Мартин Таймар сообщил, что на перепроверку понадобится еще как минимум один год, но сейчас EmDrive кажется еще менее реальным, чем ранее.
Источник: Engadget и New Scientist
itc.ua
Журналист Александр Березин рассуждает, какая реальная физика может стоять за фантастическим проектом «невозможного» двигателя EmDrive и почему она может быть связана с историей Вселенной до Большого взрыва.
По информации Американского института аэронавтики и астронавтики, издающего журнал Journal of Propulsion and Power, туда принята статья, посвящённая электромагнитным двигателям EmDrive. Больше того, она даже уже прошла учёных-рецензентов, и её опубликуют до конца этого года. Назовём вещи своими именами: эта новость звучит так же, как если бы институт объявил о том, что Земля таки налетела на небесную ось. Сам факт такой публикации является громким скандалом, и вот почему.
Законы физики беспощадны — чтобы что-то двигалось вперёд, оно должно что-то оттолкнуть назад. Мы отталкиваемся от почвы под ногами, космические корабли — за отсутствием «небесной тверди» — отбрасывают назад топливо. Из-за этого путешествие к Луне пока требует сотен тонн топлива на человека. При таком раскладе про полёты к более дальним телам даже думать страшно. Доставка одного корабля на Марс и обратно стоит, как мегаГЭС. Есть варианты с ядерным реактором, но и он по средствам разве что США, у которых таких технологий пока просто нет. У нас, например, они в куда лучшем виде. Но отсутствуют деньги на реальный полёт к Красной планете даже в таком дешёвом варианте. И до (пока гипотетического) полёта туда американцев они вряд ли появятся.
Понятно, что от такой безысходности с дальними космическими полётами некоторые начинают видеть цветные сны наяву. Одним из них был инженер Роджер Шойер. В 2003 году он взял медное ведро, вставил в него магнетрон из бытовой микроволновки и заявил, что создал двигатель, который даёт тягу, не отбрасывая назад вообще ничего. Объяснял он это поначалу тем, что ведро якобы удерживает в себе стоячую волну электромагнитных колебаний в замкнутом резонаторе. Волна, мол, и есть источник тяги. С физической точки зрения это бессмыслица. Попробуйте залезть в надувной бассейн и получить тягу, двигающую бассейн, просто создавая в нём волну.
Физики-теоретики только смеялись над такими утверждениями. Однако физики-экспериментаторы решили выйти за пределы простого осмеивания и проверить утверждения Шойера на практике. И тут начались неприятности. Тяга действительно создавалась, и никакие попытки экспериментаторов найти источники ошибки в измерениях не давали результатов. Апофеозом в этом плане стала работа Мартина Таджмара (Martin Tajmar), главы немецкого Института аэрокосмического инжиниринга при Техническом университете в Дрездене. В мире экспериментальной физики этот человек известен как профессиональный «разрушитель легенд», скрупулёзной постановкой и перепроверкой эксперимента способный найти чуть ли не любую ошибку.
Когда у него не получилось, забеспокоились даже физики-теоретики. Беспокойство они выразили довольно своеобразно: «EmDrive — полное …» (Шон Кэролл из Калифорнийского технологического). Кое-кто пересилил себя и всё же высказал то же мнение мягче: «Из-за отсутствия теоретического объяснения нарушения закона сохранения импульса рецензенты в журналах не примут такой работы», — настаивал Эрик Дэвис из Института продвинутых исследований в Остине (США).
В этом плане то, что работа людей из NASA, посвящённая их испытаниям EmDrive, прошла этап рецензирования в приличном журнале, звучит революционно. Этого бы не случилось, если бы в работе были обнаруживаемые «на бумаге» ошибки. Очевидно, доказательства работоспособности устройства были настолько серьёзны, что даже уважение к закону сохранения импульса не позволило «зарезать» работу. Так что же, закон пора хоронить? Скажем прямо: вряд ли.
Пока общепринятых приемлемых с научной точки зрения объяснений работы «невозможного двигателя» нет. В NASA в ответ на вопрос, почему это работает, начинают рассказывать весьма сомнительные вещи. Например, про то, что двигатель «отталкивается» от виртуальных частиц. Да, современная физика считает, что в вакууме постоянно возникают и исчезают виртуальные частицы. Частицы появляются и исчезают так быстро, что их не зарегистрировать. Однако хорошо известный эффект Казимира показывает, что они могут дать реальное притяжение двух близких пластин в пустоте. Одно плохо — к «ведру Шоейра» всё это никак не относится. Виртуальные частицы не имеют чётко заданного места в пространстве, и вкупе с другими факторами это не даёт от них «оттолкнуться».
