Eine erfolgreiche Weltraumforschung erfordert ständig, dass die Menschheit neue Technologien studiert und entdeckt, die es ermöglichen, leistungsfähigere Geräte zu haben und Systeme zu schaffen, die das Leben der Besatzung für weitere Weltraumflüge sichern. Eine solche revolutionäre Technologie könnte der hypothetische elektromagnetische Motor EmDrive sein, der bis vor kurzem als unmöglich galt. Im Jahr 2016 veröffentlichte die NASA jedoch die Ergebnisse von Forschungen und Experimenten, die an dem Triebwerk durchgeführt wurden, die seine Leistung belegen. Der nächste Schritt der amerikanischen Raumfahrtbehörde bei der Untersuchung dieses Themas besteht darin, Experimente am EmDrive-Triebwerk im Weltraum durchzuführen.
Aber fangen wir der Reihe nach an
So funktioniert ein Düsentriebwerk
Betrachten wir zunächst kurz das Funktionsprinzip eines gewöhnlichen Raketentriebwerks. Es gibt drei der beliebtesten Arten von Raketenmotoren:
- Chemie ist die häufigste Art von Raketentriebwerk. Sein Funktionsprinzip ist wie folgt: Je nach Aggregatzustand des Brennstoffs (Festbrennstoff- oder Flüssigmotor) wird das Oxidationsmittel auf die eine oder andere Weise mit dem Brennstoff vermischt und bildet Brennstoff. Nach einer chemischen Reaktion verbrennt der Brennstoff und hinterlässt Verbrennungsprodukte - ein schnell expandierendes erhitztes Gas. Der Strahl dieses Gases tritt aus der Raketendüse aus und bildet das sogenannte "Arbeitsfluid", das ist der sehr "feurige" Strahl, den wir beispielsweise in Fernsehsendungen oder Filmen oft sehen.
- Nuklear - ein Motortyp, bei dem ein Gas (z. B. Wasserstoff oder Ammoniak) erhitzt wird, indem Energie aus Kernreaktionen (Kernspaltung oder -fusion) gewonnen wird.
- Elektro - ein Motor, bei dem die Erwärmung des Gases durch elektrische Energie erfolgt. Zum Beispiel erhitzt der thermische Typ eines solchen Motors das Gas (Arbeitsfluid) unter Verwendung eines Heizelements, während der statische Typ die Bewegung von Gaspartikeln unter Verwendung eines elektrostatischen Feldes beschleunigt.
Zusammenbau eines Strahltriebwerks
Das Gehäuse eines solchen Motors muss aus nicht verbrauchbarem Metall bestehen.
Unabhängig von der Wahl des Triebwerkstyps ist für den Betrieb eine beeindruckende Kraftstoffversorgung erforderlich, wodurch das Raumfahrzeug erheblich schwerer wird und mehr Leistung vom gleichen Triebwerk benötigt wird.
EmDrive-Engine - was ist das und wie funktioniert sie?
2001 schlug der britische Ingenieur Roger Scheuer einen neuartigen Elektromotor vor, dessen Prinzip sich grundlegend von dem Funktionsprinzip der oben aufgeführten Motoren unterscheidet.
Das Design ist eine geschlossene Metallkammer (Resonator) in Form eines Kegelstumpfes (so etwas wie ein Eimer mit Deckel), der einen bestimmten Reflexionskoeffizienten der Mikrowellenstrahlung hat. Ein mit dem Konus verbundenes Magnetron erzeugt elektromagnetische Strahlung im Mikrowellenbereich, die in den Resonator eindringt und dort eine sogenannte stehende Welle erzeugt. Durch Resonanz erhöht sich die Schwingungsenergie der Mikrowellen.
Wie Sie wissen, übt Licht oder elektromagnetische Strahlung Druck auf eine Oberfläche aus. Durch die Verengung der Kammer nach einer Seite ist der Druck der Mikrowellen auf der kleineren Basis des Kegelstumpfes geringer als der Druck auf der größeren Basis. Betrachtet man die Kammer als geschlossenes System, so führt der oben beschriebene Effekt nur zu einer Belastung des Kammermaterials und zwar auf einer Seite davon. Der Schöpfer des EmDrive-Motorkonzepts behauptet jedoch, dass dieses System aufgrund der begrenzten Bewegungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Strahlung ("Lichtgeschwindigkeit") offen ist.
Das physikalische Funktionsprinzip eines solchen Motors ist nicht ganz klar. Roger Scheuer ist überzeugt, dass die Erklärung dieser Technologie im Rahmen der bekannten Newtonschen Mechanik möglich ist. Wahrscheinlich geht aufgrund des Reflexionskoeffizienten der Mikrowellenstrahlung in der Kammer ein kleiner Teil der Strahlung nach außen, außerhalb des Hohlraums, wodurch das System geöffnet wird. Gleichzeitig erfolgt die Strahlungsemission von der Seite der größeren Basis des Kegelstumpfes aufgrund der größeren Fläche der Basis in stärkerem Maße. Dann ist die ausgehende Mikrowellenstrahlung ein Analogon des Arbeitsfluids, das einen Schub erzeugt, der das Raumfahrzeug in die entgegengesetzte Richtung zu den ausgestrahlten Mikrowellen treibt.
