Podróż z prędkością światła może być możliwa dzięki przypadkowemu odkryciu, ale naukowcy ostrzegają, aby jeszcze nie cieszyć się z możliwej tygodniowej podróży do gwiazdy Alfa Centauri. Technologia nowego silnika, która wcześniej wydawała się niemożliwa, została pomyślnie przetestowana po raz trzeci.

Fizycy-amatorzy i profesjonaliści omówili wyniki eksperymentu w Internecie, chociaż nie przedstawili jeszcze oficjalnych komentarzy.

Zastosowanie takiego silnika nie ogranicza się do poruszania się z prędkościami przekraczającymi prędkość światła. Technologia usunie potrzebę używania paliwa rakietowego, które jest obecnie potrzebne do okresowego przyspieszania, utrzymując trajektorię ISS na orbicie. Zastąpienie system tradycyjny paliwa rakietowego na konwencjonalnym satelicie geostacjonarnym zmniejszymy masę obiektu wystrzelonego w kosmos z 3 do 1,3 tony, a tym samym znacznie obniżymy koszty finansowe.

Przeprowadzane eksperymenty są wciąż bardzo dalekie od rzeczywistego zastosowania na statkach kosmicznych, ale pewnego dnia następna technologia „Star Trek” może stać się integralną częścią naszego życia.

Ekologia poznania Nauka i technika: EmDrive należy do kategorii hipotetycznych maszyn wykorzystujących w swojej pracy model „rezonatora wnęki trakcyjnej RF”, takie urządzenia działają dzięki magnetronowi, który emituje mikrofale do zamkniętej metalowej komory w postaci ścięty stożek, który następnie odbija się od jego tylnych ścian przechodzących odrzutowiec aparat.

Nawet jeśli nie jesteś zainteresowany systemy napędowe w przypadku statku kosmicznego prawdopodobnie słyszałeś o urządzeniu EmDrive. Silnik jest często wymieniany w nagłówkach opisujących go jako rewolucyjną technologię zdolną do odwrócenia koncepcji podróży międzygwiezdnych, krytycznego skrócenia czasu lotu między planetami zarówno wewnątrz, jak i poza Układem Słonecznym, oraz urzeczywistnienia odwiecznych marzeń ludzkości o dostępnej przestrzeni.

Są to dość głośne i ambitne stwierdzenia, a kiedyś, komentując takie rzeczy, wielki astrofizyk i kosmolog, pionier w dziedzinie egzobiologii Carl Sagan powiedział, że „niezwykłe stwierdzenia wymagają nadzwyczajnych dowodów”. Na tej podstawie postaramy się wyjaśnić, czym tak naprawdę jest ten rewelacyjny EmDrive i czy rzeczywiście jest to kluczowa technologia, która pozwoli ludziom podbijać odległe gwiazdy.

Tak więc wszystko, co musisz wiedzieć o „niemożliwym” silniku, staraliśmy się opisać w jednym krótkim artykule, chodźmy.

CO TO JEST EMDRIVE?

EmDrive to tajemniczy silnik. Rozwój został po raz pierwszy zaprezentowany przez inżyniera lotniczego Rogera Shawyera w 2001 roku, a istotę technologii można opisać jako „bezpaliwowy silnik rakietowy” w tym sensie, że nie wymaga on paliwa w tradycyjnym tego słowa znaczeniu. Brak dużej ilości paliwa na pokładzie sprawi, że statek kosmiczny będzie lżejszy, łatwiejszy w napędzie i teoretycznie znacznie tańszy w produkcji. Ponadto hipotetyczny silnik pozwoli osiągnąć niewiarygodnie wysokie prędkości: Astronauci będą mogli dotrzeć do zewnętrznych granic Układu Słonecznego w ciągu zaledwie kilku miesięcy.

Chodzi o to, że sama koncepcja ruchu bez wyrzutu masy dżetu „nie pasuje” do prawa zachowania pędu Newtona, które mówi, że wewnątrz układu zamkniętego pęd liniowy i kątowy pozostają stałe, niezależnie od zmian zachodzących w tym układzie. Mówiąc najprościej, jeśli na ciało nie zostanie przyłożona siła zewnętrzna, nie można jej poruszyć.

