Emdrive принцип действия: Найдено простое объяснение принципа работы невозможного двигателя “EmDrive”

Содержание

Найдено простое объяснение принципа работы невозможного двигателя “EmDrive”

Научная группа Дрезденского технического университета (Германия), возглавляемая профессором Мартином Таймаром, не нашла убедительных свидетельств работоспособности модели двигателя EMDrive. Соответствующее исследование представлено в мае 2018 года на конференции Space Propulsion 2018 в Севилье (Испания). Эксперименты, проведенные учеными в рамках проекта SpaceDrive, продемонстрировали наличие у EMDrive небольшой «тяги», величина которой оказалась сопоставима с погрешностью измерений. Специалисты полагают, что «тяга» у модельного двигателя обусловлена возникновением сил Лоренца, порожденных действием магнитного поля Земли на находящиеся под током кабели электрического усилителя, питающего EMDrive.

Воспользуйтесь нашими услугами

«Это четко показывает, что “тяга” происходит не от EMDrive, а некоторого электромагнитного взаимодействия. Несмотря на то, что мы использовали как можно больше закрученных или коаксиальных кабелей, в конечном итоге некоторые магнитные поля проникали через наши кабели и разъемы», — пишут авторы.

На конференции ученые также рассказали о проверке эффекта Вудворда, существование которого также не получило убедительных доказательств. Немецкие специалисты заявили, что продолжат исследования в рамках SpaceDrive.

EmDrive представляет собой устройство в форме конуса из магнетрона (генерирующего микроволны) и резонатора (накапливающего энергию их колебаний). Такая конструкция позволяет, по словам создателей, преобразовывать излучение в тягу.

Установка из-за противоречивых результатов испытаний встречает неоднозначную реакцию в научных кругах, поскольку ее действие при наивном рассмотрении предполагает нарушение законов сохранения.

Испытания EmDrive, проведенные в июне 2015 года Таймаром, также не смогли подтвердить (или опровергнуть) работоспособность модельного двигателя.

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).

Такой принцип движения в корне отличается от того, что используют современные космические корабли, сжигающие огромное количество топлива для производства энергии, подымающей в небо массивные аппараты. Одной из метафор, раскрывающих суть «невозможности» такой технологии, может также стать предположение, что сидящий в салоне незаведенного автомобиля водитель способен сдвинуть его с места – всего лишь надавив, как следует, на рулевое колесо.

Несмотря на то, что было проведено несколько успешных тестов экспериментальных прототипов – с очень небольшим, порядка нескольких десятков мкН, выделением энергии (вес мелкой монеты) – итоги ни одного из исследований не были опубликованы в каком-либо рецензируемом журнале. Это значит, что к любым положительным результатом нужно относится с долей здорового скептицизма, который допускает, что зафиксированная тяга могла быть неучтенной силой или ошибкой аппаратуры.

Пока технология не получила соответствующего научного подтверждения, логично было бы предположить, что EmDrive, на самом деле, не работает. Однако есть множество людей, которые опытным путем доказали, что «невозможный» электромагнитный двигатель все-таки работает:

В 2001 году Шойер получил от британского правительства грант в размере £45 000 на тесты для EmDrive. Он заявил, что в ходе испытаний была получена тяга силой 0,016 Н и для этого потребовалось 850 Вт энергии, однако не одна экспертная оценка не подтвердила результат. Причем цифры были настолько малы, что легко могли сойти за погрешность измерительной техники.

В 2008 году группа китайских ученых Северо-западного политехнического университета во главе с Ян Хуаном (Yang Juan), по их заявлению, подтвердила дееспособность технологиисоздания тяги за счет электромагнитного резонанса и позднее разработала свою собственную рабочую модель двигателя. С 2012 по 2014 год было проведено несколько удачных тестов, в которых удалось получить тягу силой 750 миллиньютон при затраченных на это 2500 ватт энергии.

В 2014 году исследователи NASA протестировали свою модель EmDrive, причем испытания проходили также и в условиях вакуума. И снова ученые отрапортовали об успешном эксперименте (они зафиксировали тягу в 100 мкН) результаты которого, опять, не были подтверждены независимыми экспертами. В тоже время, другая группа ученых космического агентства весьма скептично отозвалась о работе коллег – однако, ни опровергнуть, ни подтвердить возможность технологии так и не смогла, призвав к проведению более глубоких исследований.

В 2015 году эта же группа NASA протестировала другую версию двигателя Cannae Drive (бывший Q-drive), созданную инженером-химиком Гвидо Фетта (Guido Fetta) и заявила о положительном результате. Практически в одно время с ними, немецкие ученые из Дрезденского технологического университета также опубликовали результаты, в которых предсказуемо подтвердили наличие «невозможной» тяги.

И уже в конце 2015, еще один эксперимент от НАСА, проведенный группой Eagleworks (космический центр имени Джонсона) окончательно подтвердил состоятельность технологии. Тестирование проводилось с учетом предыдущих ошибок и, тем не менее, результаты оказались положительными – двигатель EmDrive производит тягу. В то же время, исследователи допускают, что обнаружились новые неучтенные факторы, одним из которых может быть тепловое расширение, ощутимо влияющее на устройство в условиях вакуума. Будет ли передана работа на рассмотрение экспертам или нет, ученые из Исследовательского центра Гленна, Кливленд, штат Огайо, Лаборатории реактивного движения НАСА и Лаборатории прикладной физики университета Джонса Хопкинса уверены, что продолжать эксперименты стоит.

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 эффективных автомобилей – такую широкую сферу применения пророчат новому устройству. Но главным, по-настоящему революционным последствием его внедрения являются невообразимые горизонты, которые открываются для космических путешествий.

Потенциально, корабль, оснащенный двигателем EmDrive, способен добраться до Луны всего за несколько часов, до Марса – за 2-3 месяца и до Плутона – примерно за 2 года (для сравнения: на то, чтобы долететь до Плутона зонд New Horizons потратил более 9 лет). Это достаточно громкие заявления, однако, если выяснится, что технология имеет под собой реальное основание, эти цифры не будут настолько фантастическими. И это с учетом, того что нет нужды перевозить тонны горючего, производство космических аппаратов станет более простым, а сами они будут намного легче и значительно дешевле.

Для НАСА и подобных организаций, включая множество частных космических корпораций вроде SpaceX или Virgin Galactic легковесный и доступный корабль, способный быстро добираться до самых отдаленных уголков Солнечной системы, является вещью, о которой пока можно только мечтать. Тем не менее, для реализации технологии, науке еще придется потрудиться.

В то же время, Шойер твердо убежден, что для того, чтобы объяснить, как работает EmDrive, не требуется никаких псевдонаучных или квантовых теорий. Наоборот, он уверен, что технология не выступает за рамки действующей модели ньютоновской механики. В подтверждение своих слов он написал несколько статей, одна из которых сейчас находится на рецензировании. Ожидается, что документ будет опубликован в этом году. Вместе с тем, его прошлые работы подверглись критике за некорректные и непоследовательные научные изыскания.

Несмотря на его настойчивые утверждения о том, что двигатель работает в пределах существующих законов физики, Шойер умудряется делать и несколько фантастичные предположения относительно EmDrive. Например, он заявил, что новый двигатель работает за счет варп-поля и именно поэтому последние результаты NASA были успешными. Такие выводы привлекли массу внимания онлайн сообщества. Однако, опять-же, на сегодняшний день нет прозрачных и открытых подтверждающих данных, и для того чтобы технологию восприняла официальная наука нужно провести еще не одно глубокое исследование.

Колин Джонсон (Colin Johnston), сотрудник Планетария Арма, написал объемную статью, в которой раскритиковал EmDrive и неубедительные результаты множества проведенных экспериментов. Кроме того, Кори С. Пауэлл (Corey S. Powell) из Discovery, вынес свой обвинительный вердикт для двигателей EmDrive и Cannae Drive, точно также, как и для исследований NASA. Профессор математики и физики Джон С. Баэз вообще назвал концепцию этой технологии «вздором» и его заключения отражают настроения многих ученых.

Источник: https://lenta.ru/, digitaltrends.com

Воспользуйтесь нашими услугами

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

Техника: Наука и техника: Lenta.ru

Обычная ракета приводится в движение за счет реактивной тяги, возникающей вследствие потери аппаратом части своей массы. Однако двигатель EmDrive создает тягу, но не производит выбросов каких-либо частиц. Это означает, что он нарушает закон сохранения импульса. Предложено немало объяснений физических принципов работы этого устройства. «Лента.ру» рассказывает о двух последних.

Двигатель EmDrive представляет собой устройство из магнетрона (генерирующего микроволны) и резонатора (накапливающего энергию их колебаний). Внешне агрегат напоминает положенное на бок ведро. Такая конструкция позволяет, по словам создателей, преобразовывать излучение в тягу. Развиваемая EmDrive тяга имеет порядок долей микроньютона или миллиньютона. Из резонатора двигателя при его работе не зафиксированы выбросы фотонов или других частиц — то, что объяснило бы возможное появление тяги и выполнение закона сохранения импульса.

Прототип силовой установки впервые продемонстрировал в 2002 году инженер Роджер Шойер. С тех пор EmDrive привлек внимание многих ученых, инженеров и энтузиастов. Большинство экспериментов обнаружило небольшую тягу и не смогло подтвердить или опровергнуть работоспособность агрегата. Это связано с предельной точностью измерений тяги и недостаточным учетом флуктуаций (в том числе тепловых).

Cвою версию объяснения работы двигателя EmDrive предложил физик Майкл Маккалош из Плимутского университета (Великобритания). Ученый предположил существование модифицированной массы фотона, обусловленной эффектом Унру — появлении теплового излучения в ускоренно движущейся системе отсчета при его отсутствии в инерциальной (то есть движущейся равномерно и прямолинейно, в частности, покоящейся). Это явление носит квантовый характер, связано с перестройкой физического вакуума и является, по-видимому, единственным приемлемым объяснением механизма излучения черных дыр, впервые описанного Хокингом.

Материалы по теме

00:01 — 11 апреля 2016

У основания резонатора излучение Унру имеет меньшую длину волны, а у вершины — большую. Эта разница обусловлена различием эффективных масс фотонов. К движению полости EmDrive в направлении ее вершины, по мнению Маккалоша, приводит именно закон сохранения импульса. Физик привел расчеты тяги, которую способен развивать EmDrive согласно представленной им теории. Предсказываемые ею значения тяги составляют 3.8, 149, 7.3, 0.23, 0.57, 0.11, 0.64 и 0.02 миллиньютона. По порядку это совпадает со значениями, измеренным ранее другими специалистами в ходе экспериментов с EmDrive (16, 147, 9, 0.09, 0.05, 0.06, 0.03, и 0.02 миллиньютона).

Кроме того, что работа Маккалоша позволяет получить порядки значений тяги EmDrive, она предполагает два опыта, позволяющие проверить справедливость теории ученого. Во-первых, в случае, если длина оси полости равна диаметру малого основания (вершины), то развиваемая EmDrive тяга будет иметь противоположное направление. Во-вторых, введение диэлектрика в полость повышает тягу.