Gleichzeitig vermuten NASA-Forscher, dass die Wahrheit über die Wirkung des Triebwerks viel tiefer liegt, in der Quantenmechanik, in der allgemeinen Relativitätstheorie, nach der das System offen ist. Wenn wir die Theorie so weit wie möglich vereinfachen, können wir sagen, dass Teilchen verschwinden und in einer geschlossenen Raumzeitschleife geboren werden können.
Mehrere Forschungsorganisationen, darunter die NASA, haben die Machbarkeit der Implementierung des Triebwerks nach dieser Methode bewertet.
Experimentelle Ergebnisse
Im Laufe von 15 Jahren wurden viele Experimente durchgeführt. Obwohl die Ergebnisse der meisten von ihnen die Effizienz des Motorenkonzepts bestätigten, wich die Meinung unabhängiger Experten von der der Experimentatoren. Der Hauptgrund für die Widerlegung von Versuchsergebnissen ist die Tatsache, dass das Experiment falsch konzipiert und durchgeführt wurde.
Schließlich hat die amerikanische Weltraumbehörde, die über ausreichende Ressourcen verfügt, um ein Experiment zu erstellen, das das endgültige Urteil fällen kann, die Studie des EmDrive-Triebwerks übernommen. Nämlich - das Experimentallabor der NASA - Eagleworks, wo der Prototyp des EmDrive-Triebwerks gebaut wurde. Das Triebwerk wurde in ein Vakuum gesetzt, in dem jede thermische Konvektion ausgeschlossen war, und es stellte sich heraus, dass der Prototyp tatsächlich in der Lage war, Schub zu liefern. Nach Angaben des Labors konnte ein Schub mit einem Leistungsfaktor von 1,2 ± 0,1 mN / kW erzielt werden. Diese Zahl ist immer noch viel niedriger als die Leistung der heute verwendeten Raketentriebwerke, aber etwa hundertmal höher als die Leistung von Photonentriebwerken und Sonnensegeln.
Mit der Veröffentlichung des Versuchsberichts ist der Versuch am Motor unter irdischen Bedingungen wohl beendet. Die NASA plant, weitere Experimente zu EmDrive im Weltraum durchzuführen.
Anwendung
Das Vorhandensein eines solchen Motors in den Händen der Menschheit erweitert die Möglichkeiten der Weltraumforschung erheblich. Angefangen mit einem relativ kleinen - das auf der ISS installierte EmDrive würde die Treibstoffreserven der Station erheblich reduzieren. Dies würde die Lebensdauer der Station verlängern und die Frachteinsätze für die Lieferung von Treibstoff erheblich reduzieren. Folglich werden die Mittel für Missionen und die Wartung der Station gekürzt.
Wenn wir einen gewöhnlichen geostationären Satelliten betrachten, auf dem dieser Motor installiert wird, wird sich die Masse des Geräts mehr als halbieren. Ebenso wirkt sich das Vorhandensein von EmDrive auf das bemannte Raumfahrzeug aus, das sich spürbar schneller bewegen wird.
Wenn wir noch an der Motorleistung arbeiten, dann ermöglicht das Potenzial von EmDrive laut Berechnungen, sechs Astronauten und einige Ausrüstung zu liefern und dann in etwa 4 Stunden zur Erde zurückzukehren. Ebenso wird ein Flug zum Mars mit dieser Technologie einige Monate dauern. Der Flug nach Pluto wird etwa zwei Jahre dauern. Die Station New Horizons hat übrigens 9 Jahre gebraucht.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die EmDrive-Technologie in der Lage ist, die Geschwindigkeit von Raumfahrzeugen erheblich zu erhöhen, den Betrieb von Fahrzeugen sowie Kraftstoff zu sparen. Außerdem, .
Cannae-Satellit von sechs CubeSat-Einheiten. Rendering: Cannae Inc.
Experten und Enthusiasten streiten seit 2003 über die Möglichkeit der Existenz eines hypothetischen "magischen" elektromagnetischen Motors EmDrive. Das Funktionsprinzip ist sehr einfach: Das Magnetron erzeugt Mikrowellen, die Energie ihrer Schwingungen wird in einem Resonator hoher Qualität gespeichert, und das Vorhandensein einer stehenden Welle elektromagnetischer Schwingungen in einem geschlossenen Resonator einer speziellen Form ist eine Schubquelle. Dadurch entsteht Schub in einem geschlossenen Kreislauf, d. h. im System, vollständig von der äußeren Umgebung isoliert, kein Auspuff.
Einerseits scheint dieser Motor den Impulserhaltungssatz zu verletzen, wie von vielen Physikern angegeben. Auf der anderen Seite hat der britische Erfinder Roger Shawyer ein tiefes Vertrauen in sein EmDrive – und (siehe mehrere hundert Diskussionsseiten im NASASpaceFlight-Forum). Die auf der Erde durchgeführten Tests (Ergebnisse von 22 Tests) scheinen die Funktionalität des EmDrive zu bestätigen.