Tajemniczy silnik elektromagnetyczny, który wytwarza ciąg bez żadnych procesów reaktywnych, narusza również trzecie (nie mniej fundamentalne) prawo Newtona: „Dla każdego działania zawsze istnieje równa i przeciwna reakcja”. Jak więc „działanie” (napęd odrzutowy statku kosmicznego) przebiega bez „opozycji” (spalanie paliwa i wyrzucanie masy odrzutowej) i jak to w ogóle jest możliwe? Jeśli system działa, oznacza to, że są w niego zaangażowane siły lub zjawiska o nieznanej naturze, lub też nasze rozumienie praw fizyki jest całkowicie błędne.

ZASADA DZIAŁANIA EMDRIVE

Pomijając na chwilę fizyczną „niemożliwość” technologii, zdefiniujmy, czym ona jest. Tak więc EmDrive należy do kategorii hipotetycznych maszyn, które wykorzystują model steru strumieniowego z wnęką rezonansową RF. Takie urządzenia emitują mikrofale do zamkniętej metalowej komory w postaci ściętego stożka, które następnie odbijają się od jego tylnej ścianki, przenosząc reaktywny ciąg do urządzenia. Znowu, w zwykłym języku, ciało po prostu „odpycha się” od siebie (jakże głupi byli ludzie, którzy nie wierzyli baronowi Munchausenowi, kiedy opowiadał o tym, jak wyciągnął się z bagna za włosy).

Ta zasada ruchu zasadniczo różni się od tej stosowanej przez współczesne statki kosmiczne, które spalają ogromne ilości paliwa w celu wytworzenia energii, która unosi ogromne statki kosmiczne w niebo. Jedną z metafor ujawniających istotę „niemożliwości” takiej technologii może być również założenie, że kierowca siedzący w kabinie nierozruchowego auta jest w stanie ruszyć go z miejsca – wystarczy pchnąć kierownicę odpowiednio.

Pomimo tego, że przeprowadzono kilka udanych testów prototypów eksperymentalnych - z bardzo małym, rzędu kilkudziesięciu μN, uwalnianiem energii (masa małej monety) - wyniki żadnego z badań nie zostały opublikowane w dowolne recenzowane czasopismo. Oznacza to, że każdy pozytywny wynik powinien być traktowany z odrobiną zdrowego sceptycyzmu, który zakłada, że ​​zarejestrowany ciąg może być niewyjaśnionym błędem siły lub sprzętu.

Dopóki technologia nie otrzyma odpowiedniego potwierdzenia naukowego, logiczne byłoby założenie, że EmDrive w rzeczywistości nie działa. Jest jednak wiele osób, które empirycznie udowodniły, że „niemożliwy” silnik elektromagnetyczny nadal działa:

W 2001 Scheuer otrzymał w tym roku grant w wysokości 45 000 funtów od rządu brytyjskiego na testowanie EmDrive. Stwierdził, że podczas testów uzyskano ciąg 0,016 N, a to wymagało 850 watów energii, ale nie jednego ekspertyza nie potwierdził wyniku. Co więcej, liczby te były tak małe, że łatwo mogły uchodzić za błąd techniki pomiarowej.

W 2008 rok, grupa chińskich naukowców z Northwestern Polytechnic University, kierowana przez Yang Juana, zgodnie ze swoim oświadczeniem, potwierdziła wykonalność technologii wytwarzania ciągu z powodu rezonansu elektromagnetycznego, a później opracowała własną model pracy silnik. W latach 2012-2014 przeprowadzono kilka udanych testów, w których udało się uzyskać siłę ciągu 750 milinewtonów przy zużytej energii 2500 watów.

W 2014 Naukowcy NASA przetestowali swój model EmDrive, a testy przeprowadzono również w warunkach próżni. I znowu naukowcy poinformowali o udanym eksperymencie (zarejestrowali ciąg 100 μN), którego wyniki ponownie nie zostały potwierdzone przez niezależnych ekspertów. Jednocześnie inna grupa naukowców z agencji kosmicznej była bardzo sceptycznie nastawiona do pracy swoich kolegów – nie mogli jednak ani obalić, ani potwierdzić możliwości technologii, wzywając do głębszych badań.

W 2015 r. Ta sama grupa NASA przetestowała inną wersję silnika Cannae Drive (wcześniej Q-drive), stworzonego przez inżyniera chemika Guido Fetta i stwierdziła, że ​​jest to pozytywne. Niemal w tym samym czasie niemieccy naukowcy z Politechniki w Dreźnie również opublikowali wyniki, w których w przewidywalny sposób potwierdzili obecność „niemożliwego” ciągu.