Демонстрационный образец EmDrive развивает тягу 96 миллиньютонов при входной мощности 334 ватт

Гипотеза Маккалоша использует собственную теорию о ненулевой инертной (то есть обусловленной не тяготением, а движением) массе фотона. Кроме того, в работе ученого предполагается, что скорость света внутри полости меняется (по крайней мере, эффективно). Эти предположения противоречат современной физике и, вероятно, с трудом найдут понимание ученых.

Другое объяснение работы EmDrive предложили финские физики. Возникновение тяги в двигателе они объяснили деструктивной интерференцией микроволн (то есть их гашением — наложением колебаний с противоположными фазами). Это приводит к выделению из множества всех частиц в резонаторе EmDrive пар фотонов, находящихся в противофазе друг с другом. Они, по мнению ученых, и уносят импульс в сторону, обратную к наблюдаемому в экспериментах движению агрегата.

Взаимодействие таких фотонов приводит к появлению электромагнитной волны с нулевой поляризацией, которая тем не менее переносит импульс. Природу явления удобно пояснить на примере деструктивной интерференции волн на поверхности воды. В этом случае минимум одной волны накладывается на максимум другой, и, несмотря на наличие волн, на поверхности воды их не заметно. В случае, рассматриваемом финнами, возникает ситуация, когда в полости как будто нет электромагнитных волн (они гасят друг друга), но есть движение фотонов (а значит, и перенос импульса).

Проверить наличие волн в EmDrive, по мнению физиков, можно, однако это потребует слишком тонких экспериментов все с той же интерференцией. По мнению ученых, тягу производят волны, длина которых не кратна расстоянию между стенками полости. Направление тяги определяется асимметричной геометрией полости EmDrive. Если бы она была симметричной (например, строго цилиндрической, а не конусообразной), тяги бы не возникло. Ученые отмечают, что любая асимметричная полость EmDrive способна воспроизвести тягу. В этом смысле работа финских физиков подтверждает выводы Маккалоша о важности геометрии резонатора для создания тяги двигателя.

Ее величина не может превышать значения, определяемого разностью объемной плотности энергий микроволн внутри полости и вакуума вне ее. КПД двигателя зависит нелинейным образом от мощности микроволнового источника, а также формы и материала полости EmDrive. Ученые осторожно отмечают, что их объяснение работы EmDrive наверняка не является окончательным и следует из переосмысления представлений о физическом вакууме (все том же эффекте Унру), правда, не столь радикального, как у Маккалоша.

Несмотря на ничтожно малую тягу, двигатель EmDrive позволил бы небольшому космическому кораблю достигнуть края Солнечной системы не за несколько десятилетий, а за несколько месяцев. В случае работоспособности агрегата он бы позволил за короткое время и небольшие деньги детально исследовать все планеты и их спутники.

Материалы по теме

00:06 — 18 апреля 2016

Экспериментальные проверки EmDrive не позволяют сделать однозначных выводов о работоспособности двигателя.

Испытания EmDrive, проведенные в июне 2015 года Мартином Таймаром из Германии, не подтвердили и не опровергли работоспособность силовой установки. Инженер Пол Март из Космического центра Джонсона НАСА в октябре того же года заявил о работоспособности двигателя.

Публикации статей об агрегате в рецензируемых научных журналах сопряжена с трудностями, связанными с недостаточной экспериментальной проверкой агрегата и сомнительными теоретическими объяснениями принципов его работы.

это все фотоны / Хабр

Финские ученые считают, что EmDrive не нарушает закон сохранения импульса

Эпопея с так называемым «невозможным» двигателем EmDrive на электромагнитных волнах продолжается. На данный момент ряд известных ученых и научных организаций подтвердили работоспособность EmDrive. Двигатель представляет собой систему, состоящую из резонатора (металлический усеченный конус) и магнетрона. Двигатель работает, это факт. Каким образом? Такая система каким-то образом создает тягу под влиянием электромагнитного излучения. Существует несколько гипотез, объясняющих появление тяги. Пока что ни одна гипотеза не была доказана. Собственное объяснение принципа работы EmDrive в этом месяце предложили финские ученые.

По их мнению, образование тяги в этой системе объясняется определенным типом интерференции волн, а именно — деструктивной интерференцией. Под конструктивной интерференцией понимается такой тип комбинирования отраженных волн при резонансе, когда происходит усиление волнами друг друга. В случае деструктивной интерференции максимумы одних волн приходятся на минимумы других, при этом резонанс отсутствует. Если речь идет о волнах на воде, то при деструктивной интерференции они накладываются друг на друга, и поверхность воды выглядит спокойной.


Можно привести и другой пример, с электронами. Так, интерференция рамановских переходов электрона различной степени нелинейности является деструктивной.

А причем здесь фотоны?

По мнению физиков из Финляндии, в резонаторе этого двигателя из большого количества всех частиц выделяются пары фотонов, которые находятся в противофазе друг с другом. Такие пары,

считают ученые

, уносят импульс в сторону, противоположную движению двигателя. Взаимодействие этих фотонов приводит в возникновению электромагнитной волны с нулевой поляризацией. Но импульс эта волна все же переносит.

«Принцип работы EmDrive можно сравнить с принципом работы реактивного двигателя самолета, когда газы, двигающиеся в одном направлении, толкают самолет в противоположном направлении», — говорит Арто Аннила (Arto Annila), представитель команды ученых из Финляндии. «Микроволновое излучение — это топливо, которое уходит в резонатор… а тягу в EmDrive создают пары фотонов. Когда два фотона движутся вместе, но имеют противоположные фазы, тогда у этой пары нет электромагнитного поля, следовательно, она не будет отражаться от металлических стенок, а уйдет».

По мнению исследователей, тяга в двигателе возникает под влиянием волн, длина которых не кратна расстоянию между стенками резонатора. Это возможно только в том случае, если резонатор несимметричен. Если бы он был полностью симметричным, то тяга бы не возникала. В случае EmDrive тяга будет проявляться при любой асимметричной конфигурации. Вероятно, что эффективность работы двигателя зависит как от мощности микроволнового источника, так и от материала резонатора EmDrive, а также от его формы. И зависимость эта нелинейна.

Финны подчеркивают, что их идея — это всего лишь предположение, как и гипотезы их коллег, пытавшихся объяснить принцип действия EmDrive раньше. Физики из Финляндии надеются, что инженеры смогут создать тестовые системы для проверки их теории парных фотонов. Для этого нужно также устройство, которое называется интерферометром. Интерферометр — измерительный прибор, действие которого основано на явлении интерференции. Принцип действия интерферометра заключается в следующем: пучок электромагнитного излучения (света, радиоволн и т. п.) с помощью того или иного устройства пространственно разделяется на два или большее количество когерентных пучков. Каждый из пучков проходит различные оптические пути и направляется на экран, создавая интерференционную картину, по которой можно установить разность фаз интерферирующих пучков в данной точке картины.

Еще фотоны

Отмечу также, что в апреле работу EmDrive пытался связать с взаимодействием фотонов физик Майк Макалох (Mike McCulloch) из Плимутского университета. Макалох предлагает объяснить принцип работы двигателя при помощи

эффекта Унру

. Этот эффект был назван в честь физика Билла Унру, который открыл его в 1976 году. Он показал, что понимание вакуума зависит от типа движения наблюдателя через пространство-время. К примеру, если неподвижный наблюдатель находится в вакууме, то в случае ускорения этот наблюдатель увидит вокруг себя множество частиц, которые находятся в термодинамическом равновесии. Другими словами, о вакууме можно говорить только относительно определенного объекта. При этом инерция, по словам Махалоха — это давление теплового излучения на ускоряющееся тело. При малых ускорениях волны излучения Унру

превышают размеры

всей Вселенной, что позволяет говорить о квантовании инерции.

Теория несколько необычная, но она кроме принципа работы EmDrive объясняет еще один эффект — пролетные аномалии. Пролётная аномалия — это неожиданное увеличение энергии во время гравитационных манёвров космических аппаратов около Земли. Эта аномалия наблюдалась как доплеровский уход частоты в S-диапазоне и X-диапазоне и дальней телеметрии.

Так вот, Макалох предположил, что у фотонов есть инертная масса. Фотоны отражаются внутри корпуса EmDrive, следовательно, они испытывают инерцию. Длины волн излучения Унру в этом случае очень малы, их размер сравним с размером корпуса двигателя. Если в широкой части конуса могут поместиться волны Унру, которые не помещаются в узкой части резонатора, то инерция фотонов, которые отражаются, должны меняться. А для сохранения импульса система создает тягу. По мнению автора этой теории, она согласуется с теми величинами тяги, которые были получены в экспериментах.

Проверить как теорию финнов, так и теорию англичанина можно экспериментально, проведя серию тестов с EmDrive. И если окажется, что тягу в «невозможном» двигателе создают именно фотоны, это позволит технологам создать EmDrive с иной формой резонатора, что приведет к созданию большей тяги у двигателя.

Что это может означать для космонавтики? Значительное сокращение времени полета космических аппаратов. Например, New Horizons с EmDrive мог бы добраться до Плутона всего за 18 месяцев вместо 9 лет. Если EmDrive получится масштабировать, то и полет к ближайшим звездам вместо сотен и тысяч лет мог бы занять всего несколько десятков лет. Это, конечно, тоже много, но уже более реально.

Испытания EmDrive показали, что двигатель не создает тяги / Хабр

В ходе испытаний «невозможного» двигателя EmDrive в Техническом университете Дрездена обнаружилось, что он не создает никакой тяги. Причиной, по которой эта тяга наблюдалась ранее, назвали тепловой эффект.

Andrey Suslov/Getty Images

EmDrive спроектировала компания SPR Ltd. Он представляет собой установку из магнетрона и резонатора, в котором тяга создается благодаря стоячей волне электромагнитных колебаний. Разработки EmDrive ведутся с 1999 года, однако эксперименты до сих пор не дали подтверждения работоспособности двигателя.

SPR Ltd объясняла, что принцип работы двигателя нарушает закон сохранения импульса. Компания поясняла, что электромагнитная волна, распространяющаяся со скоростью света, имеет определенный импульс, который она передает отражателю, в результате чего возникает некая крошечная сила. Суть EmDrive заключается в том, что, если микроволны отражаются внутри трубки, то они прикладывают больше силы в одном направлении, чем в другом, создавая чистую тягу без необходимости в пропелленте.

Согласно утверждению SPR Ltd, такая накопленная в большом количестве сила способна обеспечить работу EmDrive.

Ученые критически относились к данной идее, так как традиционная наука не признает, что импульс может возникать без объяснимого толчка.

Тем не менее, несколько исследовательских групп, в том числе НАСА Eagleworks и DARPA, продолжали изучение способностей EmDrive. Эксперименты НАСА и команды китайских ученых демонстрировали, что крошечная сила возникает.

Однако теперь физики из Дрезденского технологического университета заявили, что все эти многообещающие результаты были лишь ложными срабатываниями, которые объясняются внешними силами.

Испытательная и измерительная установка для исследований EmDrive в Техническом университете Дрездена/ M.Tajmar

Ученые недавно представили свои выводы в трех докладах на Space Propulsion Conference 2020 +1 с такими заголовками, как «Высокоточные измерения тяги EmDrive и устранение ложноположительных эффектов».

