Двигатель ем – НАСА доставит человека на Марс за 10 недель, двигатель EМ Drive прошел успешные испытания.

двигатель EmDrive — Naked Science

На пресс-конференции, проходившей в Пекине, доктор Чен Юи (Chen Yue) из Китайской академии космических технологий (CAST) объявил, что его страна уже давно и успешно тестирует эту технологию в лаборатории. Более того, теперь Китай проверил работу двигателя на борту космической станции «Тяньгун-2». Заявление только подогрело споры, длящиеся уже почти 10 лет. Ведь вопрос, работает ли EmDrive, фактически эквивалентен спору с бароном Мюнхгаузеном о возможности вытащить себя из болота за волосы, да еще вместе с конем. Попробуем разобраться. 

 

Эта история началась в 2001 году, когда британский инженер Роджер Шойер (Roger Shawyer) основал небольшую компанию Satellite Propulsion Research Ltd. В этом ему помог грант, полученный от британского Департамента торговли и промышленности и некоторых частных инвесторов. Сказалась хорошая репутация инженера, имевшего богатый опыт работы в космической промышленности. В частности, Шойер 20 лет был сотрудником компании EADS Astrium – одного из крупнейших мировых производителей космических аппаратов. В результате работы в декабре 2002 года на суд общественности был представлен первый рабочий прототип «невозможного» двигателя, получившего название EmDrive. Фактически устройство представляло собой полый медный конический резонатор, запаянный с обоих концов. К резонатору крепился магнетрон – прибор, генерирующий микроволновое излучение. Такие магнетроны широко используются, например, в СВЧ-печах. 

 

Двигатель EmDrive / ©wikipedia

 

Принцип работы EmDrive сразу вызвал множество вопросов у специалистов. Сам изобретатель утверждает, что работа двигателя описывается давно известными физическими законами и никакой «новой физики» для его объяснения не нужно. Известно, что электромагнитные волны могут переносить энергию и импульс. Эффект давления света хорошо изучен и даже используется для ориентации некоторых космических аппаратов. В EmDrive волны, создаваемые магнетроном, испытывают многократные отражения во внутренней полости резонатора и давят на его стенки. А вот далее начинается наиболее спорное место в теории. По словам Шойера, можно так подобрать размеры и форму резонатора и длину излучаемых магнетроном электромагнитных волн, что давление на боковые стенки конуса будет равно нулю. Тогда получается, что давление на большое и малое основания конуса будут неодинаковы, и в двигателе возникнет тяга в направлении плоскости основания большей площади. Однако этот факт противоречит законам физики, а именно третьему закону Ньютона. 

 

Дело в том, что единственный способ перемещения в космическом пространстве, который пока освоило человечество, – это реактивное движение. В его основе лежит закон сохранения импульса. Тяга в реактивном двигателе возникает за счет того, что ракета-носитель или космический корабль выбрасывает вещество в сторону, противоположную движению. Одна из основных характеристик такого двигателя называется удельным импульсом – это отношение создаваемого двигателем импульса к расходу топлива. Таким образом, чем выше значение удельного импульса, тем меньше топлива тратит космический корабль на изменение скорости. Чем больше скорость, с которой вещество вылетает из реактивного двигателя, тем выше удельный импульс. Такой двигатель может разогнать космический корабль до большей скорости, затратив при этом меньше топлива. Именно поэтому в последнее время в космической промышленности все большую популярность приобретают ионные двигатели. У них низкая тяга, но высокая скорость истечения вещества, что делает их очень эффективными для длительных космических миссий. Однако и они сталкиваются с основной проблемой всех реактивных двигателей – ограниченным запасом топлива. 

 

Другой известный способ перемещения в космосе – это космический парус. Такой аппарат будет использовать для перемещения давление солнечного света или солнечного ветра – потока заряженных частиц, летящих по направлению от нашей звезды с большими скоростями. Также недавно было представлено несколько проектов, предлагающих осуществлять разгон аппарата с парусом с помощью мощного лазерного излучения. Но, несмотря на обилие подобных проектов, все они еще далеки от эффективного практического применения. 

 

©DeviantArt

 

И реактивному двигателю, и космическому парусу для перемещения необходимо провзаимодействовать с веществом (топливом или солнечным ветром) или электромагнитными волнами. Однако, если поверить изобретателю EmDrive, его двигатель не взаимодействует ни с чем. Фактически Шойер создал устройство, помогающее барону Мюнхгаузену вытащить себя за волосы из болота. Нужно ли говорить, что в работоспособность EmDrive не поверил почти никто. 

 

На протяжении последующих нескольких лет Роджер Шойер занимался усовершенствованием «невозможного» двигателя. В 2006 году он представил усовершенствованную версию EmDrive с водяным охлаждением. По мнению изобретателя, это должно было увеличить тягу. Журнал New Scientist даже разместил фотографию двигателя на обложке от 8 сентября 2006 года. В статье делался вывод, что схема работы устройства выглядит правдоподобно, и всячески подчеркивались аргументы его сторонников. Это вызвало негативную реакцию у читателей журнала. Известный австралийский писатель-фантаст Грег Иган опубликовал открытое письмо, в котором обвинил авторов статьи в научной безграмотности. Впоследствии New Scientist опубликовал письмо бывшего технического директора EADS Astrium Элвина Уилби, в котором тот всячески открещивается от участия компании в проекте Шойера. 