I już na koniec 2015 r., kolejny eksperyment NASA przeprowadzony przez Johnson Space Center Eagleworks w końcu potwierdził wykonalność tej technologii. Testy przeprowadzono z uwzględnieniem wcześniejszych błędów, a mimo to wyniki były pozytywne - silnik EmDrive zapewnia przyczepność. Jednocześnie naukowcy przyznają, że odkryto nowe niewyjaśnione czynniki, z których jednym może być rozszerzalność cieplna, która znacząco wpływa na urządzenie w warunkach próżni. Niezależnie od tego, czy praca zostanie skierowana do ekspertów do przeglądu, czy nie, naukowcy z Glenn Research Center, Cleveland, Ohio, Laboratories napęd odrzutowy Laboratoria Fizyki Stosowanej NASA i Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa są przekonane, że warto kontynuować eksperymenty.

CO NAS EMDRIVE "ŚWIETLI"

Ogólnie rzecz biorąc, społeczność naukowa jest bardzo ostrożna we wszystkim, co dotyczy EmDrive i ogólnie silników z wnęką rezonansową elektromagnetyczną. Z drugiej strony ta ilość badań rodzi kilka pytań. Skąd takie wzmożone zainteresowanie technologią i dlaczego tak wiele osób chce ją przetestować? Co tak naprawdę oferuje silnik o tak atrakcyjnej koncepcji?

Od wszelkiego rodzaju satelitów atmosferycznych po bezpieczniejsze i wydajniejsze pojazdy, takie jak szeroki zakres aplikacje prorokują do nowego urządzenia. Ale główną, prawdziwie rewolucyjną konsekwencją jej wdrożenia są niewyobrażalne horyzonty, które otwierają się na podróże kosmiczne.

Potencjalnie statek wyposażony w silnik EmDrive jest w stanie dotrzeć do Księżyca w zaledwie kilka godzin, Marsa w 2-3 miesiące, a Plutona w około 2 lata (dla porównania: aby dotrzeć do Plutona, sonda New Horizons spędziła ponad 9 lat ). To dość głośne stwierdzenia, jeśli jednak okaże się, że technologia ma realne podstawy, te liczby nie będą już tak fantastyczne. A to biorąc pod uwagę fakt, że nie ma potrzeby przewożenia ton paliwa, produkcja statków kosmicznych stanie się prostsza, a one same będą znacznie lżejsze i znacznie tańsze.

Dla NASA i podobnych organizacji, w tym wielu prywatnych korporacji kosmicznych, takich jak SpaceX czy Virgin Galactic, lekki i niedrogi statek, który może szybko dotrzeć do najbardziej odległych zakątków Układu Słonecznego, to rzecz, o której można tylko pomarzyć. Niemniej jednak, aby wdrożyć tę technologię, nauka nadal musi ciężko pracować.

Jednocześnie Scheuer mocno wierzy, że do wyjaśnienia działania EmDrive nie są potrzebne żadne pseudonaukowe ani kwantowe teorie. Wręcz przeciwnie, jest przekonany, że technologia nie wykracza poza obecny model mechaniki Newtona. Na poparcie swoich słów napisał kilka artykułów, z których jeden jest obecnie w trakcie przeglądu. Oczekuje się, że dokument zostanie opublikowany w tym roku. Jednak jego dotychczasowa praca była krytykowana za nieprawidłowe i niespójne badania naukowe.

Pomimo jego nalegań, aby silnik działał zgodnie z istniejącymi prawami fizyki, Scheuerowi udaje się poczynić fantastyczne założenia dotyczące EmDrive. Na przykład stwierdził, że nowy silnik zasilany przez pole warp i dlatego ostatnie wyniki NASA były pomyślne. Takie odkrycia przyciągnęły dużą uwagę społeczności internetowej. Jednak znowu dzisiaj nie ma przejrzystych i otwartych danych pomocniczych, a aby technologia została zaakceptowana przez oficjalną naukę, trzeba przeprowadzić więcej niż jedno dogłębne badanie.

Colin Johnston z Arma Planetarium napisał krytykę EmDrive i niejednoznacznych wyników wielu przeprowadzonych eksperymentów. Ponadto Corey S. Powell z Discovery opracował własne dla silników EmDrive i Cannae Drive, tak jak zrobił to w przypadku badań NASA. John S. Baez profesor matematyki i fizyki w ogóle nazwał koncepcję ta technologia to „bzdura”, a jej wnioski odzwierciedlają odczucia wielu naukowców.