Es ist Zeit, die Kontroverse zu beenden.
Den letzten Punkt des Streits wird Guido Fetta anführen - ein Gleichgesinnter von Scheuer und der Konstrukteur eines anderen hypothetischen Motors, Cannae Drive, der nach dem gleichen Prinzip funktioniert: Erzeugung von Mikrowellen und Erzeugung von Schub in einem geschlossenen Schleife ohne Auspuff.
Am 17. August 2016 gab Guido Petta bekannt, dass er einen experimentellen Cannae Drive in den Orbit bringen und in Aktion testen will. Guido Petta ist der CEO von Cannae Inc. Jetzt Cannae Inc. hat die elektromagnetische Antriebstechnologie an Theseus Space Inc. lizenziert, die den CubeSat-Satelliten in eine erdnahe Umlaufbahn bringen wird.
Zu den Gründern von Theseus Space gehören Cannae Inc. selbst sowie die wenig bekannten Firmen LAI International, AZ und SpaceQuest.
Ein Starttermin wird noch bekannt gegeben. Vielleicht können die Enthusiasten 2017 Geld sammeln und einen Versuchsapparat bauen.
Die einzige Mission des Satelliten besteht darin, das Triebwerk Cannae Drive sechs Monate lang zu testen. Der Satellit wird versuchen, sich mit dem elektromagnetischen Schub von Cannae Drive zu bewegen.
Die Cannae-Drive-Entwickler behaupten, dass ihr Triebwerk in der Lage ist, Schub von bis zu mehreren Newton und "höheren Ebenen" zu erzeugen, was am besten für den Einsatz in Kleinsatelliten geeignet ist. Der Motor benötigt keinen Kraftstoff und hat keine Abgase.
Das Volumen des Motors des CubeSat-Satelliten beträgt nicht mehr als 1,5 Einheiten, dh 10 × 10 × 15 cm, die Stromversorgung beträgt weniger als 10 Watt. Der Satellit selbst wird aus sechs Einheiten bestehen.
Satellit der Firma Cannae. Rendering: Cannae Inc.
Nach einer erfolgreichen In-Orbit-Demonstration beabsichtigt Theseus Space, das neue Triebwerk Drittherstellern für den Einsatz auf anderen Satelliten anzubieten.
Enthusiasten sind sich sicher: Wenn EmDrive funktioniert, wird es in Zukunft möglich sein, nicht nur effiziente Weltraummotoren, sondern auch fliegende Autos sowie Schiffe, Flugzeuge zu bauen - jeglicher Transport mit elektromagnetischer Traktion.
Cannae ist nicht der einzige, der den Betrieb eines elektromagnetischen Motors im Weltraum testen möchte. Der deutsche Ingenieur Paul Kocyla hat einen kleinen EmDrive im Taschenformat entworfen und sammelt jetzt Geld durch eine Crowdfunding-Kampagne. Um einen Prototypen auf dem Mini-Satelliten PocketQube ins All zu bringen, werden 24.200 Euro benötigt. In drei Monaten haben wir 585 Euro gesammelt.
EmDrive-Prototyp des deutschen Ingenieurs Paul Kotsyly
Die wissenschaftlichen Arbeiten von Scheuer wurden kürzlich im Open Access veröffentlicht. „Überall auf der Welt haben die Menschen Gelüste gemessen. Einige bauten Motoren in ihren Garagen, andere in großen Organisationen. Sie alle machen Heißhunger, es gibt kein großes Geheimnis. Jemand denkt, dass es eine Art schwarzer Magie gibt, aber das ist es nicht. Jeder vernünftige Physiker sollte verstehen, wie es funktioniert. Wenn jemand das nicht versteht, ist es an der Zeit, den Job zu wechseln“, sagte der britische Ingenieur kategorisch.
Wissen Sie,
Was ist ein Gedankenexperiment, ein Gedankenexperiment?Dies ist eine nicht existente Praxis, eine jenseitige Erfahrung, die Vorstellung dessen, was nicht in Wirklichkeit ist. Gedankenexperimente sind wie Wachträume. Sie gebären Monster. Im Gegensatz zu einem physikalischen Experiment, das ein experimenteller Test von Hypothesen ist, ersetzt ein "Gedankenexperiment" einen experimentellen Test auf trickreiche Weise durch gewünschte, in der Praxis ungeprüfte Schlussfolgerungen, indem es logische Konstruktionen manipuliert, die tatsächlich die Logik selbst verletzen, indem es unbewiesene Prämissen als bewiesen verwendet, d. durch Substitution. Die Hauptaufgabe von Bewerbern für "Gedankenexperimente" besteht also darin, den Hörer oder Leser zu täuschen, indem sie ein reales physikalisches Experiment durch seine "Puppe" ersetzen - fiktive Argumentation auf Bewährung ohne physische Überprüfung selbst.
Das Füllen der Physik mit imaginären „Gedankenexperimenten“ führte zur Entstehung eines absurd surrealen, verworrenen und verworrenen Weltbildes. Ein echter Forscher muss solche "Bonbonpapiere" von echten Werten unterscheiden.
Relativisten und Positivisten argumentieren, dass das „Gedankenexperiment“ ein sehr nützliches Werkzeug ist, um Theorien (die auch in unseren Köpfen auftauchen) auf Konsistenz zu prüfen. Dabei täuschen sie die Menschen, da jede Überprüfung nur von einer vom Überprüfungsgegenstand unabhängigen Quelle durchgeführt werden kann. Der Antragsteller der Hypothese selbst kann kein Test für seine eigene Aussage sein, da der Grund für diese Aussage selbst darin besteht, dass die für den Antragsteller sichtbaren Widersprüche in der Aussage fehlen.
Wir sehen dies am Beispiel von SRT und GRT, die zu einer Art Religion geworden sind, die Wissenschaft und öffentliche Meinung regiert. Keine Menge Tatsachen, die ihnen widersprechen, können Einsteins Formel überwinden: "Wenn eine Tatsache nicht der Theorie entspricht, ändern Sie die Tatsache" (In einer anderen Version "- Die Tatsache entspricht nicht der Theorie? - Um so schlimmer für die" Tatsache").
Das Maximum, das ein „Gedankenexperiment“ beanspruchen kann, ist nur die innere Konsistenz der Hypothese im Rahmen der eigenen, oft keineswegs wahren, Logik der Antragstellerin. Damit wird die Praxistauglichkeit nicht geprüft. Dieser Test kann nur in einem validen physikalischen Experiment durchgeführt werden.
Ein Experiment ist insofern ein Experiment, als es keine Verfeinerung des Denkens, sondern ein Test des Denkens ist. Ein Gedanke, der in sich selbst konsistent ist, kann sich nicht verifizieren. Das beweist Kurt Gödel.
Eine erfolgreiche Weltraumforschung erfordert ständig, dass die Menschheit neue Technologien studiert und entdeckt, die es ermöglichen, leistungsfähigere Geräte zu haben und Systeme zu schaffen, die das Leben der Besatzung für weitere Weltraumflüge sichern. Eine solche revolutionäre Technologie könnte der hypothetische elektromagnetische Motor EmDrive sein, der bis vor kurzem als unmöglich galt. Im Jahr 2016 veröffentlichte die NASA jedoch die Ergebnisse von Forschungen und Experimenten, die an dem Triebwerk durchgeführt wurden, die seine Leistung belegen. Der nächste Schritt der amerikanischen Raumfahrtbehörde bei der Untersuchung dieses Themas besteht darin, Experimente am EmDrive-Triebwerk im Weltraum durchzuführen.
Aber fangen wir der Reihe nach an
Betrachten wir zunächst kurz das Funktionsprinzip eines gewöhnlichen Raketentriebwerks. Es gibt drei der beliebtesten Arten von Raketenmotoren:
- Chemie ist die häufigste Art von Raketentriebwerk. Sein Funktionsprinzip ist wie folgt: Je nach Aggregatzustand des Brennstoffs (Festbrennstoff- oder Flüssigmotor) wird das Oxidationsmittel auf die eine oder andere Weise mit dem Brennstoff vermischt und bildet Brennstoff. Nach einer chemischen Reaktion verbrennt der Brennstoff und hinterlässt Verbrennungsprodukte - ein schnell expandierendes erhitztes Gas. Der Strahl dieses Gases tritt aus der Raketendüse aus und bildet das sogenannte "Arbeitsfluid", das ist der sehr "feurige" Strahl, den wir beispielsweise in Fernsehsendungen oder Filmen oft sehen.
- Nuklear - ein Motortyp, bei dem ein Gas (z. B. Wasserstoff oder Ammoniak) erhitzt wird, indem Energie aus Kernreaktionen (Kernspaltung oder -fusion) gewonnen wird.
- Elektro - ein Motor, bei dem die Erwärmung des Gases durch elektrische Energie erfolgt. Zum Beispiel erhitzt der thermische Typ eines solchen Motors das Gas (Arbeitsfluid) unter Verwendung eines Heizelements, während der statische Typ die Bewegung von Gaspartikeln unter Verwendung eines elektrostatischen Feldes beschleunigt.
Zusammenbau eines Strahltriebwerks
Das Gehäuse eines solchen Motors muss aus nicht verbrauchbarem Metall bestehen.
Unabhängig von der Wahl des Triebwerkstyps ist für den Betrieb eine beeindruckende Kraftstoffversorgung erforderlich, wodurch das Raumfahrzeug erheblich schwerer wird und mehr Leistung vom gleichen Triebwerk benötigt wird.
EmDrive-Engine - was ist das und wie funktioniert sie?
2001 schlug der britische Ingenieur Roger Scheuer einen neuartigen Elektromotor vor, dessen Prinzip sich grundlegend von dem Funktionsprinzip der oben aufgeführten Motoren unterscheidet.
Das Design ist eine geschlossene Metallkammer (Resonator) in Form eines Kegelstumpfes (so etwas wie ein Eimer mit Deckel), der einen bestimmten Reflexionskoeffizienten der Mikrowellenstrahlung hat. Ein mit dem Konus verbundenes Magnetron erzeugt elektromagnetische Strahlung im Mikrowellenbereich, die in den Resonator eindringt und dort eine sogenannte stehende Welle erzeugt. Durch Resonanz erhöht sich die Schwingungsenergie der Mikrowellen.
Wie Sie wissen, übt Licht oder elektromagnetische Strahlung Druck auf eine Oberfläche aus. Durch die Verengung der Kammer nach einer Seite ist der Druck der Mikrowellen auf der kleineren Basis des Kegelstumpfes geringer als der Druck auf der größeren Basis. Betrachtet man die Kammer als geschlossenes System, so führt der oben beschriebene Effekt nur zu einer Belastung des Kammermaterials und zwar auf einer Seite davon. Der Schöpfer des EmDrive-Motorkonzepts behauptet jedoch, dass dieses System aufgrund der begrenzten Bewegungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Strahlung ("Lichtgeschwindigkeit") offen ist.
Das physikalische Funktionsprinzip eines solchen Motors ist nicht ganz klar. Roger Scheuer ist überzeugt, dass die Erklärung dieser Technologie im Rahmen der bekannten Newtonschen Mechanik möglich ist. Wahrscheinlich geht aufgrund des Reflexionskoeffizienten der Mikrowellenstrahlung in der Kammer ein kleiner Teil der Strahlung nach außen, außerhalb des Hohlraums, wodurch das System geöffnet wird. Gleichzeitig erfolgt die Strahlungsemission von der Seite der größeren Basis des Kegelstumpfes aufgrund der größeren Fläche der Basis in stärkerem Maße. Dann ist die ausgehende Mikrowellenstrahlung ein Analogon des Arbeitsfluids, das den Schub erzeugt, der das Raumfahrzeug in die entgegengesetzte Richtung zu den ausgestrahlten Mikrowellen treibt.
Gleichzeitig vermuten NASA-Forscher, dass die wahre Wirkung des Motors viel tiefer liegt, in der Quantenmechanik, in der Allgemeinen Relativitätstheorie, nach der das System offen ist. Wenn wir die Theorie so weit wie möglich vereinfachen, können wir sagen, dass Teilchen verschwinden und in einer geschlossenen Raumzeitschleife geboren werden können.
Mehrere Forschungsorganisationen, darunter die NASA, haben die Durchführbarkeit der Implementierung des Triebwerks nach dieser Methode bewertet.
Experimentelle Ergebnisse
Im Laufe von 15 Jahren wurden viele Experimente durchgeführt. Obwohl die Ergebnisse der meisten von ihnen die Effizienz des Motorenkonzepts bestätigten, wich die Meinung unabhängiger Experten von der der Experimentatoren ab. Der Hauptgrund für die Widerlegung von Versuchsergebnissen ist die Tatsache, dass der Versuch nicht korrekt konzipiert und durchgeführt wurde.
Schließlich hat die amerikanische Weltraumbehörde, die über ausreichende Ressourcen verfügt, um ein Experiment zu erstellen, das das endgültige Urteil fällen kann, die Studie des EmDrive-Triebwerks übernommen. Nämlich - das Experimentallabor der NASA - Eagleworks, wo der Prototyp des EmDrive-Triebwerks gebaut wurde. Das Triebwerk wurde in ein Vakuum gesetzt, in dem keine thermische Konvektion ausgeschlossen war, und es stellte sich heraus, dass der Prototyp tatsächlich in der Lage war, Schub zu liefern. Laut einem aktuellen Bericht der NASA konnte das Labor einen Schub mit einem Leistungsfaktor von 1,2 ± 0,1 mN / kW erzielen. Diese Zahl ist immer noch viel geringer als die Leistung von heute verwendeten Raketentriebwerken, aber etwa hundertmal höher als die Leistung von Photonentriebwerken und Sonnensegeln.
Mit der Veröffentlichung des Versuchsberichts ist der Versuch am Motor unter irdischen Bedingungen wohl beendet. Die NASA plant, weitere Experimente zu EmDrive im Weltraum durchzuführen.
Anwendung
Das Vorhandensein eines solchen Motors in den Händen der Menschheit erweitert die Möglichkeiten der Weltraumforschung erheblich. Angefangen mit einem relativ kleinen - das auf der ISS installierte EmDrive würde die Treibstoffreserven der Station erheblich reduzieren. Dies würde die Lebensdauer der Station verlängern und die Frachteinsätze für die Lieferung von Treibstoff erheblich reduzieren. Folglich werden die Mittel für Missionen und die Wartung der Station gekürzt.
Wenn wir einen gewöhnlichen geostationären Satelliten betrachten, auf dem dieser Motor installiert wird, wird sich die Masse des Apparats mehr als halbieren. Ebenso wirkt sich das Vorhandensein von EmDrive auf das bemannte Raumfahrzeug aus, das sich merklich schneller bewegt.
Wenn wir noch an der Motorleistung arbeiten, dann ermöglicht das Potenzial von EmDrive laut Berechnungen, sechs Astronauten und einige Ausrüstung zu liefern und dann in etwa 4 Stunden zur Erde zurückzukehren. Ebenso wird ein Flug zum Mars mit dieser Technologie einige Monate dauern. Der Flug nach Pluto wird etwa zwei Jahre dauern. Die Station New Horizons hat übrigens 9 Jahre gebraucht.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die EmDrive-Technologie in der Lage ist, die Geschwindigkeit von Raumfahrzeugen erheblich zu erhöhen, den Betrieb von Fahrzeugen sowie Kraftstoff zu sparen. Darüber hinaus ermöglicht dieses Triebwerk der Menschheit die Durchführung von Weltraummissionen, die bisher an der Grenze des Möglichen lagen.
Ökologie der Kognition Wissenschaft und Technologie: EmDrive gehört zu der Kategorie der hypothetischen Maschinen, die in ihrer Arbeit das Modell des "HF-Traktionshohlraumresonators" verwenden, solche Geräte funktionieren aufgrund eines Magnetrons, das Mikrowellen in eine geschlossene Metallkammer in Form von emittiert ein Kegelstumpf, die dann von seinen Rückwänden reflektiert werden und den Strahlschub auf das Gerät übertragen.
Auch wenn Sie sich nicht für Antriebssysteme für Raumfahrzeuge interessieren, haben Sie wahrscheinlich schon vom EmDrive-Gerät gehört. Der Motor wird oft in Schlagzeilen erwähnt und als revolutionäre Technologie beschrieben, die in der Lage ist, das Konzept der interstellaren Reise umzukehren, die Flugzeiten zwischen Planeten innerhalb und außerhalb des Sonnensystems entscheidend zu verkürzen und die langjährigen Träume der Menschheit vom zugänglichen Weltraum zu verwirklichen.
Dies sind ziemlich laute und ehrgeizige Aussagen, und zu seiner Zeit sagte der große Astrophysiker und Kosmologe, Pionier auf dem Gebiet der Exobiologie Carl Sagan, dass "außergewöhnliche Behauptungen außergewöhnliche Beweise erfordern", um solche Dinge zu kommentieren. Auf dieser Grundlage versuchen wir zu erklären, was dieser sensationelle EmDrive wirklich ist und ob es sich wirklich um eine Schlüsseltechnologie handelt, die es Menschen ermöglicht, ferne Sterne zu erobern.
Also, alles, was Sie über die "unmögliche" Engine wissen müssen, haben wir in einem kurzen Artikel versucht, loszulegen.
WAS IST EMDRIVE?
EmDrive ist eine mysteriöse Engine. Die Entwicklung wurde erstmals 2001 vom Luft- und Raumfahrtingenieur Roger Shawyer vorgestellt, und das Wesen der Technologie kann als "treibstofffreier Raketenmotor" bezeichnet werden, in dem Sinne, dass er im traditionellen Sinne keinen Treibstoff benötigt. Das Fehlen großer Treibstoffmengen an Bord wird die Raumfahrzeuge leichter, einfacher zu bewegen und theoretisch viel billiger in der Herstellung machen. Darüber hinaus können Sie mit dem hypothetischen Motor unglaublich hohe Geschwindigkeiten erreichen: Astronauten können in nur wenigen Monaten bis an die äußeren Grenzen des Sonnensystems vordringen.
Der Punkt ist, dass das eigentliche Konzept der Bewegung ohne Strahlmassenauswurf "nicht" mit dem Newtonschen Impulserhaltungsgesetz "passt", das besagt, dass innerhalb eines geschlossenen Systems die Linear- und Drehimpulse konstant bleiben, unabhängig von Änderungen, die innerhalb dieses Systems auftreten . Einfach ausgedrückt, wenn keine äußere Kraft auf den Körper ausgeübt wird, ist es unmöglich, ihn zu bewegen.
Der mysteriöse elektromagnetische Motor, der ohne reaktive Prozesse Schub erzeugt, verstößt auch gegen Newtons drittes (nicht minder grundlegendes) Gesetz: "Für jede Aktion gibt es immer eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion." Wie kommt es dann zu der „Aktion“ (dem Strahlantrieb des Raumfahrzeugs) ohne „Gegenwirkung“ (Brennstoffverbrennung und Strahlmassenauswurf) und wie ist dies überhaupt möglich? Wenn das System funktioniert, bedeutet dies, dass Kräfte oder Phänomene unbekannter Natur daran beteiligt sind oder unser Verständnis der Gesetze der Physik absolut falsch ist.
FUNKTIONSPRINZIP EMDRIVE
Lassen wir die physische "Unmöglichkeit" der Technologie für eine Weile beiseite und definieren wir, was es ist. EmDrive gehört also zur Kategorie der hypothetischen Maschinen, die bei ihrer Arbeit das Modell des HF-Resonanzhohlraum-Triebwerks verwenden. Solche Geräte arbeiten, indem sie Mikrowellen in eine geschlossene Metallkammer in Form eines Kegelstumpfes emittieren, die dann von seiner Rückwand reflektiert werden und reaktiven Schub auf die Vorrichtung übertragen. Nochmals, in der gewöhnlichen Sprache "drückt" sich der Körper einfach von sich selbst (wie dumm waren die Leute, die Baron Münchhausen nicht glaubten, als er davon sprach, wie er sich an den Haaren aus dem Sumpf zog).
Dieses Bewegungsprinzip unterscheidet sich grundlegend von dem moderner Raumschiffe, die riesige Mengen an Treibstoff verbrennen, um Energie zu erzeugen, die riesige Raumschiffe in den Himmel hebt. Eine der Metaphern, die das Wesen der „Unmöglichkeit“ einer solchen Technologie enthüllt, könnte auch die Annahme sein, dass der Fahrer, der in der Fahrgastzelle eines nicht gestarteten Autos sitzt, es bewegen kann – nur indem er das Lenkrad richtig drückt.
Trotz der Tatsache, dass mehrere erfolgreiche Tests von experimentellen Prototypen durchgeführt wurden - mit einer sehr geringen Energiefreisetzung in der Größenordnung von mehreren zehn μN (Gewicht einer kleinen Münze) - wurden die Ergebnisse von keiner der Studien in . veröffentlicht jede von Experten begutachtete Zeitschrift. Dies bedeutet, dass jedes positive Ergebnis mit einer gesunden Skepsis behandelt werden sollte, die davon ausgeht, dass der aufgezeichnete Schub ein unerklärter Kraft- oder Hardwarefehler sein könnte.
Bis die Technologie eine entsprechende wissenschaftliche Bestätigung erhalten hat, wäre es logisch anzunehmen, dass EmDrive tatsächlich nicht funktioniert. Es gibt jedoch viele Menschen, die empirisch bewiesen haben, dass der "unmögliche" elektromagnetische Motor immer noch funktioniert:
In 2001 Scheuer erhielt von der britischen Regierung einen Zuschuss in Höhe von 45.000 Pfund, um EmDrive zu testen. Er gab an, dass während der Tests ein Schub von 0,016 N erreicht wurde und dies 850 Watt Energie erforderte, aber kein Gutachten bestätigte das Ergebnis nicht. Außerdem waren die Zahlen so klein, dass sie leicht als Fehler der Messtechnik durchgehen konnten.
In 2008 Yang Juan, eine Gruppe chinesischer Wissenschaftler an der Northwestern Polytechnic University, behauptete, die Machbarkeit der elektromagnetischen Resonanz-Schubtechnologie bestätigt zu haben, und entwickelte später ihr eigenes funktionierendes Triebwerksmodell. Von 2012 bis 2014 wurden mehrere erfolgreiche Tests durchgeführt, bei denen mit 2500 Watt Energieaufwand eine Schubkraft von 750 Millinewton erreicht werden konnte.
IM JAHR 2014 NASA-Forscher haben ihr Modell EmDrive getestet, die Tests wurden auch im Vakuum durchgeführt. Und wieder berichteten Wissenschaftler von einem erfolgreichen Experiment (sie zeichneten einen Schub von 100 μN auf), dessen Ergebnisse wiederum nicht von unabhängigen Experten bestätigt wurden. Gleichzeitig stand eine andere Gruppe von Wissenschaftlern der Raumfahrtbehörde der Arbeit ihrer Kollegen sehr skeptisch gegenüber – sie konnten die Möglichkeit der Technologie jedoch weder widerlegen noch bestätigen und forderten tiefere Forschung.
Im Jahr 2015 Dieselbe NASA-Gruppe testete eine andere Version des Cannae Drive (früher Q-Drive)-Motors, der vom Chemieingenieur Guido Fetta entwickelt wurde, und erklärte sie für positiv. Fast zeitgleich mit ihnen veröffentlichten auch deutsche Wissenschaftler der TU Dresden Ergebnisse, die vorhersehbar das Vorhandensein von "unmöglichem" Schub bestätigten.
Und schon Ende 2015, ein weiteres Experiment der NASA des Johnson Space Center Eagleworks hat endlich die Machbarkeit der Technologie bestätigt. Die Tests wurden unter Berücksichtigung der vorherigen Fehler durchgeführt und dennoch waren die Ergebnisse positiv - der EmDrive-Motor erzeugt Traktion. Gleichzeitig geben die Forscher zu, dass neue unberücksichtigte Faktoren entdeckt wurden, von denen einer die Wärmeausdehnung sein könnte, die das Gerät unter Vakuumbedingungen erheblich beeinflusst. Unabhängig davon, ob die Arbeit an Experten überwiesen wird oder nicht, sind Wissenschaftler des Glenn Research Center, Cleveland, Ohio, des Jet Propulsion Laboratory der NASA und des Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University zuversichtlich, dass die Experimente eine Fortsetzung wert sind.
WAS MACHT UNS EMDRIVE "GLÄNZEND"
Im Allgemeinen ist die wissenschaftliche Gemeinschaft bei allem, was mit EmDrive und elektromagnetischen Hohlraummotoren im Allgemeinen zu tun hat, sehr vorsichtig. Auf der anderen Seite wirft dieser Umfang der Forschung jedoch mehrere Fragen auf. Warum ist das Interesse an der Technologie so groß und warum wollen so viele Leute sie testen? Was bietet ein Motor mit einem so attraktiven Konzept eigentlich?
Von allen möglichen Atmosphärensatelliten bis hin zu sichereren und effizienteren Autos – einem neuen Gerät wird ein derart breites Anwendungsgebiet vorhergesagt. Aber die wichtigste, wirklich revolutionäre Konsequenz ihrer Umsetzung sind die unvorstellbaren Horizonte, die sich für die Raumfahrt eröffnen.
Potenziell kann ein mit einem EmDrive-Motor ausgestattetes Schiff den Mond in wenigen Stunden, den Mars in 2-3 Monaten und den Pluto in etwa 2 Jahren erreichen (zum Vergleich: Die New Horizons-Sonde verbrachte mehr als 9 Jahre). Das sind ziemlich laute Aussagen, aber wenn sich herausstellt, dass die Technologie eine echte Basis hat, werden diese Zahlen nicht so fantastisch ausfallen. Und dies berücksichtigt die Tatsache, dass keine Tonnen Treibstoff transportiert werden müssen, die Herstellung von Raumfahrzeugen einfacher wird und sie selbst viel leichter und viel billiger werden.
Für die NASA und ähnliche Organisationen, darunter viele private Raumfahrtunternehmen wie SpaceX oder Virgin Galactic, kann ein leichtes und erschwingliches Schiff, das schnell die entlegensten Ecken des Sonnensystems erreichen kann, nur träumen. Dennoch muss die Wissenschaft noch hart arbeiten, um die Technologie zu implementieren.
Gleichzeitig ist Scheuer der festen Überzeugung, dass es keiner pseudowissenschaftlichen oder Quantentheorie bedarf, um die Funktionsweise von EmDrive zu erklären. Im Gegenteil, er ist überzeugt, dass die Technik nicht über das aktuelle Modell der Newtonschen Mechanik hinausgeht. Zur Unterstützung seiner Worte verfasste er mehrere Artikel, von denen einer jetzt überprüft wird. Das Dokument wird voraussichtlich noch in diesem Jahr veröffentlicht. Seine bisherige Arbeit wurde jedoch für falsche und inkonsistente wissenschaftliche Forschung kritisiert.
Trotz seines Beharrens darauf, dass der Motor innerhalb der bestehenden Gesetze der Physik funktioniert, schafft es Scheuer, einige fantastische Annahmen über EmDrive zu treffen. Er erklärte zum Beispiel, dass das neue Triebwerk von einem Warpfeld angetrieben wird und deshalb die neuesten NASA-Ergebnisse erfolgreich waren. Solche Ergebnisse haben viel Aufmerksamkeit in der Online-Community auf sich gezogen. Bis heute gibt es jedoch keine transparenten und offenen unterstützenden Daten, und damit die Technologie von der offiziellen Wissenschaft akzeptiert wird, müssen mehr als eine eingehende Studie durchgeführt werden.
Colin Johnston vom Arma Planetarium hat EmDrive und die nicht schlüssigen Ergebnisse vieler seiner Experimente kritisiert. Darüber hinaus brachte Corey S. Powell von Discovery seine eigenen für die EmDrive- und Cannae-Drive-Triebwerke heraus, genau wie er es für die NASA-Forschung tat. John S. Baez Professor für Mathematik und Physik im Allgemeinen nannte das Konzept Diese Technologie ist "Müll" und ihre Schlussfolgerungen spiegeln die Meinung vieler Wissenschaftler wider.
Der EmDrive-Motor wurde von vielen mit Begeisterung aufgenommen, darunter die Website NASASpaceFlight.com, die Informationen über die neuesten Eagleworks-Experimente veröffentlichte, und das beliebte New Scientist-Magazin, das eine positive und optimistische Bewertung des elektromagnetischen Motors verfasste, was jedoch der Fall war Vergessen Sie nicht, die Notwendigkeit zu erwähnen, zusätzliche Fakten bereitzustellen, die für solche kontroversen Themen obligatorisch sind. Darüber hinaus begannen Enthusiasten aus der ganzen Welt, ihre eigenen Modelle von Motoren mit Schub "unbekannter Herkunft" zu bauen, eine der interessanten Arbeitsversionen, die unter "Garagenbedingungen" erstellt wurden, wurde vom rumänischen Ingenieur Iulian Berca vorgeschlagen.
Bevor Sie eindeutige Schlussfolgerungen ziehen, ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Physik das Auftreten von Schub in EmDrive und ähnlichen Geräten grundsätzlich ausschließt. Nichtsdestotrotz könnten wirklich bewährte, funktionierende Versionen elektromagnetischer Wellenantriebe bisher ungeahnte Möglichkeiten sowohl für den Weltraum- als auch für den Bodentransport eröffnen und die moderne Wissenschaft auf den Kopf stellen. Inzwischen neigen die meisten Wissenschaftler dazu, EmDrive als Science-Fiction einzustufen. veröffentlicht