 

Интересно, что EmDrive не единственное подобное устройство. В 2006-м изобретатель Гвидо Фетта разработал похожий проект, названный Cannae Drive, или Q-drive, работающий по аналогичному принципу. Основное отличие двух проектов – форма резонатора. В Cannae Drive это не конус, а уплощенная емкость, похожая на таблетку. 

 

Проект Cannae Drive / ©Novate.RU

 

Независимая проверка началась только в 2008 году и, что удивительно, в Китае. Под руководством профессора Яна Цзюаня в китайском Северо-Западном политехническом университете был создан работающий прототип «невозможного». По предварительным данным, двигатель развил тягу в 720 мН при мощности в 1 кВт. Примерно так же будет давить на весы груз весом в 72 грамма. Впоследствии результаты, полученные в статье, были опровергнуты самими авторами, так как обнаружилась большая ошибка в измерениях. После ее учета полученная тяга двигателя не превышала 1 мН при затраченной мощности в 230 Вт, что получалось меньше инструментальной погрешности.  

 

Однако с 2013 года к испытаниям «невозможного» двигателя присоединяется лаборатория Advanced Propulsion Physics Laboratory, или просто Eagleworks. Она существует при Космическом центре имени Линдона Джонсона – центре НАСА по разработке пилотируемых космических кораблей, обучению астронавтов и подготовке пилотируемых космических полетов. Eagleworks – это небольшая исследовательская группа, задача которой заключается в проверке новых способов перемещения космических аппаратов. В свое время эта лаборатория уже была на слуху в связи с работой по проверке концепции полуфантастического Warp-двигателя. Это гипотетический двигатель, способный переносить космический корабль на межзвездные расстояния со скоростью большей, чем скорость света. Обычно Warp-двигатель – частый гость фантастических книг и фильмов, а не научных публикаций. Но в 1994 году в журнале Classical and Quantum Gravity была опубликована работа мексиканского физика Мигеля Алькубьерре, в которой он предложил теоретическую концепцию двигателя, искривляющего пространство. В Eagleworks рассчитывали продемонстрировать саму возможность искривить пространство с помощью сильного электрического поля. Но эксперимент, проведенный в лаборатории, не показал убедительных доказательств искривления пространства, хотя сами авторы объясняют это недостаточной чувствительностью установки. 

 

©NextBigFuture.com

 

Для тестирования «невозможного» двигателя использовались герметичная камера и специальные крутильные весы, способные обнаружить тягу в десятки микроньютонов. На весах исследовались два варианта Cannae Drive, отличавшиеся наличием бороздок внутри резонатора одного из образцов. По предположению Гвидо Фетта, они должны были влиять на тягу. Она измерялась несколько раз, при каждом включении двигателя и один раз после изменения его ориентации на 180 градусов. Также, чтобы устранить возможные аппаратные ошибки, помимо двигателей на весах проводились тесты нагрузки, которая не создает тягу при подаче напряжения. По словам авторов эксперимента, установка получилась настолько чувствительной, что способна «почувствовать» волнение моря в Мексиканском заливе в ветреную погоду. А это примерно 40 километров на юго-восток от центра Джонсона. И тяга порядка 30–50 микроньютонов действительно была обнаружена. 

 

Однако руководитель исследовательской группы Eagleworks Гарольд Уайт объясняет принцип работы двигателя совсем не так, как его создатели Шойер и Фетта. По его словам, «дополнительная тяга в двигателе получается за счет магнито-гидродинамической силы, действующей в квантовой флуктуации вакуума, то есть за счет взаимодействия с «квантовой вакуумной виртуальной плазмой» путем создания виртуального плазменного тороида». Дело в том, что, по современным представлениям, вакуум – это не пустое пространство. Он заполнен постоянно рождающимися и уничтожающимися элементарными частицами, называемыми «виртуальные», так как мы не можем наблюдать их непосредственно. Проще говоря, по мнению сотрудников лаборатории, EmDrive и ему подобные взаимодействуют и как бы отталкиваются именно от этих виртуальных частиц вакуума. Стоит ли говорить, что подобное объяснение было встречено научным сообществом в основном в штыки. Одним из основных аргументов, высказанных против экспериментов в Eagleworks, стал тот факт, что испытания двигателя были проведены не в вакууме. Тяга вполне могла возникнуть в результате конвекции воздуха вокруг образца. Также высказывалось предположение, что «запертое» внутри резонатора микроволновое излучение нагревает весы, что приводит к смещению показаний. В самом НАСА тоже не разделяют оптимизма Гарольда Уайта по поводу невозможного двигателя. В агентстве отмечают, что Eagleworks – это небольшая лаборатория, в которой работает 5 человек. И остальные 18000 сотрудников космического агентства могут не разделять их точку зрения. 

 

Установка EmDrive, созданная в лаборатории NASA Eagleworks для экспериментов, и измерительное оборудование / ©wikipedia

 

Частично недостатки эксперимента, проведенного в центре Джонсона, были устранены в исследовании, выполненном физиками из Технического университета Дрездена. На этот раз испытания проводились уже в вакуумной камере. Также авторы попытались учесть эффекты, создаваемые наведенной электрической проводкой установки. Результатом стало обнаружение тяги в 20 микроньютонов при мощности магнетрона в 700 ватт и частоте 2,44 ГГц. Основной целью эксперимента исследователей из Дрездена была попытка обнаружить аппаратный эффект, вызывающий тягу. Но что ее вызывает, авторам работы понять не удалось. 