Silnik EmDrive został przyjęty z entuzjazmem przez wielu, m.in. serwis NASASpaceFlight.com, który zamieścił informacje o najnowszych eksperymentach Eagleworks, oraz popularny magazyn New Scientist, który napisał pozytywną i optymistyczną recenzję o silniku elektromagnetycznym, który jednak nie zapomniałem wspomnieć o potrzebie świadczenia dodatkowe fakty wymagane w przypadku takich kontrowersyjnych kwestii. Ponadto entuzjaści z całego świata zaczęli budować własne modele silników o ciągu „nieznanego pochodzenia”, jedną z ciekawie działających wersji, stworzoną w „garażowych” warunkach, zasugerował rumuński inżynier Iulian Berca.

Przed wyciągnięciem jednoznacznych wniosków należy pamiętać, że fizyka w zasadzie wyklucza pojawienie się jakiegokolwiek ciągu w EmDrive i podobnych urządzeniach. Niemniej jednak, naprawdę sprawdzone działające wersje silników fal elektromagnetycznych mogą otworzyć niespotykane dotąd możliwości zarówno dla transportu kosmicznego, jak i naziemnego oraz przewracania się. nowoczesna nauka do góry nogami. W międzyczasie większość naukowców klasyfikuje EmDrive jako science fiction. opublikowany przez

Satelita Cannae sześciu jednostek CubeSat. Render: Cannae Inc.

Eksperci i pasjonaci spierają się od 2003 roku o możliwość istnienia hipotetycznego „magicznego” silnika elektromagnetycznego EmDrive. Zasada jego działania jest bardzo prosta: magnetron generuje mikrofale, energia ich oscylacji jest gromadzona w wysokiej jakości rezonatorze, a fakt obecności fali stojącej oscylacji elektromagnetycznych w zamkniętym rezonatorze o specjalnym kształcie jest źródło ciągu. To tworzy ciąg w zamkniętej pętli, to znaczy w systemie, całkowicie odizolowane od środowiska zewnętrznego, bez wydechu.

Z jednej strony silnik ten wydaje się naruszać prawo zachowania pędu, na co wskazuje wielu fizyków. Z drugiej strony brytyjski wynalazca Roger Shawyer ma głęboką wiarę w swój EmDrive - i (zobacz kilkaset stron dyskusyjnych na forum NASASpaceFlight). Testy przeprowadzone na Ziemi (wyniki 22 testów) zdają się potwierdzać funkcjonalność EmDrive.

Czas zakończyć kontrowersje.

Ostatni punkt sporu położy Guido Fetta - współpracownik Scheuera i konstruktor kolejnego hipotetycznego silnika Cannae Drive, który działa na tej samej zasadzie: generowanie mikrofal i tworzenie ciągu w zamkniętej pętli bez spalin.

17 sierpnia 2016 r. Guido Petta ogłosił, że zamierza wystrzelić na orbitę eksperymentalny napęd Cannae Drive – i przetestować go w akcji. Guido Petta jest dyrektorem generalnym Cannae Inc. Teraz Cannae Inc. udzielił licencji na technologię napędu elektromagnetycznego firmie Theseus Space Inc., która wystrzeli satelitę CubeSat na niską orbitę okołoziemską.

Wśród założycieli Theseus Space są sama Cannae Inc., a także mało znane firmy LAI International, AZ i SpaceQuest.

Data premiery nie została jeszcze ogłoszona. Być może w 2017 roku entuzjastom uda się zebrać pieniądze i zbudować eksperymentalny aparat.

Jedyną misją satelity jest testowanie silnika Cannae Drive przez sześć miesięcy. Satelita będzie próbował się poruszać za pomocą ciągu elektromagnetycznego Cannae Drive.

Twórcy Cannae Drive twierdzą, że ich silnik jest w stanie generować ciąg do kilku niutonów i „więcej wysokie poziomy”, który najlepiej nadaje się do użytku w małych satelitach. Silnik nie wymaga paliwa i nie ma spalin.

Objętość silnika na satelicie CubeSat wynosi nie więcej niż 1,5 jednostki, czyli 10 × 10 × 15 cm, a zasilanie jest mniejsze niż 10 watów. Sam satelita będzie składał się z sześciu jednostek.