Однако совсем недавно появилось и ещё одно объяснение работы «невозможного двигателя». Выдвинул его Николай Горькавый из Гринвичского института (США), уже известный нам по крайне экзотической гипотезе о возникновении Вселенной. Как мы помним, физик предположил, что в прошлом цикле существования Вселенной та сжималась, пока в ней не слились все чёрные дыры. При каждом цикле слияния пара чёрных дыр теряет 5—15% массы, уходящей в гравитационные волны. Поэтому многократные слияния в «прошлой Вселенной» должны были превратить в волны почти всю её массу. Мироздание, из которого масса так трагически пропала, резко «обеднело» в плане гравитации. Из-за такой «антигравитации» сжатие сменилось расширением — так и возникла наша Вселенная. По гипотезе Горькавого, лишь часть энергии тех реликтовых гравиволн ушла на образование вещества нашей Вселенной, значительная часть всё ещё «бродит» где-то здесь. Не видим мы его лишь потому, что волны эти высокочастотные, а наши детекторы пока умеют регистрировать лишь низкочастотные гравитационные волны.
Ну, то есть «умели». По Горькавому, «ведро Шойера» и есть первый случайно построенный детектор реликтовых гравиволн. В рамках его гипотезы уровень энергии реликтового излучения не ограничен «сверху» и может быть очень высок. Учёный полагает, что EmDrive нащупал фон высокочастотных гравиволн и черпает оттуда энергию для своей тяги. Тогда он работает как антенна, которая за счёт резонанса становится чувствительной к колебаниям от реликтовых гравиволн гигагерцовых частот. В таком случае «невозможный двигатель» не закрытая система со «стоячей волной», а открытая, «отталкивающаяся» от волн целого моря гравиволн. Это не значит, что он даст фантастическую тягу: на то, чтобы ввести медный конус в резонанс, также уходит энергия. Да и оптимизировать толком устройство пока никто не пытался (как отладить непонятное?). Но из-за использования внешних волн он действительно не нуждается в выбросе топлива. Если это так, то перспективы подобного двигателя при всей его слабости огромны. По расчётам, земной зонд к Плутону достиг бы этой планеты с EmDrive на борту за 18 месяцев, а не за много лет. Сегодня земной космонавтике путешествия на миллиарды километров за месяцы не могут даже присниться.
Пока это единственное объяснение работы EmDrive, не подвергшееся серьёзной теоретической критике. Впрочем, всё ещё может быть впереди — ведь сама гипотеза Горькавого лишь начинает толком обсуждаться в научном сообществе. К счастью, похоже, что есть способ проверить, права она или нет в случае «невозможного двигателя». EmDrive хотят испытать в космосе, на борту небольшого спутника. Такие испытания невозможно будет поставить под сомнение. На Земле регистрацию тяги всегда можно списать на ошибку эксперимента. Но в космосе аппарат либо отклоняется от своей базовой траектории (из точки А в точку Б), либо «стоит» на ней. Если случится первое, взаимодействие с реликтовыми гравиволнами из «прошлой Вселенной» может оказаться не таким уж и экзотическим объяснением «невозможной тяги».
salik.biz
EmDrive будоражит умы ученых и энтузиастов космических путешествий вот уже 15 летНАСА уже довольно долгое время изучает так называемый «невозможный» двигатель. Споры ученых и энтузиастов космического дела не прекращаются вот уже 15 лет, с момента предоставления двигателя его создателем. И спорить действительно есть о чем — ведь EmDrive создает тягу в замкнутом контуре без всякого выхлопа. На первый взгляд, двигатель нарушает закон сохранения импульса. На второй — тоже нарушает. Но вот результаты десятков (а возможно, уже и сотен) испытаний однозначно говорят о том, что двигатель таки работает.
Агентство НАСА решило взять изучение EmDrive в свои руки. После ряда испытаний, включая вакуум, оказалось, что двигатель действительно работает, и о тепловой конвекции здесь и речи быть не может. Не так давно отчет НАСА попал в открытый доступ, но это все же была не официальная публикация, а нечто вроде утечки. Сейчас заключение специалистов агентства опубликовано по всем правилам на сайте издания Journal of Propulsion and Power. Как и сообщалось, ранее, авторы публикации — Гарольд Уайт, Пол Марч, Джеймс Лоуренс, Джерри Вера, Андре Сильвестр, Дэвид Брэйди и Пол Бэйли (Harold White, Paul March, James Lawrence, Jerry Vera, Andre Sylvester, David Brady, Paul Bailey), все они работают в Космическом центре им. Линдона Джонсона.