 

В следующий раз о «невозможном» заговорили в ноябре 2016 года. В Сеть утекла информация о том, что Eagleworks готовит первую публикацию в рецензируемом журнале. Так и случилось. В журнале Journal of Propulsion and Power, издающемся Американским институтом аэронавтики и астронавтики, было опубликовано новое исследование двигателя. Оно было выполнено более аккуратно. В качестве тестовой модели использовалась именно версия Шойера – та самая, похожая на медное ведро. Исследователи снова воспользовались крутильными весами и на этот раз уже вакуумной камерой (8×10-6Торр), за счет чего удалось еще больше повысить точность опыта. Измерения тяги были проведены для трех значений мощности магнетрона — 40, 60 и 80 Вт. Эксперимент показал, что двигатель дает тягу в вакууме 1,2 миллиньютона на киловатт. Интересно, что это значение в 42 раза больше, чем то, что наблюдалось в немецком эксперименте. Теперь в работе были честно рассмотрены возможные источники ошибок измерений. Их получилось 9, включая возможную утечку фотонов из магнетрона (так называемая фотонная ракета), электромагнитные взаимодействия с токами в электрической цепи установки, температурное расширение некоторых элементов крутильных весов и возможное испарение молекул с поверхности исследуемого образца. Однако, по мнению Eagleworks, все эти эффекты не могут дать наблюдаемый эффект тяги. Например, если бы и имела место утечка фотонов из резонатора, тяга была бы на порядки меньше, говорится в исследовании. По современным оценкам, фотонному двигателю нужно минимум 300 МВт (мощность небольшой электростанции) для создания тяги в 1 ньютон. 

 

Объяснение принципов работы двигателя в статье опять вызвало в научной среде больше вопросов, чем ответов. По мнению авторов работы, тягу может объяснить так называемая теория волны-пилота (Pilot wave). Эта одна из возможных интерпретаций квантовой механики была предложена французским физиком-теоретиком Луи де Бройлем в 1927 году. В ней считается, что квантово-механическое описание свойств элементарных частиц применяется лишь потому, что мы пока не можем заметить их реальную динамику. На самом же деле они движутся подобно макроскопическим телам по определенным траекториям, описываемым скрытыми пока параметрами. Согласно объяснению в статье, EmDrive может взаимодействовать с виртуальными частицами вакуума подобно тому, как корабельный винт взаимодействует с водой, толкая судно вперед. Однако с момента появления теории волны-пилота прошло 90 лет, и в наши дни она совсем непопулярна у специалистов по квантовой механике. Так что особого энтузиазма в научной среде изложенная в работе гипотеза возникновения тяги точно не вызвала. 

 

Волна-пилот / ©wikipedia

 

Научное сообщество в основной своей массе не поверило в результаты испытаний спорного двигателя. Марк Миллс, который возглавлял ныне прекратившую существование лабораторию Breakthrough Propulsion Physics lab, считает, что аномальная тяга могла возникнуть в результате взаимодействия двигателя с испытательной камерой. Лаборатория Миллса в свое время занималась задачами, аналогичными Eagleworks, то есть проверкой различных полуфантастических проектов космических двигателей. Так что опыта, чтобы делать подобные предположения, у него достаточно. Астрофизик Технологического института Рочестера и научный обозреватель Forbes Брайан Коберлейн отметил, что публикация статьи в рецензируемом журнале еще не означает, что ее результат окажется верным. И примеры подобного случаются неоднократно, например, недавняя история с коллаборацией BICEP2, в которой заявили о детектировании гравитационных волн на основе поляризации реликтового излучения. Работа вызвала широкий отклик и была опубликована в журнале Physical Review Letters, пользующемся большим доверием. Однако последующий анализ и новые данные с космического телескопа «Планк» показали, что авторы исследования вместо гравитационных волн видели тепловой вклад межзвездной пыли в реликтовый фон. Некоторые специалисты обращают внимание на большую погрешность в измерении тяги двигателя. Ошибки так велики, что при желании можно было провести линию зависимости тяги от мощности магнетрона не возрастающей, а, например, постоянной или даже убывающей. 

 

Кстати, журнал Journal of Propulsion and Power таким доверием не обладает. Его импакт-фактор – отношение количества цитированных в других журналах статей к полному количеству публикаций в журнале – составляет около 1.19 (за период 2015/2016 год). Это довольно мало, на что указывают многие критики публикации. Например, импакт-фактор журнала Physical Review Letters составил 7.6, а журнала Nature – аж 42.3. 

 

Космический корабль на основе технологии EmDrive / ©fineartamerica

 

Российские ученые также раскритиковали идею EmDrive. Астрофизик, главный редактор газеты «Троицкий вариант» и член Комиссии РАН по борьбе с лженаукой Борис Штерн назвал бредом саму возможность создания невозможного двигателя. «Нет никакой необходимости разбираться в устройстве. Закон сохранения импульса имеет точно такой же статус в фундаменте устройства мира, как и закон сохранения энергии (в теории относительности это один закон – сохранения энергии-импульса). Но уже столетиями новые и новые полуграмотные изобретатели предлагают новые и новые варианты вечного двигателя, некоторые экземпляры даже тихонько работают на паразитных эффектах и приводят в замешательство очевидцев, не слишком твердых в рациональном взгляде на мир. Умельцев с новыми вечными двигателями уже давно посылают с порога», – написал ученый на сайте газеты. 

 

К обсуждению активно подключились и пользователи Интернета, интересующиеся космонавтикой. В конце прошлого года на сайте Reddit.com в соответствующей теме появился интересный комментарий от пользователя с ником thatonefirst, который считает, что обнаружил ошибку в эксперименте Eagleworks. Рассмотрев графики отклонения крутильных весов, на которых испытывался двигатель, он обнаружил, что при включении EmDrive и при подаче тестового импульса поведение установки несколько отличается. При подаче калибровочного импульса балансир отклоняется почти мгновенно и так же быстро возвращается в исходное положение при выключении. Но при отклонении из-за тяги EmDrive крутильные весы ведут себя более инертно и даже вроде бы какое-то время продолжают увеличивать угол отклонения, когда питание двигателя уже отключено. Комментатор предполагает, что это явно свидетельствует о нагреве и тепловом расширении какого-то элемента установки, который в итоге и влияет на показания весов. Сами же экспериментаторы в статье объясняли такое необычное отклонение балансира особенностями конструкции крутильных весов. Кто из них окажется прав, могут показать только дальнейшие испытания. 

 

Однако если бы невозможный двигатель реально работал, это бы коренным образом изменило космический полет. Конечно, космический аппарат не смог бы подняться с поверхности Земли, используя только тягу EmDrive, тут мы по-прежнему не обошлись бы без химических ракет. Ведь в космосе эффективной может стать даже небольшая тяга, главное, чтобы ее можно было поддерживать длительное время. На сегодняшний день перспективный ионный двигатель на эффекте Холла может обеспечить тягу 60 миллиньютонов на киловатт, что значительно превышает возможности EmDrive. Но запас топлива у него не безграничен. А двигатель Шойера и Фетта, работая постоянно, окажется более эффективным. По словам изобретателей, автоматическая станция с таким двигателем могла бы долететь до Марса за 70 дней или доставить груз в 2000 кг на 0,1 св. года за 15 лет. Звучит фантастически? Но даже если отбросить такие оптимистичные заявления, применение «невозможного» двигателя для корректировки орбит геостационарных спутников позволило бы значительно облегчить их вес, а значит, и стоимость запуска. 

 

Концепт фантастического космического корабля НАСА / ©fineartamerica

 

Но работает ли EmDrive на самом деле? Большая часть научного сообщества уверена, что, скорее всего, нет. Сама история создания EmDrive выглядит весьма ненаучно. Изобретатель, создавший двигатель, и НАСА, проводившие его испытания, предлагают совершенно разные теории, объясняющие принцип его работы. Причем научность этих теорий вызывает большие вопросы. Такая история вполне могла бы произойти в XIX веке, но наше время уже давно не оставляет шансов случайным открытиям в области физики. Теперь эксперимент почти всегда следует за теорией, либо подтверждая ее, либо опровергая. И это далеко не первый случай, когда изобретатель чудо-технологии «барона Мюнхгаузена» пытается убедить весь мир, что уж его метод точно не подведет. Так было и во второй половине 50-х годов, когда появилась машина Дина. Ее создатель Норман Дин уверял, что с помощью пружинок и эксцентриков может победить силу гравитации. Или недавняя история про знаменитую «Гравицапу» – также двигатель без выброса реактивной массы. Это устройство, несмотря на многочисленные протесты Комиссии РАН по борьбе с лженаукой, было отправлено в космос на борту малого научного спутника «Юбилейный». Но, как и следовало ожидать, законы физики никто не отменял, и «Гравицапа» в космосе была лишь балластом. Тем не менее, испытания «невозможного» продолжаются. И пусть это не даст человечеству легкий путь освоения космоса, зато научит аккуратнее проводить испытания и внимательнее искать ошибки измерений. Возможно, EmDrive еще принесет свою пользу научному сообществу, пусть и немного не так, как ожидают его создатели. 

Скопировать ссылку

Двигатель EmDrive | Журнал Популярная Механика

В ноябре 2014 года мы уже писали большую статью про удивительный двигатель EmDrive — медное ведро, которое не требует никакого топлива и при этом каким-то образом вырабатывает энергию. Прошло 2,5 года, двигатель многократно испытали в различных лаборатория 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.

Первую статью можно прочесть здесь.

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.

Что это такое?

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.

Почти как человек: первый робот на Луне

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.

Почти как человек: первый робот на Луне

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).

Что с ним не так?

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.

Двигатель Аппарат Тяга Принцип работы
Ионный двигатель Dawn (3 шт. на борту) 0,030 Н Рабочее тело: ионизированный ксенон
Фотонный двигатель Прототип Y.K. Bae Corp 0,035 Н Рабочее тело: фотоны 500-киловаттного лазера
Солнечный парус IKAROS 0,002 Н Давление частиц солнечного ветра
Жидкостный ракетный двигатель ЖРД F-1 (5 шт. на 1-й ступени РН Saturn V) 6 700 000 Н Топливная пара: керосин, кислород
EmDrive* От 0,00002 до 0,4 Н* Источник тяги (если она есть) неизвестен
* По разным данным, до сих пор не подтверждено.

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.

Почти как человек: первый робот на Луне

Есть, но маленькая?

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.

Почти как человек: первый робот на Луне

Это много или мало?

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.

Почти как человек: первый робот на Луне

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.

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.

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.

Может, они ошибаются?

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.

Почти как человек: первый робот на Луне

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.

Почти как человек: первый робот на Луне

Работает — и ладно?

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.

Статья «То, чего не может быть» опубликована в журнале «Популярная механика» (№2, Февраль 2017).

Двигатель EmDrive

Успешное освоение космоса постоянно требует от человечества изучения и открытия новых технологий, которые позволили бы иметь более мощное оборудование и создавать системы обеспечения жизни экипажа для дальнейших космических полетов. Одной из таких революционных технологий может стать гипотетический электромагнитный двигатель EmDrive, который до недавнего времени считался невозможным. Однако в 2016-м году NASA опубликовало результаты исследования и проведенных экспериментов двигателя, которые доказывают его работоспособность. Следующий шаг американского космического агентства в исследовании данного вопроса – проведение экспериментов над двигателем EmDrive в открытом космосе.

Но начнем по порядку

Принцип работы реактивного двигателя

Прежде всего, кратко рассмотрим принцип работы рядового двигателя ракеты. Есть три наиболее популярных типа ракетных двигателей:

  • Химический – наиболее распространенный тип ракетного двигателя. Его принцип работы следующий: в зависимости от агрегатного состояния топлива (твердотопливный или жидкостный двигатель) тем или иным способом окислитель смешивается с горючим, образуя топливо. После химической реакции — топливо сгорает, оставляя после себя продукты сгорания — быстро расширяющийся разогретый газ. Струя этого газа и выходит из сопла ракеты, формируя так называемое «рабочее тело», представляющее собой ту самую «огненную» струю, которую мы часто наблюдаем, например, в телепередачах или фильмах.
  • Ядерный – тип двигателя, в котором газ (например, водород или аммиак) нагревается в результате получения энергии от ядерных реакций (ядерный распад или синтез).
  • Электрический – двигатель, в котором разогревание газа происходит за счет электрической энергии. Например, термический тип такого двигателя разогревает газ (рабочее тело) при помощи нагревательного элемента, в то время как статический тип – ускоряет движение частиц газа при помощи электростатического поля.

Сборка реактивного двигателя

Корпус такого двигателя обязан состоять из неплавящегося металла.

Независимо от выбора типа двигателя, для его работы потребуется внушительный запас топлива, которое делает космический корабль значительно тяжелее и требует большей мощности от того же двигателя.

Двигатель EmDrive – что это и как работает?

В 2001-м году британский инженер Роджер Шойер предложил новый тип электрического двигателя, принцип которого в корне отличается от принципа работы перечисленных выше двигателей.

Конструкция представляет собой закрытую металлическую камеру (резонатор) в форме усеченного конуса (нечто вроде ведра с крышкой), который имеет определенный коэффициент отражения микроволнового излучения. Подключенный к конусу магнетрон генерирует электромагнитное излучение в микроволновом диапазоне, которое поступает в резонатор и создает там так называемую стоячую волну. За счет резонанса энергия колебания микроволн возрастает.

Как известно, свет, или электромагнитное излучение, оказывает давление на поверхность. По причине сужения камеры в одну сторону, давление микроволн на меньшее основание усеченного конуса – меньше, чем давление на большее основание. Если рассматривать камеру как закрытую систему, то результатом описанного выше эффекта будет лишь нагрузка на материал камеры, причем на одну ее сторону – больше. Однако, создатель концепции двигателя EmDrive утверждает, что данная система является открытой по причине предельной скорости движения электромагнитного излучения («скорость света»).

Зоны тяги, создаваемые частицами

Физический принцип действия такого двигателя не ясен в полной мере. Роджер Шойер убежден, что объяснения данной технологии возможно в рамках всем известной ньютоновской механики. Вероятно, в силу наличия коэффициента отражения микроволнового излучения в камере, некоторая малая часть излучение выходит наружу, за пределы резонатора, что делает систему открытой. В то же время, выход излучения со стороны большего основания усеченного конуса происходит в большей степени по причине большей площади основания. Тогда выходящее микроволновое излучение будет аналогом рабочего тела, которое и создает тягу, движущую космический корабль в обратном направлении от излучаемых микроволн.

В то же время, исследователи НАСА предполагают, что истинна действия двигателя лежит намного глубже, в квантовой механике, в общей теории относительности, согласно которой система является открытой. Максимально упростив теорию, можно сказать, что частицы могут исчезать и рождаться в замкнутом контуре пространства-времени.

Схема двигателя EmDrive

Возможность реализации двигателя подобным методом оценивали несколько научно-исследовательских организаций, в том числе и НАСА.

Результаты экспериментов

В течение 15-ти лет было проведено множество экспериментов. И хотя результаты большинства из них подтверждали работоспособность концепции двигателя, мнение независимых экспертов отличалось от мнения экспериментаторов. Главной причиной опровержения результатов экспериментов является факт неверной постановки и осуществления эксперимента.

Наконец-то за исследования двигателя EmDrive взялось американское космическое агентство, которое обладает достаточными ресурсами для создания эксперимента, способного вынести окончательный вердикт. А именно — экспериментальная лаборатория НАСА – Eagleworks, где был сконструирован прототип двигателя EmDrive. Двигатель помещался в вакуум, где исключена какая-либо тепловая конвекция, и оказалось, что прототип действительно способен выдавать тягу. Согласно недавнему отчету НАСА, в лаборатории удалось получить тягу, имеющую коэффициент мощности 1,2±0,1 мН/кВт. Этот показатель пока значительно ниже, нежели мощность используемых сегодня ракетных двигателей, однако примерно в сто раз выше, чем мощность фотонных двигателей и солнечных парусов.

С выходом отчета об эксперименте, вероятно, эксперимент над двигателем в земных условиях окончен. Дальнейшие эксперименты над EmDrive НАСА планирует провести в космосе.

 

Применение

Принцип работы EmDrive

Наличие подобного двигателя в руках человечества значительно расширяет возможности освоения космоса. Начиная с относительно малого – EmDrive, установленный на МКС, значительно понизил бы запасы топлива на станции. Это позволило бы продлить срок эксплуатации станции, а также в разы сократить грузовые миссии по доставке топлива. Следовательно, сократиться финансирование миссий и поддержка работоспособности станции.

Если рассмотреть рядовой геостационарный спутник, на который будет установлен данный двигатель, то масса аппарата уменьшится более чем в два раза. Подобным образом наличие EmDrive скажется и на пилотируемом космическом корабле, который будет двигаться заметно быстрее.

Если еще поработать над мощностью двигателя, то согласно расчетам, потенциал EmDrive позволяет доставить на Луну шестерых астронавтов и некоторое оборудование, после чего – вернуться на Землю – примерно за 4 часа. Аналогично полет до Марса, с подобной технологией, займет пару-тройку месяцев. Полет же до Плутона займет около двух лет. К слову, станции New Horizons потребовалось на это – 9 лет.

Подводя итоги, следует отметить, что технология EmDrive способна значительно повысить скорость космических кораблей, сэкономить на эксплуатации аппаратов, а также топливе. Кроме того, данный двигатель позволяет человечеству осуществить те космические миссии, которые доселе были на границе возможного.


comments powered by HyperComments

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 3764

Зафиксированную тягу «невозможного двигателя» EmDrive объяснили плохим экранированием

Фотография двигателя EmDrive, подготовленного к монтированию на экспериментальной установке

Martin Tajmar et al.

Исследователи из Дрезденского технического университета измерили тягу «невозможных двигателей», которые не требуют для работы топлива и нарушают закон сохранения импульса, в том числе двигателя EmDrive. Оказалось, что их зарегистрированную экспериментально тягу можно объяснить с помощью неучтенного ранее воздействия магнитного поля Земли, возникающего из-за недостаточно хорошего экранирования приборов. Об этом ученые сообщили на конференции Space Propulsion Conference.

Человечество давно мечтает о межзвездных путешествиях, однако осуществить эту мечту мешает множество технических трудностей. Одна из самых больших трудностей — необходимость нести на борту космического корабля огромную массу топлива, поскольку высокие скорости в космическом пространстве человечество пока что научилось достигать только с помощью реактивной тяги. Чтобы доставить космический корабль к ближайшей звезде — Проксиме Центавра, находящейся на расстоянии около 4,2 световых лет, — за время, сравнимое с человеческой жизнью, потребуется масса топлива, сравнимая с массой Солнца. Конечно, существуют и альтернативные способы разгона космических аппаратов, такие как использование солнечного ветра или лазерного излучения. Например, проект Breakthrough Starshot предлагает запустить к Проксиме Центавра крошечные корабли (массой около одного грамма), которые будут разгоняться за счет солнечного ветра и достигнут звезды в течение двадцати лет. К сожалению, отмасштабировать этот проект на «человеческие» размеры невозможно.

В то же время, существуют и более экзотические типы двигателей, которые могут создавать тягу без реактивной струи. Самый знаменитый из них — это двигатель EmDrive, прототип которого был предложен Роджером Шойером еще в 1999 году. EmDrive состоит из несимметричного резонатора и магнетрона, который направляет в него электромагнитное излучение и возбуждает стоячие электромагнитные волны. В свою очередь, из-за несимметричности конструкции волны создают различное давление на стенки двигателя и являются источником тяги. Работа такого двигателя нарушает закон сохранения импульса, один из фундаментальных законов физики; тем не менее, многочисленные эксперименты утверждают, что тягу EmDrive все-таки создает. Например, в опубликованной в ноябре 2016 года работе инженеры из NASA сообщали о тяге около 80 микроньютонов при приложенной электрической мощности порядка 60 ватт. А в сентябре прошлого года о работающем прототипе двигателя, «невозможного» с точки зрения науки, объявили также китайские исследователи.

На этот раз группа ученых под руководством Мартина Таймара (Martin Tajmar) измеряла тягу «невозможных двигателей» с помощью крутильной установки, которую она последовательно совершенствовала в течение четырех лет. Грубо говоря, принцип работы этой установки напоминает крутильные весы, изобретенные в конце XVIII века и применявшиеся для экспериментальной проверки законов Кулона и Ньютона. Крутильные весы представляют собой уравновешенный рычаг, подвешенный на вертикальной нити; когда на рычаг действуют внешние силы, он поворачивается, и по углу отклонения можно судить о величине приложенных сил. В установке немецких ученых вместо нити используются чувствительные крутильные пружины, которые удерживают камеру с двигателем, а смещение камеры измеряется с помощью лазерного интерферометра. Это позволяет почувствовать силу тяги величиной порядка нескольких микроньютонов.

Фотография (слева) и схема (справа) экспериментальной установки

Martin Tajmar et al.

Разумеется, ученые постарались как можно сильнее уменьшить воздействие внешних сил, которое можно было бы спутать с тягой от «невозможного двигателя». Для этого они установили камеру на отдельном бетонном блоке, подавляющем вибрации фундамента, откачали ее до давления порядка одного паскаля (в сто тысяч раз меньше атмосферного), защитили все важные части установки от внешнего электромагнитного излучения с помощью металлических листов, а также старались не допускать перегревания электроники, контролируя ее температуру с помощью инфракрасных камер. Перед проведением основных экспериментов физики откалибровали установку, чтобы убедиться, что они действительно исключили все внешние факторы. Наконец, при измерениях тяги исследователи поворачивали двигатель внутри камеры, чтобы проверить, не сказываются ли на результатах какие-нибудь неучтенные факторы. В идеальной ситуации, когда таких факторов нет, направление смещения камеры должно быть противоположно направлению тяги двигателя — так, при угле поворота двигателя φ = 0 градусов смещение камеры положительно, при φ = 180 градусов отрицательно, а при φ = 90 вообще отсутствует.

К сожалению, измерения с двигателем EmDrive показали несколько другое поведение. Конечно, при нулевом угле сила тяги достигала четырех микроньютонов при мощности усилителя порядка двух ватт, а при повороте двигателя на 180 градусов смещение меняло знак. Таким образом, получалось, что отношение силы тяги к мощности примерно равно двум миллиньютонам на киловатт, что почти в два раза больше, чем результаты предыдущих экспериментов. Тем не менее, при φ = 90 градусов физики все так же регистрировали смещение камеры, хотя оно должно было отсутствовать. Более того, при подавлении силы электромагнитных колебаний внутри двигателя почти в сто тысяч раз величина тяги практически не изменялась. Это значит, что в действительности наблюдаемая в эксперименте тяга была связана не с двигателем, а с неучтенными внешними факторами.

Результаты измерений тяги двигателя EmDrive при φ = 0 градусов (a), φ = 180 градусов (b), φ = 90 градусов (d) и при φ = 0 градусов, но подавлении электромагнитных волн в резонаторе (c). Красным отмечена мощность усилителя, черным — измеренная тяга

Martin Tajmar et al.

В качестве таких факторов может выступать магнитное поле Земли. Физики замечают, что они экранировали все участвующие в эксперименте электронные приборы и использовали коаксиальные кабели везде, где только можно, однако поле все равно могло проникнуть внутрь установки через места их соединений. Конечно, оно должно было сильно ослабиться, однако величина измеренной тяги так мала, что ее вполне можно списать на этот эффект. В самом деле, напряженность магнитного поля Земли примерно равна 50 микротесла, а сила тока, питающего усилитель, достигала двух ампер. Используя закон Ампера, легко рассчитать, что в таких условиях тягу около двух микроньютон может создать участок провода длиной всего два сантиметра. Для устранения этой силы следует экранировать усилитель и камеру одновременно, увеличивая размер металлической клетки Фарадея. Авторы статьи подчеркивают, что во всех предыдущих измерениях тяги EmDrive такое экранирование не производилось, а потому их результаты следует тщательно перепроверить.

Наряду с EmDrive исследователи проверили с помощью аналогичной установки еще один двигатель, создающий тягу без использования топлива — так называемый двигатель Маха (Mach Effect Thruster), предложенный Джеймсом Вудвардом в 1990 году. Работа этого двигателя полагается на принцип Маха, утверждающий, что инерционная масса тела возникает только за счет гравитационного взаимодействия со всеми остальными телами Вселенной. Как показал Вудвард, это взаимодействие можно немного изменить, если заставить колебаться отдельные части тела — в результате масса тела тоже будет колебаться, и подбирая частоту колебаний специальным образом, можно создать тягу. Разумеется, работа двигателя Маха также противоречит закону сохранения импульса. Как и в случае с EmDrive, измерения немецких ученых показали наличие тяги порядка 1,2 микроньютона, однако зависимость величины тяги от угла поворота двигателя снова свидетельствовала в пользу внешнего происхождения этой силы. Таким образом, достоверно подтвердить работу «невозможных» с точки зрения современной науки двигателей ученым не удалось.

Результаты измерений тяги двигателя Маха при φ = 0 градусов (a), φ = 180 градусов (b), φ = 90 градусов (c), а также угле при φ = 0 градусов, но с развернутой на 180 градусов камерой (d). Красным отмечена мощность усилителя, черным — измеренная тяга

Martin Tajmar et al.

Вообще говоря, ученые очень любят искать эффекты, нарушающие известные законы природы, поскольку они позволяют построить более полную теорию, которая лучше согласуется с реальностью. К сожалению, зачастую сенсационные открытия оказываются «пустышкой». Например, так произошло со «сверхсветовыми» нейтрино эксперимента OPERA, время полета которых было занижено из-за недостаточно хорошо соединенных кабелей. Или с «загадкой радиуса протона», в которой расхождение возникало из-за неучтенных эффектов квантовой интерференции. Или с двухфотонным пиком, оказавшимся впоследствии простым статистическим отклонением. Тем не менее, современная физика все еще не может объяснить некоторые эффекты — например, различие между временами жизни свободных нейтронов, измеренных разными способами. Это оставляет надежду на то, что рано или поздно более совершенная теория будет построена.

Дмитрий Трунин

НАСА доставит человека на Марс за 10 недель, двигатель EМ Drive прошел успешные испытания.

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

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

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.

Испытания двигателя EM-Драйв.

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).

Секретный двигатель – оружие НАСА для скоростных путешествий.

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.

Что такое ЕМдрайв?

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.

все, что Вам нужно знать о двигателе на электромагнитной тяге

Экология познания.Наука и техника: EmDrive относится к категории гипотетических машин, использующих в своей работе модель «РЧ тягового полостного резонатора», 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.

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.

Космический корабль с двигателем на электромагнитной тяге

Итак, все что вам нужно знать о «невозможном» двигателе мы попытались изложить в одной непродолжительной статье, поехали.

ЧТО ТАКОЕ EMDRIVE?

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.

ПРИНЦИП РАБОТЫ EMDRIVE

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).

Схема одного из рабочих прототипов EmDrive

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.

Роджер Шойер и его

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 оположительном 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.

ЧЕМ НАМ «СВЕТИТ» EMDRIVE

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 эффективныхавтомобилей – 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.

Двигатель на электромагнитной тяге прототип EmDrive

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 свойобвинительный 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.

Первый прототип EmDrive

Двигатель EmDrive был воспринят многими с воодушевлением, среди них – вебсайтNASASpaceFlight.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 наземноготранспорта и перевернуть современную науку с ног на голову. А пока большинство ученых склонны относить EmDrive к категории научной фантастики. опубликовано econet.ru

EmDrive дает тягу из-за плохого экранирования / Habr

В течение нескольких лет ученые ведут обсуждение «невозможного двигателя» EmDrive, который дает «лишнюю» тягу, которая берется как бы из ниоткуда. Его многократно проверяли, как обычные энтузиасты, так и ученые из НАСА. Каждый раз оказывалось, что двигатель хотя бы и очень малую тягу, но дает. И это каждый раз вызывало удивление и непонимание экспертов.

На днях стало известно о результатах проверки «невозможных» двигателей (не только EmDrive) со стороны ученых из Дрезденского технического университета. Результаты неутешительны для тех, кто уже собирался лететь на EmDrive к звездам. Ученые, проводившие эксперименты, уверены, что тяга возникает из-за плохого экранирования двигателя.

EmDrive был представлен широкой общественности в 1999 году Роджером Шойером. На Geektimes он неоднократно описывался. В частности, говорилось, что конструкция двигателя — это несколько элементов, включая несимметричный резонатор и магнетрон. Последний направляет на резонатор электромагнитное излучение, провоцируя появление стоячих электромагнитных волн. Из-за того, что конструкция несимметрична, волны создают разное давление на стенки двигателя и дают тягу.

Ранее утверждалось, что работа двигателя нарушает закон сохранения импульса. Два года назад НАСА опубликовало результаты исследования двигателя. Тогда ученые выяснили, что в случае подведения электрической мощности в 60 Вт двигатель дает тягу около 80 микроньютонов. После того, как столь авторитетная организация опубликовала такие результаты, с ними уже мало кто хотел спорить, хотя до этого момента большое количество ученых подвергали сомнению существование тяги.

Относительно недавно к хору голосов, ратующих за «двигатель нового типа» присоединились и китайцы, которые заявили, что EmDrive работает. Тем самым они подтвердили результаты опытов их коллег из НАСА. Сообщалось даже, что ученые из КНР решили испытать двигатель на орбите Земли.

Сейчас возможности двигателя решили изучить специалисты под руководством Мартина Таймара из Дрезденского университета. Они использовали для измерения тяги двигателей при помощи специализированной установки, разработанной более четырех лет назад и с тех пор непрерывно совершенствующейся. Это нечто вроде крутильных весов, которые были изобретены в конце XVIII века, их использовали для проверки и измерений законов Кулона и Ньютона. Правда, если в обычных крутильных весах использовалась нить, то в разработке немцев установлены чувствительные крутильные пружины, удерживающие камеру с двигателем. Смещение камеры измеряется при помощи лазерного интерферометра.

Точность устройства настолько высока, что оно позволяет зафиксировать силу тяги величиной в несколько микроньютонов. Для того, чтобы обеспечить чистоту экспериментов, ученые решили снизить до минимума влияние факторов, которые могли бы дать лишнюю тягу. Для этого двигатель поместили в условия почти полного вакуума, установили систему мониторинга микроклимата установки и защитили двигатель от наводок при помощи дополнительных экранов.

Несмотря на все принятые меры предосторожности двигатель продолжал работать, его тяга составила около 4 микроньютонов. Это даже несколько больше, чем показывали результаты нескольких других экспериментов. Но проблема в том, что были зафиксированы и смещения камеры. Хуже всего для стройной теории «невозможного двигателя» то, что тяга сохранялась даже в том случае, если электромагнитные колебания внутри подавлялись.

По мнению специалистов все это потому, что никакой неучтенной тяги нет, а проблема — с внешними факторами, пускай и малозаметными. Один из факторов — магнитное поле Земли. Выше уже говорилось, что несмотря дополнительную защиту двигателя экранами тяга все равно появлялась. Поэтому и был сделан вывод о тяге в качестве проявления воздействия магнитного поля Земли.

Кроме EmDrive испытывались и другие двигатели, включая двигатель Маха, который был предложен Джеймсом Вудвартом в 1990 году. Здесь для работы используются принцип, что инерционная масса тела возникает лишь за счет гравитационного взаимодействия со всеми телами Вселенной. Взаимодействие изменяется в том случае, если колеблются отдельные части тела, что позволяет колебаться и массе тела. Если подобрать изменения установив определенный порядок, можно добиться тяги. Тяга получилась тоже небольшой — что-то около 1,2 микроньютона. Но как оказалось величина тяги все равно зависела от угла поворота двигателя, что указывает на наличие внешних факторов, как и в случае с EmDrive.

Пока что доказательства «неработоспособности» двигателей являются лишь косвенными, но ученые работают над тем, чтобы ознакомить со своим трудом других коллег. Многие ученые и раньше высказывались в отношении работы EmDrive в том духе, что несмотря на то, что внешний фактор, который обеспечивает «лишнюю» тягу, пока не найден, вся конструкция не может нарушать законы физики. Речь идет либо о погрешности, либо о том самом неучтенном факторе. Единороги — не существуют, как бы нам того ни хотелось.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *