Ем драйв двигатель новости: Наука: Наука и техника: Lenta.ru

Содержание

Наука: Наука и техника: Lenta.ru

Ученый Чен У из Института механики Китайской академии наук предложил свое объяснение того, почему двигатель EmDrive, принцип работы которого вызывает споры у специалистов, не нарушает законы физики. Поясняющая заметка принята к публикации в рецензируемый журнал Acta Astronautica.

Специалист обратил внимание на изначальное объяснение работы EmDrive, предложенное создателем агрегата британцем Роджером Шойером. В нем для расчета тяги, развиваемой EmDrive, учитываются только две вертикальные силы, но пренебрегается влиянием сил, имеющих горизонтальные составляющие.

Учет последних, по мнению У, позволяет избежать противоречия, связанного с кажущимся нарушением EmDrive закона сохранения импульса. Неучтенный Шойером вклад в таком случае математически сводится к поверхностному интегралу от вектора Умова — Пойнтинга (вектору плотности потока энергии электромагнитного поля), а физически — к радиационному давлению на боковые стенки полости EmDrive.

Чен У отмечает, что в силу ее осевой симметрии горизонтальные и вертикальные вклады ранее неучтенных сил в среднем компенсируют друг друга, однако в течение коротких промежутков времени, порядка 10 наносекунд, возможно нарушение равновесия.

Концептуально двигатель EmDrive состоит из магнетрона, генерирующего микроволны, и резонатора, накапливающего энергию их колебаний. Внешне агрегат напоминает ведро. Конструкция, предложенная впервые в 1999 году Шойером, позволяет, по его словам, преобразовывать излучение в тягу.

Материалы по теме

00:07 — 31 октября 2016

В ноябре 2016 года группа ученых из НАСА опубликовала статью об EmDrive в реферируемом журнале Journal of Propulsion and Power. Там сообщается, что EmDrive в вакууме развивает тягу в 1,2 миллиньютона на киловатт. Рецензенты не смогли найти ошибок в конструкции испытательного стенда и агрегата, а авторы работы — обратной силы, отвечающей на развиваемую EmDrive реактивную тягу, которая должна присутствовать в соответствии с законом сохранения импульса.

Законы сохранения являются следствием свойств симметрии пространства-времени. Например, закон сохранения импульса есть отражение однородности пространства — равноправности его свойств вне зависимости от выбранной в нем точки, а закон сохранения энергии — однородности времени.

Больше важных новостей в Telegram-канале «Лента дня». Подписывайтесь!

Инженер NASA предложил новый вариант «невозможного» двигателя

Сотрудник Центра космических полетов имени Маршалла NASA Дэвид Бёрнс (David Burns) предложил концептуальную схему двигателя для космических путешествий, который не
использует реактивную тягу и должен приводить к нарушению закона сохранения
импульса. Принцип работы заключается в использовании релятивистской поправки к импульсу
быстро движущегося тела, говорится в презентации, размещенной на сервере NASA для технических отчетов.

Все используемые сегодня в
космической индустрии двигатели являются реактивными — они ускоряются за
счет выбрасывания струи вещества в противоположную от направления движения сторону. Обычно применяются
химические двигатели, в которых выбрасываются продукты реакции топлива и окислителя. Также используются
ионные двигатели, в которых тягу создают ускоренные в электромагнитных полях ионы, но их тяга невелика.

Несколько лет назад
активно обсуждался «невозможный» двигатель EmDrive. Его основными компонентами
были медный резонатор в виде усеченного конуса и источник микроволнового
излучения — магнетрон. По утверждениям создателей, несимметричная форма
резонатора приводила к установлению внутри специфических электромагнитных колебаний,
которые оказывали на широкое основание чуть большее давление, чем на узкое, в
результате чего возникала тяга. На данный момент окончательного решения по
поводу работоспособности установки нет, но в большинстве исследований не удалось обнаружить заявленного эффекта.

Дэвид Бёрнс опубликовал схему совсем иного
двигателя, функционирование которого с точки зрения закона сохранения
импульса также спорно. Принцип работы заключается в использовании
релятивистской поправки к импульсу при движении с околосветовой скоростью,
которая должна позволять телу внутри двигателя периодически оказывать различающееся давление на противоположные стенки.

Принцип работы нового
двигателя можно понять из классического аналога — грузика внутри коробки. Если
грузик без трения движется внутри полости и отражается от ее стенок, то он
периодически отдает им импульс. Однако законы механики Ньютона запрещают при
этом двигаться центру масс системы — если смотреть снаружи, то коробка будет
совершать колебательные движения около положения равновесия.

Однако если представить
ситуацию, что свойства грузика меняются в зависимости от направления движения,
то он сможет оказывать на противоположные стенки разное воздействие, которое
будет со временем суммироваться и постепенно ускорять всю систему. В
классической физике такое явление невозможно, но Бёрнс предлагает обойти это
ограничение за счет эффектов Специальной теории относительности.

Согласной этой теории,
импульс тела равен не только произведению массы на скорость, также необходимо
умножить эту величину на гамма-фактор, который при небольших скоростях очень
близок к единице, но при стремлении к скорости света возрастает. Согласно
концепции, грузик должен быть заменен на кольцо из ионов, которые надо ускорять
при движении всего пучка в одном направлении и замедлять в противном случае. При
этом установка становится похожа на ускоритель частиц с магнитным полем, из-за
чего траектории частиц примут спиральный вид. Это обстоятельство легло в основу
авторского названия «спиральный двигатель» (Helical Engine).

Для оценки тяги двигателя
Бёрнс приводит результаты моделирования для конкретных параметров. В этом
примере длина полости составляет 120 метров, малый радиус, на котором вращаются
ионы после замедления, — примерно 3,2 метра, а большой — 3,5 метра. В симуляции
использовались альфа-частицы (ядра гелия), скорость которых менялась от 99 до
99,05 процентов скорости света, что соответствует гамма-факторам 7,09 и 7,26.
Всего в пучке было примерно 1,6 × 1012 частиц, а магнитное поле составляло от 13,16
до 13,79 тесла. В результате работы такого двигателя по утверждению Бёрнса
получается суммарная тяга около одного ньютона при суммарном энергопотреблении
в 165 мегаватт.

В заключении автор пишет,
что его идея фактически представляет собой запуск в космос синхротрона,
потребляющего мегаватты энергии для генерации крошечной тяги, что не является
достаточным обоснованием для постройки. Однако потенциально система обладает
чрезвычайно высоким удельным импульсом, что теоретически позволяет ей
ускоряться почти до скорости света. При этом вопрос с законом сохранения
импульса Бёрнс оставляет без ответа: он предполагает, что он может уноситься в
виде излучения, но окончательной ясности нет.

Ранее с нулевым результатом завершился проект Google по воспроизведению экспериментов в области холодного ядерного синтеза.

Тимур Кешелава

Китай создал EM Drive? Эксперты очень сомневаются

После некоторого затишья, новости о «невозможном электромагнитном двигателе» возвращаются. Исследователи из китайского космического агентства опубликовали через местные новостные агентства видео, на котором показан предположительно функционирующий электромагнитный двигатель (EM Drive). Действительно ли китайцам удалось сотворить невозможное? Давайте не будем делать поспешных выводов, по крайней мере так скоро, как это сделал Китай.

Для начала давайте вспомним, что нам известно об EM Drive на данный момент. До вышеуказанных новостей из Китая СМИ сообщали как минимум о двух предположительно прорывных достижениях, связанных с созданием электромагнитного двигателя. Источником одного из них было аэрокосмическое агентство NASA, опубликовавшее рецензию на работу, в которой заявляется о том, что электромагнитный двигатель действительно работает, по крайней мере в теории.

Выводы, разумеется, подверглись определенной доли скептицизма со стороны некоторых экспертов и в лучшем случае были восприняты неоднозначными и противоречивыми. Почему так, разберем чуть ниже. Затем последовали новости из Китая, в которых заявлялось, что эксперты доказали работоспособность EM Drive и в настоящий момент начали проведение испытаний одного из них. В последнем же опубликованном видео рассказывается о том, что результаты этих испытаний оказались успешными.

Конструкция EM Drive

Что такое EM Drive? Также известный как радиочастотный резонатор с ускоряющим полем, EM Drive предположительно способен генерировать тягу без использования какого-либо вида топлива. Эту электромагнитную тягу создают ударяющиеся о стенки специальной камеры микроволны. Кроме того, общий импульс, создаваемый EM Drive, предположительно постоянно будет увеличиваться с его движением, что в теории позволит космическому аппарату развивать очень высокую скорость.

Интерес к подобной технологии абсолютно понятен. Ведь в перспективе это может открыть дорогу к дешевым космическим полетам, а также более быстрым космическим путешествиям. Однако есть одно «но». Физика, согласно которой этот EM Drive работает, идет в противоречие третьему закону движения Ньютона – для каждого действия есть эквивалентная и обратная реакция, которую в нашем случае в космосе невозможно создать без топлива.

«Действие и реакция на это действие являются прямым результатом сохранения импульса», — говорит Брайс Кассенти, эксперт в разработке продвинутых пропульсивных систем из Университета Коннектикута.

«Нарушение такого основополагающего закона, как сохранение импульса, приведет к лишению значительной части основы для всей той физики, что нам известна».

Несмотря на все наше желание получить устройство, которое может произвести настоящую революцию в космических путешествиях и позволит нам добраться до Марса и за его пределы гораздо быстрее, чем возможно сейчас, маловероятно, что этим устройством будет именно электромагнитный двигатель. Как и не будет таким устройством варп-двигатель, в качестве которого некоторые СМИ по ошибке приняли EM Drive. Варп-двигатель и EM Drive – совершенно разные вещи.

К сожалению, пока варп-двигатель остается возможным лишь в реалиях научной фантастики, позволяя путешествовать по космосу быстрее скорости света путем огибания ткани пространства-времени.

«Основополагающая база всех научных знаний говорит нам о том, что это невозможно, особенно с учетом теории относительности Эйнштейна», — комментирует NASA.

Без наличия EM Drive и явной невозможности, по крайней мере в ближайшем (и, скорее всего, в отдаленном) будущем, создать варп-двигатель единственное, на что нам приходится полагаться – это консервативные пропульсивные реактивные технологии. Именно они, скорее всего, позволят человеку добраться до Марса и за его пределы. Для этого, как говорят специалисты, нужно лишь начать создавать большие, действительно большие ракеты с тяговыми установками очень большой мощности. И этим как раз сейчас занимаются в NASA и таких частных компаниях, как SpaceX, которая обещает, что ее ракета Interplanetary Transport System сможет доставлять людей до Марса всего за 80 дней. А по мнению главы компании Илона Маска, у реактивных технологий еще остался большой запас потенциала. Реализовав его, можно будет сократить время полета до нашего планетарного соседа всего до 30 дней.

Может, это и не выглядит быстрее света, или по крайней мере так же быстро, как приписывают EM Drive, но это более реалистичный вариант, который к тому же не становится в противоречие перед фундаментальными законами физики.

Em-Drive — эфирный двигатель, опровергающий законы физики