Содержание отчета примерно то же, что уже размещалось в сети, но в последней версии документа есть официальное заключение о том, что EmDrive, созданный в НАСА, развивает тягу в 1,2 миллиньютона на киловатт в вакууме. При этом специалисты во время испытаний и после них пытались найти возможную ошибку в конструкции испытательного стенда или самого двигателя, что и приводит к появлению тяги или, по крайней мере, к ее фиксации. Ошибок и проблем найдено не было, что позволяет говорить о том, что двигатель действительно работает. И это при том, что для появления тяги должна быть «равная по силе обратная реакция».
Двигатель в НАСА испытывали на стенде с установкой на базе торсионного маятника.
1,2 миллиньютона на киловатт — это очень малый показатель. С другой стороны, солнечный парус развивает еще меньшую тягу: около 3,6 микроньютона на киловатт. Энтузиасты EmDrive считают, что если двигатель оснастить еще и ячейками с топливом, то есть с водородом и кислородом, то его вполне можно использовать в космическом деле. Например, установить на МКС, что позволит работать с минимальным количеством топлива, а также снизить количество маневров для разгона станции. Это, по словам специалистов, должно уменьшит нагрузку на корпус и опорные конструкции МКС, продлив общий срок ее эксплуатации.
Также есть мнение, что EmDrive можно использовать и для космических путешествий, устанавливая такой двигатель на кораблях, которые летят к Луне, Марсу и другим объектам Солнечной системы и даже за ее пределами.
Изображение спутника компании Cannae
В конце лета этого года появилась информация о том, что уже в следующем году, возможно, в космосе протестируют работу схожего двигателя, работающего на микроволнах с созданием тяги в замкнутом контуре без выхлопа. Речь идет о Cannae Drive. Его экспериментальный образец планируется запустить на орбиту. Срок испытаний — полгода. Таким двигателем оснастят орбитальный спутник, который и будет пробовать перемещаться при помощи электромагнитной тяги.
На орбиту при условии получения финансирования могут отправить и миниатюрный спутник с портативным EmDrive. Этот двигатель разработан немецким инженером. Он начал собирать средства, но, к сожалению, кампания оказалась неудачной — финансирование инженер не получил. Хотя есть вероятность того, что проектом займется какая-либо крупная компания, но эта вероятность не так уж и велика.
Внятного объяснения того, почему «невозможный» двигатель все же работает, пока нет. По мнению НАСА, есть вероятность, что у тяги EmDrive — квантовая природа. Так, она представляет собой последствие появления «квантового вакуума виртуальной плазмы» частиц, появляющихся и исчезающих в замкнутом контуре пространства-времени. Если это так, то снимается «обвинение» в нарушении двигателя закона сохранения импульса, поскольку система, на самом деле, вовсе не изолированная.Финские физики в июне этого года предложили свое объяснение работы «невозможного» двигателя. Они считают, что в резонаторе EmDrive могут появляться пары фотонов, которые находятся в противофазе друг с другом. Такие пары уносят импульс в сторону, противоположную движению двигателя. И взаимодействие таких фотонов способствует возникновению электромагнитной волны с нулевой поляризацией. Импульс такая волна все же переносит.
«Принцип работы EmDrive можно сравнить с принципом работы реактивного двигателя самолета, когда газы, двигающиеся в одном направлении, толкают самолет в противоположном направлении», — говорит Арто Аннила (Arto Annila), представитель команды ученых из Финляндии. «Микроволновое излучение — это топливо, которое уходит в резонатор… а тягу в EmDrive создают пары фотонов. Когда два фотона движутся вместе, но имеют противоположные фазы, тогда у этой пары нет электромагнитного поля, следовательно, она не будет отражаться от металлических стенок, а уйдет».
В целом, после того, как НАСА подтвердила работу двигателя в земных условиях, для того, чтобы убедиться в возможности его эксплуатации в космосе, нужно провести соответствующие испытания на орбите. И уже после этого можно будет планировать использование EmDrive в космических программах разных стран и компаний.
habr.com