Satelita firmy Cannae. Render: Cannae Inc.

Po udanej demonstracji na orbicie, Theseus Space zamierza zaoferować nowy silnik zewnętrznym producentom do użytku na innych satelitach.

Entuzjaści są pewni: jeśli EmDrive działa, to w przyszłości stanie się możliwe stworzenie nie tylko wydajne silniki kosmiczne, ale także latające samochody, a także statki, samoloty – każdy transport z napędem elektromagnetycznym.

Cannae nie jest jedynym, który chce przetestować działanie silnika elektromagnetycznego w kosmosie. Niemiecki inżynier Paul Kocyla zaprojektował mały kieszonkowy EmDrive i teraz zbiera pieniądze poprzez kampanię crowdfundingową. Aby wystrzelić prototyp w kosmos na minisatelitę PocketQube, potrzeba 24 200 euro. W ciągu trzech miesięcy udało nam się zebrać 585 euro.

Prototyp EmDrive autorstwa niemieckiego inżyniera Paula Kotsyly

Prace naukowe Scheuera zostały niedawno opublikowane w otwartym dostępie. „Na całym świecie ludzie mierzą apetyt. Niektórzy budowali silniki w swoich garażach, inni w dużych organizacjach. Wszyscy dają zachcianki, nie ma wielkiej tajemnicy. Ktoś myśli, że jest tu jakaś czarna magia, ale tak nie jest. Każdy rozsądny fizyk powinien zrozumieć, jak to działa. Jeśli ktoś nie rozumie, to czas, aby zmienił pracę” – kategorycznie powiedział brytyjski inżynier.

Jewgienij Zołotow

Opowieść o „niemożliwym” silniku EmDrive stała się jednym z jej najchętniej czytanych materiałów. I oczywiście śledziłem temat, mając nadzieję, że pewnego dnia napiszę sequel. Ale taki przypadek został przedstawiony dopiero innego dnia: renomowane czasopismo naukowe opublikowało artykuł grupy pracowników jednego z laboratoriów NASA, którzy nie tylko przetestowali silnik, aby jeszcze raz zmierzyć powstający ciąg, ale także zapewnili sprawozdanie z badań do sądu niezależni eksperci(tzw. peer review), która nie ujawniła żadnych poważnych błędów. A to oznacza, że ​​możliwość „niemożliwego” silnika stała się teraz o rząd wielkości większa.

Jeśli zapomniałeś lub nigdy nie słyszałeś, przywróćmy obraz w Ogólny zarys EmDrive, jak to się zwykle nazywa, to w zasadzie zwykła kuchenka mikrofalowa, tylko wykonana nie w formie sześcianu, ale w formie ściętego i, co najważniejsze, zamkniętego po obu stronach stożka. Na węższym końcu jest przymocowany emiter mikrofal, włącza się i - to wszystko!

Nie ma paliwa, które można by wyrzucić za burtę. Tak więc, zgodnie z fizyką klasyczną, a mianowicie prawem zachowania pędu, ciąg nie może powstać. Jednak wynalazcy EmDrive (brytyjski inżynier Roger Schaer i inne osoby, które później zajęły się tym samym tematem niezależnie) upierają się, że z różnych powodów – z powodu „nierównowagi kwantowej” lub czegoś innego w tym samym duchu, czego współczesna fizyka nie bierze pod uwagę – jest miejsce, w którym trzeba być, a podobno można go było nawet zmierzyć.

Zauważ, że Shaer i inni wcale nie twierdzą, że prawa Newtona są błędne. Mówią tylko, że natknęli się na efekt, który wyjaśni istniejące prawa. Jest to fundamentalnie ważny punkt, który bardzo pomógł „Śmigłowi EM” – zapewnił jego zainteresowanie poważnym badaczom.

Tu zaczyna się paradoksalna część. Z jednej strony wszystkie rozsądne źródła popularnonaukowe i naukowe uważają taki silnik za pseudonaukowy. Z drugiej strony niespodziewanie podjęli się dość poważni ludzie: najpierw kilka grup naukowych z Chin, a potem NASA. Od tego czasu o Chińczykach nic nie słychać, ale Amerykanie nie są straceni: w Stanach Zjednoczonych praca ta jest finansowana z kieszeni podatników, więc wyniki powinny być dostępne dla każdego.

A dwa lata temu pojawił się pierwszy, bardzo zachęcający raport z NASA: naprawdę istnieje impuls, choć z nieznanego powodu. A ostatnio prestiżowy Journal of Propulsion and Power publikuje pracowników laboratorium NASA Eagleworks - w którym ponownie potwierdza się fakt wystąpienia ciągu, tym razem na czułym zawieszeniu skrętnym w próżni (ale jednak na Ziemi). Oferuje również ostrożne wyjaśnienie.

Wyjaśnienie jest dalekie od głównej części artykułu, ponieważ jest to raczej przypuszczenie, ale to właśnie spowodowało najwięcej hałasu. Faktem jest, że w grę wchodzi istniejąca teoria, która ma dosłownie prawie sto lat: teoria fal pilotujących. Został on wysunięty w latach 20. ubiegłego wieku, a następnie kilkakrotnie wyjaśniony.

Obawiam się, że wyjaśnię to tylko z grubsza (i byłbym wdzięczny, gdyby eksperci to poprawili!), Ale istotą jest generalnie założenie, że jesteśmy zmuszeni opisywać procesy kwantowe niewygodnymi metodami statystycznymi tylko dlatego, że nie zauważamy niektórych cząstek kwantowych o rzeczywistej dynamice niższego poziomu - które w rzeczywistości poruszają się jak ciała makroskopowe po bardzo określonych trajektoriach określonych przez właściwości próżni. Ta teoria przydała się tutaj, ponieważ pozwala wyjaśnić próżnię jako ośrodek podtrzymujący wahania gęstości: EmDrive przekazuje impuls do próżni (odpycha się od niej, jakby od wody) i tak powstaje ciąg w zamknięty system.

I tu należy podkreślić dwie ważne rzeczy. Po pierwsze, teoria fal pilotujących nie jest wynalazkiem pseudonaukowym, ale jednym z wielu równie prawdopodobnych wyjaśnień procesów kwantowych, które w sposób zadowalający dokładnie opisuje obserwowane efekty i jest poparte danymi eksperymentalnymi. Po drugie, sam fakt opublikowania artykułu przez NASA w takiej publikacji co najmniej usuwa kwestię poprawności pomiaru nacisku na zawieszenie (pamiętam, że był to jeden z argumentów sceptyków: mówią , silnik będzie zachowywał się inaczej w rzeczywistej przestrzeni). Mówiąc najprościej, artykuł można rozumieć w następujący sposób: NASA nie wie na pewno, dlaczego występuje pchnięcie, ale wiedzą, jak to zmierzyć - i prosty czytelnik może na nich polegać.

W związku z tym pojawia się nowe pole do domysłów. Pomijając liczby, którym obecnie w ogóle nie należy przywiązywać dużej wagi (zadaniem było wykazanie istnienia efektu, a poszukiwanie sposobów optymalizacji jest na liście na przyszłość) autorzy pracy stwierdzają: już w środku obecna forma Chociaż EmDrive jest o rząd wielkości mniej wydajny niż klasyczne silniki rakietowe, jest o dwa rzędy wielkości bardziej wydajny niż inne „bezwyczerpane” napędy, takie jak żagiel słoneczny, przyspieszenie laserowe i silnik fotonowy. Biorąc pod uwagę, że ograniczenie prędkości jest narzucane tylko przez prędkość światła, a wcale pod względem mocy (nic nie stoi na przeszkodzie, by zbudować takie silniki z dosłownie wieloma kilometrami akumulatorów – starczyłoby prądu na ich zasilenie!), to sprawia, że ​​EmDrive najbardziej obiecujący kierunek badań i rozwoju Układu Słonecznego jako minimum.

Oznacza to, że wszystko opiera się teraz na ogólnej kontroli w przestrzeni. Przypomnę, że Chińczycy już to zamierzali zrobić. Czy zostało to zrobione iz jakim skutkiem? Nieznany. Jednak w w tym przypadku cisza czyni cię bardziej podejrzliwym niż rozczarowanym. Przecież jasne jest, że założycielami będą założyciele, którzy jako pierwsi potwierdzą działanie takiego silnika w kosmosie, a następnie jako pierwsi da uzasadnienie teoretyczne. Nowa gałąź fizyka i ojcowie nieoczekiwanych, nieprzewidywalnych odkryć i technologii!

Jak ktoś dobrze powiedział, nie wyobrażamy sobie, dokąd nas zaprowadzi EmDrive, jeśli okaże się to prawdą, ponieważ jesteśmy na samym początku drogi. Ponieważ linie widmowe ostatecznie doprowadziły do ​​​​rewolucji półprzewodników, więc niemożliwy silnik„Odpychanie się od próżni” niekoniecznie musi stać się jedynie podstawą technologii rakietowej przyszłości. Skutki uboczne z pewnością zostaną odkryte, nastąpią powiązane odkrycia, pojawią się nowe pytania: nie każdego dnia, roku, a nawet stulecia można wyjaśnić lub obalić jedno z podstawowych praw fizyki!

I jak miło, że żyjemy właśnie w czasach, kiedy ta historia jest pisana!

Udana eksploracja kosmosu nieustannie wymaga od ludzkości studiowania i odkrywania nowych technologii, które pozwolą mieć więcej potężny sprzęt i tworzyć systemy zapewniające załodze życie na dalsze loty kosmiczne. Jedną z takich rewolucyjnych technologii może być hipotetyczny silnik elektromagnetyczny EmDrive, który do niedawna uważano za niemożliwy. Jednak w 2016 roku NASA opublikowała wyniki badań i eksperymentów przeprowadzonych na silniku, które potwierdzają jego osiągi. Kolejnym krokiem amerykańskiej agencji kosmicznej w badaniu tego zagadnienia jest przeprowadzenie eksperymentów na silniku EmDrive w kosmosie.

Ale zacznijmy w kolejności

Jak działa silnik odrzutowy

Przede wszystkim przyjrzyjmy się pokrótce zasadzie działania zwykłego silnika rakietowego. Istnieją trzy najpopularniejsze typy silniki rakietowe:

• Najpopularniejszym typem silnika rakietowego jest chemiczny. Jego zasada działania jest następująca: w zależności od stanu skupienia paliwa (paliwo stałe lub płynny silnik) w taki czy inny sposób utleniacz miesza się z paliwem, tworząc paliwo. Po reakcji chemicznej paliwo spala się, pozostawiając po sobie produkty spalania – szybko rozprężający się podgrzany gaz. Strumień tego gazu opuszcza dyszę rakiety, tworząc tzw. „płyn roboczy”, czyli bardzo „ognisty” strumień, który często widzimy np. w programach telewizyjnych lub filmach.
• Jądrowy - rodzaj silnika, w którym gaz (na przykład wodór lub amoniak) jest podgrzewany w wyniku pozyskania energii z reakcji jądrowych (rozszczepienie jądrowe lub fuzja jądrowa).
• Elektryczny - silnik, w którym następuje nagrzewanie gazu z powodu energia elektryczna... Na przykład typ termiczny takiego silnika podgrzewa gaz (płyn roboczy) za pomocą elementu grzejnego, podczas gdy typ statyczny przyspiesza ruch cząstek gazu za pomocą pola elektrostatycznego.

Montaż silnika odrzutowego

Korpus takiego silnika musi składać się z metalu nie zużywającego się.

Niezależnie od wyboru typu silnika, jego działanie będzie wymagało imponującego zapasu paliwa, co sprawia, że ​​statek kosmiczny jest znacznie cięższy i wymaga więcej mocy z tego samego silnika.

Silnik EmDrive - co to jest i jak działa?

W 2001 roku brytyjski inżynier Roger Scheuer zaproponował nowy typ silnik elektryczny, którego zasada zasadniczo różni się od zasady działania wymienionych powyżej silników.

Konstrukcja to zamknięta metalowa komora (rezonator) w postaci ściętego stożka (coś w rodzaju wiadra z pokrywką), który ma pewien współczynnik odbicia promieniowania mikrofalowego. Magnetron połączony ze stożkiem generuje promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie mikrofal, które wchodzi do rezonatora i tworzy tam tzw. falę stojącą. Z powodu rezonansu wzrasta energia drgań mikrofal.

Jak wiadomo, światło lub promieniowanie elektromagnetyczne wywiera nacisk na powierzchnię. Ze względu na zwężenie komory w jedną stronę, ciśnienie mikrofal na mniejszej podstawie ściętego stożka jest mniejsze niż ciśnienie na większej podstawie. Jeśli rozważymy komorę jako układ zamknięty, to opisany powyżej efekt spowoduje tylko obciążenie materiału komory, a także więcej po jednej jej stronie. Jednak twórca koncepcji silnika EmDrive twierdzi, że ten system jest otwarty ze względu na ograniczenie prędkości ruchu promieniowania elektromagnetycznego („prędkość światła”).

Fizyczna zasada działania takiego silnika nie jest do końca jasna. Roger Scheuer jest przekonany, że wyjaśnienie tej technologii jest możliwe w ramach znanej mechaniki Newtona. Prawdopodobnie, ze względu na obecność w komorze współczynnika odbicia promieniowania mikrofalowego, niewielka część promieniowania wychodzi na zewnątrz, poza wnękę, co powoduje otwarcie układu. Jednocześnie emisja promieniowania od strony większej podstawy ściętego stożka następuje w większym stopniu ze względu na większą powierzchnię podstawy. Wtedy wychodzące promieniowanie mikrofalowe będzie analogiem płynu roboczego, który wytwarza ciąg, który napędza statek kosmiczny w przeciwnym kierunku niż wypromieniowane mikrofale.

Jednocześnie naukowcy z NASA sugerują, że prawda o działaniu silnika leży znacznie głębiej, w mechanice kwantowej, w ogólnej teorii względności, zgodnie z którą układ jest otwarty. Upraszczając teorię tak bardzo, jak to możliwe, możemy powiedzieć, że cząstki mogą znikać i rodzić się w zamkniętej pętli czasoprzestrzeni.

Kilka organizacji badawczych, w tym NASA, oceniło możliwość wdrożenia silnika tą metodą.

Wyniki eksperymentalne

W ciągu 15 lat przeprowadzono wiele eksperymentów. Chociaż wyniki większości z nich potwierdziły skuteczność koncepcji silnika, opinia niezależnych ekspertów różniła się od opinii eksperymentatorów. Główny powód zaprzeczenie wyników eksperymentów jest faktem nieprawidłowego zaprojektowania i wykonania eksperymentu.

Wreszcie amerykańska agencja kosmiczna, która ma wystarczające środki, by stworzyć eksperyment, który może wydać ostateczny werdykt, podjęła się badania silnika EmDrive. Mianowicie – laboratorium eksperymentalne NASA – Eagleworks, gdzie skonstruowano prototyp silnika EmDrive. Silnik został umieszczony w próżni, w której nie wykluczono konwekcji termicznej, i okazało się, że prototyp rzeczywiście był w stanie dostarczyć ciąg. Według laboratorium udało się uzyskać ciąg o współczynniku mocy 1,2 ± 0,1 mN/kW. Liczba ta jest wciąż znacznie niższa niż moc stosowanych obecnie silników rakietowych, ale około stukrotnie wyższa niż moc silników fotonowych i żagli słonecznych.

Wraz z opublikowaniem raportu z eksperymentu, eksperyment na silniku w warunkach naziemnych prawdopodobnie się zakończył. NASA planuje przeprowadzić dalsze eksperymenty na EmDrive w kosmosie.

Podanie

Obecność takiego silnika w rękach ludzkości znacznie poszerza możliwości eksploracji kosmosu. Zaczynając od stosunkowo małego - EmDrive zainstalowany na ISS znacznie zmniejszyłby rezerwy paliwowe stacji. Wydłużyłoby to żywotność stacji, a także znacznie ograniczyło misje ładunkowe na dostawę paliwa. W konsekwencji zmniejszy się finansowanie misji i utrzymania stacji.

Jeśli weźmiemy pod uwagę zwykłego satelitę geostacjonarnego, który zostanie zainstalowany ten silnik, wtedy masa aparatu będzie o ponad połowę mniejsza. Podobnie obecność EmDrive wpłynie na załogowy statek kosmiczny, który będzie poruszał się zauważalnie szybciej.

Jeśli nadal pracujemy nad mocą silnika, to według obliczeń potencjał EmDrive umożliwia dostarczenie sześciu astronautów i trochę sprzętu, a następnie powrót na Ziemię za około 4 godziny. Podobnie lot na Marsa z tą technologią potrwa kilka miesięcy. Lot do Plutona potrwa około dwóch lat. Nawiasem mówiąc, stacja Nowe Horyzonty zajęła 9 lat.

Podsumowując, należy zauważyć, że technologia EmDrive jest w stanie znacznie zwiększyć prędkość statku kosmicznego, oszczędzając na eksploatacji pojazdów, a także na paliwie. Ponadto, .