Используя новую измерительную шкалу и разные точки подвески двигателя, они «смогли воспроизвести кажущуюся силу тяги, аналогичную той, которая была измерена командой НАСА, но также и они исчезают с помощью точечной подвески». Ученые использовали для измерения тяги специализированную установку, нечто вроде крутильных весов, которые были изобретены в конце XVIII века для проверки и измерений законов Кулона и Ньютона. В отличие от обычных крутильных весов с нитью, в разработке дрезденских исследователей использовались чувствительные крутильные пружины, удерживающие камеру с двигателем. Смещение камеры измерялось при помощи лазерного интерферометра.

Предыдущие эксперименты Технического университета также демонстрировали, что тяга двигателя сохранялась и составляла около 4 микроньютонов. Однако при этом были зафиксированы смещения камеры. Исследователи затруднялись объяснить природу наблюдаемой тяги, но предполагали, что она вызвана внешними факторами.

По результатам своих экспериментов немецкие ученые сообщили, что у них получилось значительно улучшить измерительную технологию, которая может пригодиться для работы с новым концептом.

Двигатель EmDrive — невероятно и неприменимо

Дело в том, что EmDrive бросает вызов всем существующим законам физики (об этом мы уже писали). Его конструкция представляет собой магнетрон, генерирующий микроволны, а также резонатор высокой добротности — металлическое «ведро», ловушку для микроволн в форме герметичного конуса. Магнетрон (в повседневной жизни именно он обеспечивает работу микроволновых печей) связан с резонатором высокочастотной линией передачи, то есть обычным коаксиальным кабелем. Поступая в резонатор, ЭМ волна излучается в стороны обоих торцов с одинаковой фазовой скоростью, но с разной групповой скоростью — именно этим, по мнению создателя, и обусловлен эффект.

В чем состоит различие между этими двумя скоростями? Попадая в замкнутое пространство, электроны начинают распространяться в нем, отражаясь от внутренних стенок резонатора. Фазовая скорость — это скорость относительно отражающей поверхности, которая, по факту, определяет скорость перемещения электронов. Поскольку электроны попадают в камеру в из одного и того же источника, эта величина и в самом деле едина для всех. Групповая скорость, в свою очередь, представляет собой скорость электронов относительно торцевой стенки и возрастает по мере движения от узкой к широкой части конуса. Таким образом, по мнению Шойера, давление ЭМ волны на широкую стенку резонатора больше, чем на узкую, что и создает тягу.

Так почему же ученые с этим не согласны? Основной претензией физиков является то, что принцип работы описываемой конструкции прямо противоречит третьему закону Ньютона, который гласит, что «действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны». Говоря проще, в привычном нам пространстве на каждое действие приходится противодействие, равное по силе, но противоположное по направлению. Этот принцип объясняет причину работы всех современных двигателей, от реактивных (газ подается назад, что двигает машину вперед) до ионных (пучок заряженных атомов движется в одну сторону, а корабль в другую). У EmDrive выбросов же попросту… нет.

Двигатель ем драйв принцип работы. EmDrive и другие невозможные двигатели. Принцип работы emdrive

Знаете ли Вы,

что такое мысленный эксперимент, gedanken experiment?
Это несуществующая практика, потусторонний опыт, воображение того, чего нет на самом деле. Мысленные эксперименты подобны снам наяву. Они рождают чудовищ. В отличие от физического эксперимента, который является опытной проверкой гипотез, «мысленный эксперимент» фокуснически подменяет экспериментальную проверку желаемыми, не проверенными на практике выводами, манипулируя логикообразными построениями, реально нарушающими саму логику путем использования недоказанных посылок в качестве доказанных, то есть путем подмены. Таким образом, основной задачей заявителей «мысленных экспериментов» является обман слушателя или читателя путем замены настоящего физического эксперимента его «куклой» — фиктивными рассуждениями под честное слово без самой физической проверки.
Заполнение физики воображаемыми, «мысленными экспериментами» привело к возникновению абсурдной сюрреалистической, спутанно-запутанной картины мира. Настоящий исследователь должен отличать такие «фантики» от настоящих ценностей.

Релятивисты и позитивисты утверждают, что «мысленный эксперимент» весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.

Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: «Если факт не соответствует теории — измените факт» (В другом варианте » — Факт не соответствует теории? — Тем хуже для факта»).

Максимально, на что может претендовать «мысленный эксперимент» — это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.

Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.

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

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»).

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.

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

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 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.

Спутник компании Cannae из шести юнитов CubeSat. Рендер: Cannae Inc.

Эксперты и энтузиасты с 2003 года спорят о возможности существования гипотетического «волшебного» электромагнитного двигателя EmDrive. Принцип его работы очень простой : магнетрон генерирует микроволны, энергия их колебаний накапливается в резонаторе высокой добротности, а факт наличия стоячей волны электромагнитных колебаний в замкнутом резонаторе специальной формы является источником тяги. Так создаётся тяга в замкнутом контуре, то есть в системе, полностью изолированной от внешней среды
, без выхлопа.

С одной стороны, этот двигатель вроде бы нарушает закон сохранения импульса, на что указывают многие физики. С другой стороны, британский изобретатель Роджер Шойер (Roger Shawyer) свято верит в работоспособность своего EmDrive — и (см. несколько сотен страниц обсуждений на форуме NASASpaceFlight). Проведённые испытания на Земле (результаты 22 испытаний) как будто подтверждают работоспособность EmDrive.

Пришло время положить конец спорам.

Окончательную точку в спорах намерен поставить Гвидо Петта (Guido Fetta) — единомышленник Шойера и конструктор ещё одного гипотетического двигателя Cannae Drive, который работает на том же принципе: генерация микроволн и создание тяги в замкнутом контуре без выхлопа.

17 августа 2016 года Гвидо Петта объявил , что намерен запустить экспериментальный образец Cannae Drive на орбиту — и проверить его в действии. Гвидо Петта является исполнительным директором компании Cannae Inc. Сейчас компания Cannae Inc. лицензировала технологию электромагнитного двигателя фирме Theseus Space Inc., которая выведет на низкую околоземную орбиту спутник CubeSat .

Среди основателей компании Theseus Space — сама Cannae Inc., а также малоизвестные фирмы LAI International, AZ и SpaceQuest.

Дата запуска пока не объявлена. Возможно, энтузиастам удастся собрать деньги и построить экспериментальный аппарат в 2017 году.

Единственная задача этого спутника — испытания двигателя Cannae Drive в течение шести месяцев. Спутник попробует передвинуться с помощью электромагнитной тяги Cannae Drive.

Разработчики Cannae Drive заявляют, что их двигатель способен генерировать тягу до нескольких ньютонов и «более высоких уровней», что лучше всего подходит для использования в маленьких спутниках. Двигателю не требуется топлива, у него нет выхлопа.

Объём двигателя на спутнике CubeSat — не более 1,5 юнитов , то есть 10×10×15 см. Источник питания — менее 10 Вт. Сам спутник будет состоять из шести юнитов .

Спутник компании Cannae. Рендер: Cannae Inc.

Сразу после успешной демонстрации на орбите компания Theseus Space намерена предложить новый двигатель сторонним производителям для использования на других спутниках.

Энтузиасты уверены: если EmDrive работает, то в перспективе станет возможным создание не только эффективных космических двигателей, но и летающих автомобилей, а также кораблей, самолётов — любого транспорта на электромагнитной тяге.

Компания Cannae — не единственная, кто хочет проверить работу электромагнитного двигателя в космосе. Немецкий инженер Пол Коцыла (Paul Kocyla) сконструировал маленький карманный EmDrive , а сейчас собирает деньги в рамках краудфандинговой кампании. Чтобы запустить прототип в космос на мини-спутнике PocketQube , требуется 24 200 евро. За три месяца удалось собрать 585 евро.

Прототип EmDrive немецкого инженера Пола Коцылы

Недавно научные работы Шойера были опубликованы в открытом доступе . «По всему миру люди измеряли тягу. Одни строили двигатели у себя в гаражах, другие — в крупных организациях. Все они выдают тягу, тут нет великой тайны. Кто-то думает, что здесь некая чёрная магия, но это не так. Любой нормальный физик должен понять, как оно работает. Если кто не понимает, ему пора менять работу», — категорично британский инженер.

В прошлом году компания Volvo представила новое семейство 4-цилиндровых 2-литровых силовых агрегатов Drive-E . Линейка на данный момент включает два бензиновых мотора — Т5 мощнос­тью 245 л.с. и Т6, развивающий 306 л.с., а также дизель D4 с отдачей 181 л.с. В планах расширение этого ряда: мощность дизельных двигателей Drive-E будет составлять от 120 до 230 л.с., а бензиновых — от 140 до 306 л.с. (возможно, и более). Добиться этого будет несложно, применяя нагнетатели различной конст­рукции и производительнос­ти. Так, при одинаковом объеме бензиновых двигателей Т5 и Т6 первый снабжен турбонаддувом, а второй — комбинацией турбины и механического нагнетателя. Отсюда и разница в отдаче.

Что до нового турбодизеля Drive-E D4, то его изюминкой стала технология точного контроля впрыска топ­лива i-ART (intelligent Accuracy Refinement Technology). Главное ее отличие от распространенных сегодня систем Common Rail — в наличии индивидуальных датчиков давления и управляющих впрыском микроконтроллеров в каждой из четырех форсунок. Система i-ART, отслеживая давление в каждой форсунке, позволяет точнее дозировать подачу топлива в цилиндры двигателя. Это обеспечивает повышение экономичности и плавности работы мотора. Сокращению расхода топлива и вредных выб­росов способствует также повышенное до 2500 бар давление впрыска. К примеру, на модели Volvo XC70 с новым Drive-E D4 расход горючего составляет 4,9 л/100 км против 5,9 л/100 км с прежним дизелем.

Высокая экономичность, кстати, свойственна и бензиновым агрегатам линейки Drive-E. Так, у переднеприводного Volvo S60 с новым мотором Т5 расход бензина сократился с 8,6 л/100 км (с предыдущим Т5 — 249 л.с.) до 6,0 л/100 км в смешанном цикле, а на кроссовере XC60 тот же двигатель Drive-E Т5 выигрывает у предшественника (240 л.с.) почти два литра на сотню — 6,7 л/100 км против 8,5 л/100 км. Справедливости ради надо заметить, что существенный вклад в эту экономию вносит и новый 8-ступенчатый «автомат» Aisin.

В России новые моторы уже доступны. Правда, пока только два — на первых порах покупателям предлагают полноприводный универсал XC70 с дизелем D4 и модели S60, S80 и XC60 с бензиновым Т5 . Вместе с новыми силовыми агрегатами дебютировали также системы мониторинга полосы движения и помощи при параллельной парковке, а также электрический усилитель руля с тремя режимами настройки.

Всегда онлайн!

Мультимедийная система Sensus Connect — еще одна новинка, которая недавно появилась на российских моделях Volvo. Главная «фишка» — дос­туп к различным онлайн-сервисам и встроенный браузер для интернет-серфинга. Подключение к Всемирной паутине открывает, например, возможность слушать более 100 тыс. интернет-радиостанций с помощью сервиса TuneIn. Можно развернуть в автомобиле собственную точку доступа Wi-Fi, рассчитанную на подключение до восьми мобильных гаджетов. А можно, установив на смартфон специальное приложение, удаленно получать информацию о своем автомобиле. Карты в Sensus Navigation можно обновлять самостоятельно. В ближайшее время должна появиться возможность скачивать и устанавливать приложения. Ну а управление системой Sensus Connect организовано как посредством интерфейса на центральной консоли или на руле, так и с помощью голосового управления, что позволяет водителю не отвлекаться от дороги.

Евгений Золотов

Рассказ о «невозможном» двигателе EmDrive, стал одним из самых читаемых её материалов. И, конечно, я постоянно отслеживал тему, надеясь однажды написать продолжение. Но случай такой предоставился только на днях: солидным научным журналом опубликована статья группы сотрудников одной из лабораторий NASA, не просто испытавших движок, чтобы в очередной раз измерить возникающую тягу, но и предоставивших отчёт об испытаниях на суд независимых экспертов (то, что называется peer review), не выявивший серьёзных ошибок. А это значит, что возможность «невозможного» двигателя стала теперь ещё на порядок больше.

Если вы забыли или никогда не слышали, позвольте восстановить картину в общих чертах EmDrive, как его обычно называют, это по большому счёту обычная микроволновая печь, только выполненная не в форме куба, а в форме усечённого и, главное, закрытого с обеих сторон конуса. На узком конце крепится СВЧ-излучатель, включается, и — всё!

Топлива, которое выбрасывалость бы «за борт», здесь нет. Так что, согласно классической физике, а именно Закону сохранения импульса, тяга возникнуть не может. Однако изобретатели EmDrive (британский инженер Роджер Шаер и позже занявшиеся той же темой независимо другие личности) настаивают, что по разным причинам — из-за «квантовой несбалансированности» или ещё чего-нибудь в том же духе, что не учитывает современная физика — тяга таки имеет место быть и её, якобы, даже удалось измерить.

Заметьте, что Шаер и прочие вовсе не утверждают, что законы Ньютона неверны. Они лишь говорят, что наткнулись на эффект, который уточнит существующие законы. Это принципиально важный момент, который сильно помог «ЭМ-движителю» — обеспечив ему интерес со стороны серьёзных исследователей.

Отсюда начинается парадоксальная часть. С одной стороны, все здравомыслящие научно-популярные и научные ресурсы считают такой движок псевдонаучным. С другой — за него неожиданно взялись вполне серьёзные люди: сперва несколько научных групп из Китая, а потом и NASA. О китайцах с тех пор ничего не слышно, а вот американцы не потерялись: в США эта работа финансируется из кармана налогоплательщиков, поэтому результаты должны быть доступны всем.

И вот два года назад появляется первый, весьма обнадёживающий отчёт NASA: тяга действительно есть, хоть и по неизвестной причине. А на днях престижный Journal of Propulsion and Power публикует от сотрудников лаборатории NASA Eagleworks — в которой факт возникновения тяги снова подтверждается, причём в этот раз на чувствительном торсионном подвесе в вакууме (но по-прежнему на Земле). А ещё предлагается осторожное объяснение.

Объяснение — далеко не главная часть статьи, потому что является скорее догадкой, но именно оно наделало больше всего шуму. Дело в том, что привлечена существующая теория, которой буквально почти сотня лет: теория волны-пилота (Pilot wave). Её выдвинули ещё в 20-х годах прошлого века и потом несколько раз уточняли.

Боюсь, я объясню её лишь очень грубо (и буду признателен, если знатоки поправят!), но суть, в общем, в предположении, что мы вынуждены описывать квантовые процессы с помощью неудобных статистических методов лишь потому, что не замечаем некоей более низкоуровневой реальной динамики квантовых частиц — которые на самом деле движутся подобно макроскопическим телам, по вполне конкретным траекториям, определяемым свойствами вакуума. Здесь эта теория пригодилась, потому что позволяет объяснить вакуум как среду, поддерживающую колебания плотности: EmDrive передаёт вакууму импульс (отталкивается от него, словно от воды) и именно таким образом возникает тяга в замкнутой системе.

И тут следует подчеркнуть две важных вещи. Во-первых, теория волны-пилоты — не псевдонаучная выдумка, а одно из множества равновероятных объяснений квантовых процессов, которое удовлетворительно точно описывает наблюдаемые эффекты и подтверждается в том числе экспериментальными данными. И, во-вторых, сам факт публикации статьи NASA в таком издании как минимум снимает вопрос о корректности измерения тяги на подвесе (помнится, это был один из аргументов скептиков: мол, в настоящем космосе движок себя поведёт иначе). Попросту говоря, статью можно понимать так: в NASA не знают наверняка, почему тяга возникает, но знают, как её измерить — и простой читатель может на них в этом положиться.

Отсюда — новый простор для предположений. Опуская цифры, которым сейчас в общем-то придавать большого значения не следует (задачей была демонстрация существования эффекта, а поиск путей оптимизации — в списке на будущее), авторы работы констатируют: уже в текущем виде EmDrive хоть и на порядок менее эффективен классических ракетных движков, зато на два порядка эффективней других «безвыхлопных» движителей, как то солнечного паруса, разгона лазером, фотонного двигателя. Учитывая, что ограничение по скорости накладывается только скоростью света, а по мощности вообще никаких (ничто не мешает выстраивать такие двигатели буквально многокилометровыми батареями — хватило бы электричества, чтобы их запитать!), это делает EmDrive самым перспективным направлением для исследования и освоения Солнечной системы как минимум.

А значит, всё упирается теперь в генеральную проверку в космосе. Китайцы, напомню, уже намеревались такую провести. Провели ли и с какими результатами? Неизвестно. Однако в данном случае тишина заставляет скорее насторожиться, нежели разочароваться. Ведь ясно, что первый, кто подтвердит работу такого движка в космосе, а потом и первый, кто даст теоретическое обоснование, станут родоначальниками новой ветви физики и отцами неожиданных, непредсказуемых открытий и технологий!

Как хорошо сказал кто-то, представить, куда EmDrive приведёт нас, если окажется правдой, мы не в силах, поскольку стоим в самом начале пути. Как спектральные линии в конце концов привели к полупроводниковой революции, так и «невозможный двигатель» «отталкивающийся от вакуума», вовсе не обязательно должен стать лишь основой для ракетной техники будущего. Обязательно обнаружатся побочные эффекты, будут сделаны смежные открытия, поставлены новые вопросы: не каждый день, год и даже век удаётся уточнить или опровергнуть один из фундаментальных законов физики!

И как же приятно, что живём мы как раз в те дни, когда эта история пишется!

Статья о скандальном двигателе появилась в научном журнале

Наделавший много шума скандальный двигатель EmDrive попал на страницы научного журнала. Почему его называют околонаучным «фуфлом» и стоит ли доверять результатам его проверки учеными от NASA, разбиралась «Газета.Ru».

История с получившим скандальную известность чудо-двигателем EmDrive, якобы нарушающим известные законы природы и потому способным значительно ускорить космические перелеты, получила продолжение — статья с результатами его испытаний опубликована в рецензируемом журнале.

«Газета.Ru» разбиралась, что стоит за нашумевшей историей и кто эти таинственные естествоиспытатели, от лица NASA назвавшие аппарат рабочим.

История EmDrive началась еще в 2003 году, когда британский инженер Роджер Шойер представил общественности электромагнитный двигатель необычной конструкции. Он состоял из магнетрона — устройства, генерирующего микроволновое излучение, медного конического резонатора, напоминающего ведро, запаянное с обоих краев.

По словам изобретателя, двигатель способен создавать тягу без использования реактивного выброса.

Однако это утверждение напрямую противоречит закону сохранения импульса. Ведь если EmDrive — это закрытая система, она не может увеличить свой импульс без внешнего воздействия. С этим обстоятельством и связан ажиотаж в мировых СМИ вокруг непонятной разработки, длящийся уже несколько лет.

В последующие несколько лет изобретатель работал над усовершенствованием поделки, и в 2008 году началась его «независимая» проверка.

Сначала в китайском Северо-западном политехническом университете под руководством профессора Яна Цзюаня был создан работающий прототип, развивающий тягу в 72 грамма (около 360 мН на киловатт). Затем необычным двигателем заинтересовались и в NASA.

С 2013 года в лаборатории Eagleworks в космическом центре имени Джонсона под руководством Гарольда Уайта начались испытания EmDrive. Двигатель тестировался в герметичной камере на специальных крутильных весах, способных обнаруживать тягу в десятки микроньютонов. Полученная тяга оказалась гораздо меньше, чем в китайском эксперименте, но тем не менее утверждалось, что она присутствовала. Далее последовало еще несколько независимых проверок, включая эксперимент в высоком вакууме, выполненный физиками из Технического университета Дрездена.

Там использовался обычный магнетрон от микроволновой печи частотой 2,44 ГГц и все тот же медный резонатор-волновод. Ученые попытались максимально исключить возможные эффекты, которые могут дать дополнительную тягу во время измерения. Результатом стало обнаружение тяги в 20 микроньютонов при мощности магнетрона в 700 ватт. Благодаря достаточно простой конструкции собрать «невозможный» двигатель может практически любой. В интернете можно найти множество видеороликов, демонстрирующих EmDrive, сделанные своими руками.

Несмотря на множество сообщений о проведенных проверках, научное сообщество не спешит признавать работоспособность EmDrive. Одна из проблем заключается в том, что ни у кого нет понимания, как именно он работает, если вообще работает. Сам изобретатель дал достаточно расплывчатое объяснение, основанное на разнице между групповой и фазовой скоростью электромагнитных волн. Некоторые ученые считают, что его вычисления содержат ошибки. Звучали предположение, что двигатель создает тягу за счет взаимодействия с «виртуальными частицами вакуума».

Уайт использовал для объяснения работы двигателя такие слова: «Дополнительная тяга в двигателе получается с помощью магнито-гидродинамической силы, действующей в квантовой флуктуации вакуума, то есть за счет взаимодействия с «квантовой вакуумной виртуальной плазмой» путем создания виртуального плазменного тороида». «Слова очень умные, но не имеющие физического смысла», — считает научный журналист Валерий Лебедев, член Комиссии РАН по борьбе с лженаукой.

Также было высказано предположение, что часть микроволнового излучения все-таки выходит из резонатора, и именно из-за этого создается тяга. Но тяга EmDrive в экспериментах Уайта получается значительно выше, чем была бы у фотонного двигателя аналогичной мощности. По современным оценкам, фотонному двигателю нужно минимум 300 МВт (мощность небольшой электростанции) для создания тяги в 1 ньютон.

В сентябре 2016 года новая волна интереса к двигателю поднялась в связи с появлением в сети самой статьи, в которой ученые NASA описывают испытания двигателя.

Ожидалось, что публикация статьи в рецензируемом журнале должна состояться в декабре, однако сама работа уже просочилась в сеть. Авторы под руководством того же Уайта в очередной раз подтвердили наличие тяги, хотя пока не смогли объяснить, что ее вызывает.

Так что же было в попавшей в сеть статье? Лаборатория Eagleworks в 2015 году продолжила эксперименты с «невозможным» двигателем. Они, как и раньше, использовали вакуумную камеру (8 10-6Торр) и крутильные весы, однако на этот раз им удалось значительно повысить точность эксперимента. Измерения тяги были проведены для трех значений мощности магнетрона — 40, 60 и 80 Вт.

close

100%

Результаты опытов показывают, что двигатель дает тягу в вакууме 1,2 миллиньютона на киловатт. Кстати, это значение в 42 раза больше, чем то, что наблюдалось в немецком эксперименте.

«Эксперимент включал в себя также тест нулевого усилия для определения возможных источников тяги, не связанных с деятельностью двигателя, но такие источники найдены не были», — говорилось в статье. Исследователи отмечали, что тяга «невозможного» двигателя меньше, чем у перспективного ионного двигателя на эффекте Холла (60 миллиньютонов на киловатт), однако значительно больше, чем тяга светового паруса (около 0,007 миллиньютона на киловатт), также рассматриваемого в качестве перспективного космического транспортного средства.

На сегодняшней день единственный используемый способ перемещения в космосе — это реактивное движение,

(если не брать доказавший свою применимость световой парус) в основу которого положен закон сохранения импульса. Ракета-носитель или космический корабль выбрасывают вещество в противоположную движению сторону, за счет этого и возникает тяга. Основная характеристика реактивного двигателя — удельный импульс, отношение создаваемого двигателем импульса к расходу топлива. Чем больше удельный импульс, тем меньше топлива надо потратить, чтобы изменить скорость. Очевидно, что чем быстрее происходит истечение вещества в двигателе, тем выше его удельный импульс. Именно поэтому в последнее время в непилотируемой космонавтике стали так популярны ионные двигатели.

close

100%

Они обладают низкой тягой, но очень большой скоростью истечения вещества, что делает их эффективными для длительных космических миссий. Но и их запас топлива не безграничен. Ионный двигатель не может работать постоянно, а значит, добиться значительных изменений в скорости у космического аппарата будет проблематично. Если бы EmDrive и в самом деле работал, это позволило бы ускорять космический аппарат практически в непрерывном режиме, используя лишь энергию солнечных батарей или реактора на борту.

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.

Однако большинство ученых относятся к «невозможному» двигателю скептически. Они отмечают, что ни сам создатель EmDrive, ни специалисты NASA не могут внятно объяснить принцип его работы.

Вновь разгоревшаяся дискуссия по поводу EmDrive среди ученых уже перетекла в плоскость рассуждений о том, как в современных СМИ формируются подобные «информационные пузыри» и должны ли научные журналисты вообще реагировать на подобные сенсации.

«NASA получает свою порцию позора не совсем зря — она содержит группу фриков в виде лаборатории, может быть за былые инженерные заслуги, может быть, чтобы не расползались. Но зачем этот позор нужен нашим СМИ, перепечатывающим с серьезной миной эту бредятину, я не понимаю», — считает ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН, главный редактор газеты «Троицкий вариант — Наука» Борис Штерн.

Оставив за СМИ право решать, на какие информационные поводы реагировать, «Газета.Ru» попыталась разобраться, кто стоит за странной лабораторией, дающей путевку в жизнь такому спорному проекту. Обращает на себя внимание тот факт, что в отличие от большинства серьезных специалистов NASA Гарольд Уайт даже не имеет своей странички, через которую с ним можно связаться и узнать о направлениях работы.

По электронной почте Уайт не ответил «Газете.Ru» на просьбу рассказать о деталях эксперимента, впрочем, как и другие члены группы Eagleworks, работающей в Космическом центре имени Джонсона.

Известность в СМИ Уайт получил несколько лет назад благодаря истории с полуфантастическим Warp-двигателем, который должен передвигаться в пространстве за счет искривления пространства-времени.

close

100%

Рассказать о скрытном изобретателе на условиях анонимности «Газете.Ru» согласился специалист NASA, знакомый со спецификой работы в области новых перспективных космических проектов.

«Это Сонни Уайт.Сидят они в космическом центре имени Джонсона.

Про проект EmDrive никто ничего не знает, потому что такого проекта реально нет.

Подразделение Eagleworks ничего собой не представляет, какая-то маленькая контора, сама себя так назвавшая. Группа людей, которые исследуют кучу теорий на границе или за границей реальности, используя имеющиеся у них железяки. Человек убедил каких-то людей, получил деньги и наштамповал чего-то, что никто не может понять. Тут не стоит напрягаться. Они традиционно печатают какое-то фуфло, вот недавно печатали историю с Warp-drive. Они получают финансирование из каких-то внутренних резервов и постоянно получают какие-то сказочные результаты, тут это называется «внутренние деньги для спонтанных идей».

Пока эта лаборатория не сделала ничего, что бы использовалось хоть в одной экспедиции NASA.

Тут это никто даже не обсуждает, нет ни конференций, ни релизов. И, кстати, это не означает, что разработки секретны. Просто никто под этим не хочет подписываться. Я не специалист по двигателям, нарушающим законы сохранения, поэтому, когда вижу такие статьи, у меня не возникает желания их читать. Это сенсационная вещь, не имеющая под собой никакого основания. Если бы такая штука работала, наша Солнечная система давно развалилась, стабильность бы нарушилась. Ведь сила, которую они намерили, — огромнейшая! А в других проявлениях такая сила отсутствует, ее нет. Я считаю, что они неправильно интерпретировали результаты, не провели изначальное планирование эксперимента. Они эксперимент описали, но не посчитали ожидаемую оценку тяги, не показали ожидаемый бюджет ошибок.

Расслабьтесь, Сонни — известный потусторонщик. Про Warp-drive даже релиз был в NASA, и ничего страшного.

Это делалось, чтобы быть востребованным молодежью, чтобы молодые люди интересовались. Я не вижу тут репутационных издержек для NASA. Ничего плохого в этом нет, это значит, что люди занимаются тут не только суперсерьезными вещами, но и теми, что имеют намек на интересность. Это же тоже здорово», — рассказал ученый.

То, что ученые, придерживающиеся альтернативных взглядов на современную физику, зачастую работают в известных институтах, — не секрет. Так, сторонники теории эфира, например, есть и в стенах Физического факультета МГУ.

В случае с EmDrive критики уповали на отсутствие публикации о нем в рецензируемых научных журналах — все основывалось на слухах да утечках информации.

И все-таки публикация в таком журнале состоялась — 17 ноября статья Уайта появилась в рецензируемом журнале Journal of Propulsion and Power, издающемся Американским институтом аэронавтики и астронавтики.

«Этот журнал не пользуется авторитетом среди ученых, рецензенты там фиговые, часто публикуют непроверенные вещи, вот и пропустили чушь», — пояснил источник «Газеты.Ru».

Кстати, в августе 2016 года создатель похожего на EmDrive двигателя Гвидо Фетта (Guido Fetta) объявил, что намерен провести испытания своего устройства в космосе. В качестве возможной даты запуска называют 2017 год.

Мифическая форма космического движения наконец-то прошла реальное испытание

С момента зарождения космической эры мечта о поездке в другую солнечную систему затруднялась «тиранией ракетного уравнения», которая устанавливает жесткие ограничения для скорость и размер космического корабля, который мы бросаем в космос. По оценкам ученых, даже с самыми мощными ракетными двигателями на сегодняшний день, чтобы достичь нашего ближайшего межзвездного соседа, Альфы Центавра, потребуется 50 000 лет. Если люди когда-либо надеются увидеть восход инопланетян, время транзита должно значительно сократиться.

Из передовых концепций силовых установок, которые теоретически могли бы это осуществить, лишь немногие вызвали столько ажиотажа и споров, как EmDrive. EmDrive, впервые описанный почти два десятилетия назад, преобразует электричество в микроволны и направляет это электромагнитное излучение через коническую камеру. Теоретически микроволны могут воздействовать на стенки камеры, создавая тягу, достаточную для запуска космического корабля в космос. Однако на данный момент EmDrive существует только как лабораторный прототип, и до сих пор неясно, может ли он вообще создавать тягу.Если это так, то силы, которые он генерирует, будут недостаточно сильными, чтобы их можно было зарегистрировать невооруженным глазом, не говоря уже о том, чтобы двигать космический корабль.

Однако за последние несколько лет несколько исследовательских групп, в том числе одна из НАСА, утверждают, что успешно создали тягу с помощью EmDrive. Если это правда, это будет один из крупнейших прорывов в истории освоения космоса. Проблема в том, что тяга, наблюдаемая в этих экспериментах, настолько мала, что трудно сказать, настоящая ли она.

Technische Universität Dresden

Решение заключается в разработке инструмента, который может измерять эти крошечные величины тяги.Поэтому группа физиков из Технического университета Германии в Дрездене взялась за создание устройства, которое могло бы удовлетворить эту потребность. Проект SpaceDrive, возглавляемый физиком Мартином Таймаром, направлен на создание прибора, настолько чувствительного и невосприимчивого к помехам, что он положит конец спорам раз и навсегда. В октябре Таймар и его команда представили свой второй набор экспериментальных измерений EmDrive на Международном астронавтическом конгрессе, и их результаты будут опубликованы в Acta Astronautica в августе этого года.Основываясь на результатах этих экспериментов, Таймар говорит, что решение саги EmDrive может появиться всего через несколько месяцев.

Многие ученые и инженеры отвергают EmDrive, потому что он нарушает законы физики. Микроволны, наталкивающиеся на стенки камеры EmDrive, по-видимому, создают тягу ex nihilo, что противоречит сохранению количества движения — это все действие, а не противодействие. Сторонники EmDrive, в свою очередь, обратились к разрозненным интерпретациям квантовой механики, чтобы объяснить, как EmDrive может работать, не нарушая физику Ньютона.«С теоретической точки зрения никто не воспринимает это всерьез», — говорит Таймар. Если EmDrive способен создавать тягу, как утверждают некоторые группы, он говорит, что они «понятия не имеют, откуда эта тяга». Когда в науке возникает теоретический раскол такого масштаба, Таймар видит только один способ закрыть его: экспериментирование.

В конце 2016 года Таймар и 25 других физиков собрались в Эстес-Парке, штат Колорадо, на первую конференцию, посвященную EmDrive и связанным с ним экзотическим двигательным системам.Одна из самых захватывающих презентаций была сделана Полом Марчем, физиком из лаборатории НАСА Eagleworks, где он и его коллега Гарольд Уайт тестировали различные прототипы EmDrive. Согласно презентации Марша и последующей статье, опубликованной в журнале Journal of Propulsion and Power , он и Уайт наблюдали несколько десятков микроньютонов тяги в своем прототипе EmDrive. (Для сравнения, один двигатель SpaceX Merlin производит около 845 000 Ньютонов тяги на уровне моря.Однако проблема для Гарольда и Уайта заключалась в том, что их экспериментальная установка допускала несколько источников помех, поэтому они не могли точно сказать, было ли то, что они наблюдали, было тягой.

Emdrive — Теория — Принцип действия

Теория

Теоретическая статья (.pdf)

Принцип работы

На первый взгляд идея силовой установки без топлива кажется невозможной. Однако технология прочно укоренилась в основных законах физики, и после обширного процесса проверки нарушений этих законов выявлено не было.

Принцип действия основан на известном явлении радиационного давления. Это основано на втором законе Ньютона, где сила определяется как скорость изменения количества движения. Таким образом, электромагнитная (ЭМ) волна, распространяющаяся со скоростью света, имеет определенный импульс, который она передает отражателю, в результате чего возникает крошечная сила.

Если та же самая электромагнитная волна распространяется со скоростью, составляющей часть скорости света, скорость изменения количества движения и, следовательно, силы уменьшается на эту долю.Скорость распространения электромагнитной волны и результирующая сила, которую она оказывает, могут варьироваться в зависимости от геометрии волновода, внутри которого она распространяется. Это продемонстрировали работы, проведенные в 1950-х годах. ( CULLEN, A.L. Измерения абсолютной мощности на микроволновых частотах
IEE Proceedings Vol 99 Part 1V 1952 P.100
)

Таким образом, если электромагнитная волна, распространяющаяся в сужающемся волноводе, отражается между двумя отражателями с большой разницей скоростей на поверхностях отражателя, разница сил будет давать результирующую тягу в волновод, соединяющий два отражателя.Если отражатели разнесены на расстояние, кратное половине эффективной длины волны электромагнитной волны, эта тяга будет умножена на добротность результирующей резонансной полости, как показано на рис. 1.

Рис. 1. Схема концепции двигателя.

Возражение неизбежно состоит в том, что внешне замкнутая система, создаваемая таким устройством, не может привести к выходной силе, а просто будет создавать деформацию внутри стенок волновода. Однако при этом игнорируется специальный закон относительности Эйнштейна, согласно которому отдельные системы отсчета должны применяться при скоростях, приближающихся к скорости света.Таким образом, систему электромагнитной волны и волновода можно рассматривать как открытую систему, в которой электромагнитная волна и волновод имеют разные системы отсчета.

Подобный подход необходим для объяснения принципа работы лазерного гироскопа, в котором информация об ориентации открытой системы получается из устройства с явно закрытой системой.

Может ли EmDrive действительно работать для космических путешествий?

Пол М. Саттер , астрофизик в SUNY Стоуни-Брук и Институт Флэтайрон, ведущий Спросите космонавта и Космическое радио , и автор Как умереть в космосе .Он написал эту статью для журнала Space.com Expert Voices: Opinions and Insights .

« EmDrive » утверждает, что делает невозможное возможным: метод толкания космического корабля без необходимости — ну, толкания. Никакой тяги. Выхлопа нет. Просто подключите его, включите и отправляйтесь в путешествие к месту своей мечты.

Но EmDrive не просто нарушает наше фундаментальное понимание Вселенной; эксперименты, которые претендуют на измерение эффекта, не воспроизводились.Что касается EmDrive, продолжайте мечтать.

Связано: Концепции сверхбыстрых двигателей космических аппаратов (изображения)

Микроволны будущего

Он известен под разными именами — EmDrive, Q-Drive, RF Resonant Cavity, Impossible Привод — но все воплощения устройства утверждают, что делают одно и то же: отразить какое-то излучение внутри закрытой камеры, и вы можете получить движение.

Это большое дело, потому что все формы ракетной техники (и действительно, все формы движения по всей вселенной) требуют сохранения количества движения. Чтобы привести себя в движение, вы должны от чего-то отталкиваться. Ваши ноги отталкиваются от земли, самолеты отталкиваются от воздуха, а ракеты выталкивают части себя (например, выхлопные газы) из задней части, заставляя их двигаться вперед.

Но EmDrive этого не делает. Это просто ящик, внутри которого вертятся микроволны.И якобы он может двигаться сам.

Объяснения того, как EmDrive может работать, выходят за рамки известной физики. Возможно, он каким-то образом взаимодействует с энергией квантового вакуума пространства-времени (хотя энергия квантового вакуума пространства-времени не позволяет ничему оттолкнуться от него). Возможно, наше понимание импульса нарушено (хотя других примеров за всю нашу историю экспериментов нет). Возможно, это какая-то совершенно новая физика, предвещаемая экспериментами EmDrive.

Не играйте с импульсом

Давайте поговорим об импульсе. Сохранение импульса довольно просто: в закрытой системе вы можете сложить импульсы всех объектов в этой системе. Затем они взаимодействуют. Затем вы снова складываете импульсы всех объектов. Полный импульс в начале должен равняться общему импульсу в конце: импульс сохраняется.

Идея сохранения количества движения была с нами на протяжении веков (она даже подразумевается знаменитым вторым законом Ньютона), но в начале 1900-х годов она приобрела новый статус.Гениальный математик Эмми Нётер доказала, что сохранение количества движения (наряду с другими законами сохранения, такими как сохранение энергии) является отражением того факта, что наша Вселенная обладает определенной симметрией.

Например, вы можете выбрать подходящее место для проведения физического эксперимента. Затем вы можете взять свой физический эксперимент, перенести его в любую точку Вселенной и повторить. Пока вы учитываете различия в окружающей среде (например, различное давление воздуха или гравитационных полей ), ваши результаты будут идентичными.

Это симметрия природы: физика не заботится о том, где будут проводиться эксперименты. Нётер осознала, что эта симметрия пространства напрямую ведет к сохранению количества движения. Одно невозможно без другого.

Итак, если EmDrive демонстрирует нарушение сохранения импульса (что он утверждает), то эта фундаментальная симметрия природы должна быть нарушена.

Но почти каждая физическая теория, от законов Ньютона до квантовой теории поля, выражает пространственную симметрию (и сохранение импульса) в своих основных уравнениях.В самом деле, большинство современных теорий физики — это просто сложные повторения закона сохранения импульса. Обнаружение нарушения этой симметрии было бы не просто расширением известной физики — это полностью перевернуло бы столетия понимания того, как устроена Вселенная.

Вселенная: Большой взрыв к настоящему времени за 10 простых шагов

Реальность эксперимента

Это, конечно, не невозможно (научные революции случались и раньше), но чтобы это произошло, потребуется немало убеждений. .

И эксперименты пока не принесли особого удовлетворения.

С тех пор, как в 2001 году была представлена ​​концепция EmDrive, каждые несколько лет группа утверждает, что измеряет чистую силу, исходящую от ее устройства. Но эти исследователи измеряют невероятно крошечный эффект: сила настолько мала, что даже лист бумаги не сдвинется с места. Это приводит к значительной статистической неопределенности и ошибке измерения.

Действительно, из всех опубликованных результатов ни один не дал результатов, кроме «едва пригодных для публикации», не говоря уже о каких-либо существенных показателях.

Тем не менее, другие группы разработали свои собственные EmDrives, пытаясь воспроизвести результаты, как и должны делать хорошие ученые. Эти попытки репликации либо вообще ничего не могут измерить, либо обнаружили некоторую сбивающую с толку переменную, которая может легко объяснить измеренные скудные результаты, например взаимодействие кабеля в устройстве с магнитным полем Земли .

Итак, вот что у нас есть, почти через 20 лет после первоначального предложения EmDrive: куча экспериментов, которые на самом деле так и не были выполнены, и никаких объяснений (кроме того, что «давайте продолжим и сломаем всю физику, нарушив все остальные эксперименты последние 100 лет «) о том, как они могли работать.

Революционная революция в космических путешествиях, бросающая вызов физике, или несбыточная мечта? Совершенно ясно, на чьей стороне Природа.

Узнайте больше, послушав серию «Может ли« EmDrive »действительно работать? : //www.askaspaceman.com . Спасибо Митчеллу Л. за вопросы, которые привели к этой статье! Задайте свой вопрос в Твиттере, используя #AskASpaceman, или подписавшись на Пола @PaulMattSutter и facebook.com / PaulMattSutter .

Следуйте за нами в Twitter @Spacedotcom или Facebook.

EmDrive просто не умрет

Когда DARPA вложило деньги в , вызывающий споры EmDrive в 2018 году, это выглядело как большая авантюра. Многие физики отвергли революционный космический двигатель как просто фальшивую науку. Теперь его проект EmDrive получил зеленый свет на Фазу 2, сообщило DARPA Popular Mechanics в феврале этого года. Между тем, другие команды надеются провести окончательную демонстрацию технологии в конце этого года.

«Это технология, которая может изменить космические путешествия и увидеть, как корабли бесшумно отрываются от стартовых площадок и выходят за пределы солнечной системы», — говорит Майк МакКаллох, преподаватель геоматики в Университете Плимута, Великобритания, и руководитель проекта DARPA EmDrive. . «Мы также можем получить беспилотный зонд к Проксиме Центавра за (долгую) человеческую жизнь, 90 лет».

🌌 Вы любите крутые космические штуки. И мы тоже. Давайте вместе побродим по Вселенной.

Но DARPA смягчает это идеалистическое видение.

«Прогнозы производительности, основанные на теоретических моделях, привели к новым конструкциям подруливающих устройств, и эти новые конструкции могут помочь в будущих разработках и испытаниях», — сообщил Popular Mechanics представитель DARPA.

В связи с двумя текущими исследованиями, строго проверяющими «невозможность» EmDrive, противоречивый драйв, который витал в астро-инженерных кругах более двух десятилетий, находится всего в нескольких месяцах от своего критического момента.

Привод продолжается

Команда NASA Eagleworks тестирует EmDrive в 2016 году.

НАСА

Оригинальный привод EmDrive, созданный Роджером Шоуером в 1998 году, представляет собой герметичную медную трубку (на фото выше), более широкую на одном конце, чем на другом. По словам Шоуера, если микроволны отражаются внутри трубки, они прикладывают больше силы в одном направлении, чем в другом, создавая чистую тягу без необходимости в пропелленте.

Согласно традиционной физике, этого не должно происходить. Проще говоря, закрытые системы, подобные предлагаемому EmDrive, не должны создавать тяги.Но несколько исследовательских групп, в том числе Eagleworks НАСА (официально известная как Advanced Physics Propulsion Laboratory , созданная для изучения новых технологий) и группа в Сиане в Китае, попробовали это и получили тот же результат, небольшой, но … отчетливая чистая сила.

Критики считают, что экспериментальные результаты должны быть неверными, в то время как Маккалок считает, что мы просто еще не понимаем физику.

«Многие энтузиасты хотят верить, что это метод, который можно использовать, чтобы избежать ограничений известных физических принципов на космических силовых установках.«

Маккалок разработал теорию квантованной инерции (QI), которая объясняет эффект и то, как он может помочь в космических путешествиях человека. Маккалок провел большую часть последних 18 месяцев, оттачивая эту теорию и проверяя соответствие ее прогнозов результатам в лаборатории.

Хосе Луис Перес Диас в Мадриде, Испания, и Мартин Таймар в Дрездене, Германия, осуществляют экспериментальную часть проекта. Таймар подтверждает, что он планирует опубликовать две статьи в феврале 2021 года: одну о «обычных» микроволновых приводах EmDrives, а другую — о EmDrive на базе лазера.Что касается экспериментов, Таймар все еще работает над устранением всех возможных источников ошибок.

«Мы все еще улучшаем наши весы, и испытания продолжаются», — говорит Таймар. «В частности, мы работаем над дальнейшим сокращением взаимодействия магнитного поля с окружающей средой, что было основным побочным эффектом, обнаруженным нами в ходе предыдущих испытаний».

Когда его спросили, есть ли у него альтернативное объяснение очевидной тяги, наблюдаемой в предыдущих тестах, Таймар сказал только: «Ждите бумаг…»

Истории из петли

Одно из предсказаний Маккалока состоит в том, что тяги можно достичь с помощью свет, а также микроволновые печи.Диас провел эксперименты в Мадриде, проверяя эту гипотезу, используя асимметричную петлю из оптического волокна, намотанную 2000 раз, которую он называет фотонной петлей.

Как и в версии для микроволновой печи, важна асимметрия. Гоночный автомобиль испытывает разные силы в зависимости от того, насколько крутым он поворачивает, и, согласно QI, аналогичный эффект возникает при прохождении света по изгибам разной кривизны. Диас обнаружил, что прохождение лазерных импульсов через фотонную петлю создает достаточную результирующую силу для ее перемещения.

После того, как Диас сконструировал и протестировал этот аппарат, он отправил его в лабораторию Таймара в Дрездене для проверки и точного измерения тяги, которое проводится этим летом. Маккалок говорит, что тяга составляет от одного до четырех микроньютонов — именно столько, сколько предсказывает его теория.

Пример фотонной петли.

Хосе Луис Перес Диас

Преимущество этого устройства заключается в том, что волоконная оптика намного дешевле и проще в настройке и тестировании, чем медные полости, требующие точной обработки.После того, как дизайн будет доведен до совершенства, физические лаборатории по всему миру смогут создавать свои собственные фотонные петли и сами наблюдать за эффектом.

Большой проблемой является точное измерение такого низкого уровня тяги, поскольку экспериментальная ошибка может значительно исказить результаты. Маккалок считает, что эту проблему можно решить на следующем этапе. Загрузив уравнения тяги в программное обеспечение для оптимизации, Маккалок разработал привод, в тысячи раз более эффективный, чем оригинал Шоуера. У этой конструкции есть серия шипов на одном конце — Маккалок говорит, что они прозвали ее Барт Драйв в честь колючих волос Барта Симпсона.

Текущая конструкция рассчитана на обеспечение тяги около 0,012 Ньютона (равной весу скрепки или изюма) на один киловатт мощности, аналогично двигателям, используемым для маневрирования спутников. Но Маккалок считает, что они могут добиться большего, по крайней мере, в несколько раз, и что эксперименты подтвердят это.

«Привод Барта должен обеспечивать 0,012 Н / кВт, что сопоставимо с уже существующими промышленными ионными приводами, но без топлива, что делает их тяжелыми и с ограниченным сроком службы», — говорит МакКаллох.«Если мы сможем обеспечить 0,1 Н / кВт [примерно в 8 раз больше, чем существующие приводы] без потребности в топливе, то спутниковые компании будут очень заинтересованы, и я надеюсь, что это порог, который заставит технологию взлетать».

Нарушение физики

Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Рабочий EmDrive, который производит больше тяги, чем существующие космические двигатели, был бы революционным, но теория QI Маккаллача не является принятой физикой — даже близко.

Камнем преткновения является закон сохранения количества движения, который гласит, что внутри замкнутой системы импульс остается постоянным. Вот почему вы не можете подтянуться с помощью бустстэпов. Этот результат оставался неизменным на протяжении последнего столетия и принимается подавляющим большинством ученых.

Вот почему большинство критиков не воспринимают EmDrive всерьез, а некоторые высмеивают его, комментируя « волшебных космических единорогов », обеспечивающих тягу, или « EmDrive, больше похоже на BS Drive. Вес науки на их стороне, и потребуется что-то довольно драматическое, чтобы ее сместить.

Брайс Кассенти, эксперт по продвинутым силовым установкам из Университета Коннектикута, придерживается общего мнения, что EmDrive не кажется правдоподобным, потому что он нарушает закон сохранения количества движения.

«Только электромагнитные волны, излучаемые конической антенной, могут обеспечить изменение импульса, которое может создать силу, а эта сила на несколько порядков слишком мала», — сказал Кассенти в интервью Popular Mechanics .Он считает, что неизменная популярность EmDrive в DARPA объясняется его обещаниями.

«Многие энтузиасты хотят верить, что это метод, который можно использовать, чтобы избежать ограничений известных физических принципов космических силовых установок и открыть человечество для путешествий к звездам», — говорит Кассенти.

Кассенти считает важным исследовать новые и сложные концепции, но, учитывая бесконечное разнообразие предлагаемых технологий, он предпочитает те, которые опираются на известную физику.

«На мой взгляд, всегда будет лучше вкладывать инженерные усилия в существующие направления, которые удовлетворяют известным физическим принципам, и постепенно развивать науку в новых направлениях, которые могут исследовать инженеры», — говорит Кассенти.

Каждый может играть

Реально или нет, но DARPA — не единственное, кто работает над этой технологией.

Маккалок также ведет переговоры с консорциумом в Калифорнии, которые проводят свой собственный эксперимент Horizon Drive. В эту группу входят Университет Южной Калифорнии и организация, которую он может называть только «крупной аэрокосмической компанией».Их цель — продемонстрировать эффект «интуитивно», чтобы, в отличие от демонстрации микровыступов, любой, кто увидит это, поверил. Маккалок говорит, что результаты должны быть опубликованы в этом месяце.

Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Даже ВМС США баловались этой областью. Один из их исследователей, Сальваторе Сезар Пайс, недавно получил патент на космический привод с коническим резонатором и микроволновыми излучателями, очень похожими на EmDrive.Военно-морской флот отказался обсуждать эту работу.

Есть и другие игроки. Китайские исследователи из Северо-Западного политехнического университета в Сиане первыми проявили интерес к работе Шавьера в начале 2000-х, опубликовав научных статей , описывающих их очевидно быстрый прогресс. В средствах массовой информации появилось множество сообщений о том, что они готовятся к тестированию своего полета в космосе в 2016 году, но с тех пор все молчало.

Текущая фаза проекта DARPA продлится до мая 2021 года, и вполне возможно, что проект потерпит неудачу, если не будет ощутимых результатов.Спустя два десятилетия окончательный вердикт EmDrive быстро приближается.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Утечка бумаги НАСА показывает, что «невозможный» электромагнитный привод действительно работает

Просочились результаты испытаний НАСА «невозможного» электромагнитного привода, и они показывают, что спорная двигательная установка действительно работает и способна генерировать впечатляющую тягу в вакууме, даже после того, как были учтены ошибки измерения.

EM Drive попал в заголовки газет за последний год, потому что он предлагает невероятные возможности безтопливной двигательной установки, которая потенциально может доставить нас на Марс всего за 70 дней. Но есть одна серьезная проблема: по нынешним законам физики это не должно работать.

Проблема в том, что EM Drive нарушает третий закон Ньютона, который гласит, что все должно иметь равную и противоположную реакцию. Итак, согласно Ньютону и нашему нынешнему пониманию мира вокруг нас, для того, чтобы система производила движение, она должна вытолкнуть что-то в другую сторону (в космосе это обычно сжигаемое ракетное топливо).

Но EM Drive работает вообще без топлива или топлива. Он работает, просто отбрасывая микроволновые фотоны назад и вперед внутри закрытой металлической полости конической формы. Это движение заставляет «острый конец» ЭМ привода генерировать тягу и толкать привод в противоположном направлении.

Несмотря на годы испытаний и дебатов, привод остается спорным. Суть в том, что на бумаге это не должно работать по законам физики. И все же, тест за тестом, EM Drive продолжает работать.

В прошлом году лаборатория NASA Eagleworks приняла участие в попытке раз и навсегда независимо проверить или опровергнуть EM Drive. И только что просочилась новая статья о его тестах в конце 2015 года, показывающая, что EM Drive не только работает, но и создает довольно впечатляющую тягу.

Для ясности, несмотря на слухи о том, что статья НАСА по этим тестам прошла процесс рецензирования, просочившаяся версия не была опубликована в академическом журнале.Итак, на данный момент это всего лишь одна группа исследователей, сообщающих о своих результатах без какой-либо внешней проверки.

Но в документе делается вывод о том, что после учета ошибок измерения EM Drive генерирует силу 1,2 миллиньютона на киловатт в вакууме.

Это немаловажная величина — для сравнения, сверхмощный двигатель Холла генерирует силу в 60 миллиньютон на киловатт, что на порядок больше, чем у EM Drive.

Но подруливающее устройство Холла использует топливо и требует космического корабля для перевозки тяжелого топлива, и этот дополнительный вес может компенсировать более высокую тягу, заключают в статье группа NASA Eagleworks.

С другой стороны, легкие паруса, которые в настоящее время являются самой популярной формой двигателя без ракетного топлива, используют лучи солнечного света для продвижения вперед, а не топливо. И они создают только силу до 6,67 микроньютон на киловатт — на два порядка меньше , чем у НАСА EM Drive, говорится в документе.

Команда NASA Eagleworks измерила силу электромагнитного привода с помощью маятника малой тяги в Космическом центре Джонсона, и испытания были выполнены при мощности 40, 60 и 80 Вт.

Они искали какие-либо признаки того, что толчок мог быть результатом другой аномалии в системе, но пока, похоже, это не так.

«Испытательная кампания включала в себя попытку испытания нулевой тяги для выявления любых обычных источников импульсной тяги, однако ни один из них не был идентифицирован», — заключила группа под руководством Гарольда Уайта.

«Данные тяги при прямом, обратном и нулевом направлениях предполагают, что система стабильно работает с соотношением тяги к мощности, равным 1.2 ± 0,1 миллиньютона на киловатт «.

Но команда признает, что необходимы дополнительные исследования, чтобы исключить возможность того, что тепловое расширение может каким-то образом исказить результаты.

Они также дают понять, что это тестирование не предназначалось для оптимизации тяги EM Drive, но просто чтобы проверить, работает ли он, чтобы дальнейшие настройки могли сделать силовую установку более эффективной и мощной.

Итак, что же нам остается с EM Drive? Опять же, результаты не были опубликованы пока — хотя ходят слухи о том, что мы очень близки к тому, что происходит, — поэтому мы должны отнестись к этим просочившимся результатам с недоверием.

Но они предлагают дополнительные доказательства того, что тяга, создаваемая EM Drive, реальна. Так что, возможно, пришло время попытаться выяснить, как может работать система, и, что более важно, начать тестирование накопителя в космосе.

К счастью, это запланировано на ближайшие месяцы, а запуск первого EM Drive планируется сделать еще в сентябре.

И еще в июне группа исследователей из Финляндии предложила способ, которым EM Drive может работать без , противоречащего третьему закону Ньютона, путем продвижения фотонов в качестве выхлопа — хотя эту гипотезу еще предстоит проверить.

Мы все еще далеки от понимания того, как работает эта система — и работает ли она вообще, — но многие блестящие умы сейчас серьезно рассматривают возможность того, что у нас может быть способ попасть в космос без ракетного топлива. Мы очень рады видеть, что будет дальше.

Вы можете прочитать полный текст здесь.

Команда НАСА заявляет, что космический двигатель «невозможен» — узнайте факты

После многих лет спекуляций независимая исследовательская группа из Космического центра имени Джонсона НАСА достигла рубежа, который многие эксперты считали невозможным.На этой неделе команда официально опубликовала свои экспериментальные данные об электромагнитной двигательной установке, которая может приводить космический корабль в движение через пустоту — без использования какого-либо топлива.

По словам команды, электромагнитный привод, или EmDrive, преобразует электричество в тягу, просто отскакивая от микроволн в закрытой полости. Теоретически такой легкий двигатель мог бы однажды отправить космический корабль на Марс всего за 70 дней. (Узнайте, почему Илон Маск считает, что к 2060-м годам на Марсе сможет жить миллион человек.)

Давняя загвоздка в том, что EmDrive, казалось бы, бросает вызов законам классической физики, поэтому даже если он делает то, что утверждает команда, ученые все еще не уверены, как это работает на самом деле. Предыдущие сообщения о двигателе были встречены с огромной долей скептицизма, и многие физики относили EmDrive к миру псевдонауки.

Теперь, однако, последнее исследование прошло тщательную проверку независимых ученых, которая предполагает, что EmDrive действительно работает.Это начало революции в космических путешествиях или еще один фальстарт для «невозможного» двигателя космического корабля?

Что такое EmDrive?

Впервые предложенный почти 20 лет назад британским ученым Роджером Шоуером, это воплощение EmDrive было разработано и испытано инженерами Лаборатории перспективных исследований физики движения НАСА, неофициально известной как Eagleworks.

Проще говоря, Eagleworks EmDrive генерирует тягу, отражая электромагнитную энергию (в данном случае микроволновые фотоны) в закрытой конусообразной камере.Когда эти фотоны сталкиваются со стенками камеры, они каким-то образом продвигают устройство вперед, несмотря на то, что из камеры ничего не выходит. Напротив, ионные двигатели, которые сейчас используются на некоторых космических аппаратах НАСА, создают тягу за счет ионизации топлива, часто ксенона, и испускания пучков заряженных атомов.

Что это означает, если EmDrive выдержит дальнейшую проверку, так это то, что будущие транспортные средства могут мчаться в космосе без необходимости нести буквально тонны топлива. В космических путешествиях очень важно оставаться налегке для быстрых и экономичных путешествий на большие расстояния.

Почему этот двигатель нарушает законы физики?

Еще в 1687 году сэр Исаак Ньютон опубликовал три закона движения, которые легли в основу классической механики. За прошедшие три столетия эти законы проверялись и проверялись снова и снова. (См. Также «Утраченный рецепт алхимии Исаака Ньютона, открытый заново».)

Проблема в том, что EmDrive нарушает третий закон Ньютона, который гласит, что для каждого действия существует равная и противоположная реакция.Этот принцип объясняет, например, почему каноэ скользит вперед, когда кто-то гребет. Сила, прикладываемая при движении весла по воде, толкает каноэ в противоположном направлении. Именно поэтому реактивные двигатели создают тягу: когда двигатель выбрасывает горячие газы назад, самолет движется вперед.

Как ни странно, EmDrive вообще ничего не выталкивает, и это не имеет смысла в свете третьего закона Ньютона или другого принципа классической механики — сохранения количества движения. Если EmDrive движется вперед, ничего не выталкивая из спины, тогда нет силы противодействия, объясняющей толчок.Это немного похоже на утверждение, что человек в машине может толкнуть ее вперед, неоднократно нажимая на руль, или что экипаж космического корабля может доставить корабль к месту назначения, просто толкая стены.

Кто-нибудь пробовал раньше тестировать?

В 2014 году группа Eagleworks произвела фурор, когда объявила результаты первых тестов, свидетельствующие о том, что ЭМ двигатель действительно работает. С тех пор группа тестировала EmDrive во все более жестких условиях, включая последние эксперименты.

Другие группы также разработали и протестировали различные версии EmDrive. Помимо экспериментов, проводимых учеными из США, Европы и Китая, существует сообщество мастеров DIY EmDrivers, которые создают и тестируют свои собственные невозможные физические движки. Но никто не мог окончательно сказать, что такой привод работал, как описано. (Давайте будем честными: физики не любят, казалось бы, чудесных изобретений.)

Так что же теперь изменилось?

Теперь команда НАСА, стоящая за EmDrive, опубликовала результаты своих экспериментов в рецензируемом журнале.Хотя экспертная оценка не гарантирует достоверности вывода или наблюдения, она указывает на то, что по крайней мере несколько независимых ученых просмотрели экспериментальную установку, результаты и интерпретацию и сочли все это разумным.

В этой статье команда описывает, как они тестировали EmDrive почти в вакууме, как в космосе. Ученые поместили двигатель на устройство, называемое торсионным маятником, запустили его и определили, какую тягу он создает, исходя из того, насколько сильно он двигался.По оценкам авторов, EmDrive способен производить 1,2 миллиньютона на киловатт энергии.

Это не большая тяга по сравнению с более традиционными двигателями, но это далеко не так незначительно, учитывая полностью бестопливную установку. И чтобы представить это в перспективе, легкие паруса и другие связанные с ними технологии, которые приводятся в движение толчком фотонов, генерируют лишь часть этой тяги, от 3,33 до 6,67 микроньютон на киловатт.

Раньше одной из основных критических замечаний в адрес EmDrive было то, что он нагревался во время активации, что, по мнению некоторых ученых, могло нагревать окружающий воздух и генерировать тягу.Тестирование устройства в вакууме сняло некоторые из этих критических замечаний, хотя есть еще множество предостережений, которые необходимо устранить.

ОК. Как такое возможно?

Перво-наперво: до сих пор неясно, действительно ли EmDrive создает тягу, и это утверждение потребует дополнительной проверки. Но люди уже обсуждают, как может работать привод.

Команда Eagleworks, которая тестировала EmDrive, считает, что микроволновые фотоны сталкиваются с «виртуальной плазмой квантового вакуума» или бурлящим морем частиц, которые то появляются, то исчезают на квантовом уровне.Проблема в том, что нет никаких доказательств того, что квантово-вакуумная виртуальная плазма вообще существует, — говорит физик Калифорнийского технологического института Шон Кэрролл. По его словам, квантовый вакуум существует, но он не генерирует плазму, которую можно было бы прижать.

В своей статье команда Eagleworks обращается к идее, называемой теорией пилотной волны, для описания того, как квантовый вакуум может быть использован для создания тяги, отмечая при этом, что такие интерпретации «не являются доминирующим взглядом на физику сегодня».

Майк Маккаллох, физик из Плимутского университета, утверждает, что EmDrive является доказательством новой теории инерции, которая включает нечто, называемое излучением Унру, разновидностью тепла, испытываемого ускоряющимися объектами.По его словам, поскольку широкий и узкий концы конуса EmDrive допускают разные длины волн излучения Унру, инерция фотонов внутри полости должна изменяться, когда они отскакивают назад и вперед, что должно создавать тягу для сохранения импульса.

Но модель Маккаллоха предполагает, что излучение Унру реально — это не было экспериментально подтверждено — а также предполагает, что скорость света изменяется в полости EmDrive, что нарушает специальную теорию относительности Эйнштейна, по словам физика Рочестерского технологического института Брайана. Коберлейн.

Также возможно, что часть энергии, генерируемой при ускорении тела, накапливается в самом теле, говоря очень и очень просто — здесь также участвуют гравитационные взаимодействия и кратковременные колебания инерционной массы. Это могло бы объяснить, как корабль движется в космосе, не нарушая закон сохранения количества движения, говорит физик Джим Вудворд, предложивший в 1990 году так называемую теорию эффекта Маха.

Может быть, это все еще чушь?

Конечно. Существует долгая история открытий, которые, казалось бы, противоречат законам физики (нейтрино со скоростью быстрее света, кто-нибудь?), Которые в конечном итоге оказались жертвами ошибочных экспериментов.

В этой статье авторы идентифицируют и обсуждают девять потенциальных источников экспериментальных ошибок, включая нежелательные воздушные потоки, утечку электромагнитного излучения и магнитные взаимодействия. Не все из них можно полностью исключить, и определенно необходимы дополнительные эксперименты… возможно, в следующий раз в космосе.

В новом всеобъемлющем тесте EmDrive не может создать тягу

EmDrive — это гипотетическая ракета, которая, как утверждают сторонники, может генерировать тягу без выхлопа.Это нарушило бы всю известную физику. В 2016 году команда из лаборатории NASA Eagleworks заявила, что измерила тягу от устройства EmDrive, новости о котором вызвали настоящий переполох. Последняя попытка воспроизвести шокирующие результаты привела к простому ответу: измерение Eagleworks было связано с нагревом подвески двигателя, а не с какой-либо новой физикой.

EmDrive — относительно простое устройство: это пустая полость, которая не является идеально симметричной. По словам сторонников EmDrive, отражая электромагнитное излучение внутри полости, сужение полости приводит к чистой тяге двигателя, несмотря на то, что из привода ничего не протекает.Сообщается, что в 2016 году команда лаборатории НАСА Eagelworks измерила чистую тягу в своем эксперименте EmDrive, который, по их словам, произвел революцию в нашем понимании физики и будущего космических полетов.

Физики были… настроены скептически. Сохранение количества движения означает, что неподвижный объект не может двигаться без действующей на него чистой силы, что, по утверждениям Eagleworks, нарушает. Но сохранение количества движения проверялось бесчисленное количество раз на протяжении веков — фактически, этот принцип лежит в основе почти каждой отдельной теории физики.Итак, по сути, почти каждый раз, когда проверяется физика, также проверяется сохранение количества движения.

Результаты эксперимента Eagleworks были не очень сильными. Хотя команда утверждала, что измерила тягу, это не было очень статистически значимым и, по-видимому, было результатом «тщательного отбора» — авторы наблюдали случайные колебания и ждали подходящего времени, чтобы сообщить о своих результатах.

Но в духе научного воспроизведения команда Технологического университета Дрездена во главе с проф.Мартин Таймар перестроил экспериментальную установку Eagleworks.

И они нашли приземистые.

Сообщая о своих результатах на конференции Proceedings of Space Propulsion Conference 2020 , профессор Таймар сказал: «Мы обнаружили, что причиной« тяги »было тепловое воздействие. Для наших тестов мы использовали конфигурацию NASA EmDrive от White et al. (который использовался в лабораториях Eagleworks, потому что он лучше всего задокументирован, а результаты были опубликованы в журнале Journal of Propulsion and Power .)

С помощью новой структуры измерительной шкалы и различных точек подвески того же двигателя мы смогли воспроизвести кажущиеся силы тяги, аналогичные тем, которые были измерены командой НАСА, но также заставить их исчезнуть с помощью точечной подвески ».

По сути, кажущаяся тяга Eagleworks EmDrive возникла из-за нагрева шкалы, которую они использовали для измерения тяги, а не из-за какого-либо движения самого привода.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *