Unabhängige Tests eines Triebwerks mit unbekanntem Funktionsprinzip von EmDrive, die die Existenz seines "abnormalen" Schubs zu bestätigen schienen, endeten erneut mit äußerst kritischen Bewertungen der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Es ging so weit, dass einige theoretische Physiker vorschlagen, die Ergebnisse des Experiments überhaupt nicht zu berücksichtigen, weil sie "keine klare theoretische Erklärung haben". "Lenta.ru" beschloss herauszufinden, warum dies so ist und welche anderen ungewöhnlichen Transportmittel im Weltraum die Menschheit in ihrer Geschichte erfunden hat.

EmDrive

Interstellare Reisen sind mit dem heutigen Stand der Technik unmöglich - sagt die Physik selbst mit ihrem Impulserhaltungssatz. Um einen berühmten Charakter zu paraphrasieren, um etwas zu übertakten, müssen Sie zuerst etwas Unnötiges in die entgegengesetzte Richtung werfen - wie Raketentreibstoff, den Sie für eine Reise außerhalb des Sonnensystems nicht ansammeln können.

Um diese Sackgasse zu durchbrechen, kündigen Weltraumbegeisterte regelmäßig Geräte wie den EmDrive-Motor an – der, wie uns versprochen wurde, keinen Treibstoff ablassen muss, um an Geschwindigkeit zu gewinnen. Der scheinbar hypothetische Motor ist ein Eimer mit einem Magnetron (ein Mikrowellengenerator, wie in einem Mikrowellenherd) im Inneren. Da keine Mikrowellen aus dem Eimer austreten, bedeutet dies laut den Erfindern, dass kein Material ausgestoßen wird, während der „Eimer“ selbst einen Schub erzeugt, der seit 2002 in Experimenten bis heute aufgezeichnet wurde. Ein solches Experiment wurde bei der NASA durchgeführt, das andere kürzlich von Martin Tajmar, dem Leiter des Deutschen Instituts für Luft- und Raumfahrt an der TU Dresden. Beide Institutionen können kaum als Zufluchtsort für Wissenschaftsfreaks bezeichnet werden – vielleicht steckt etwas hinter der anomalen Stoßrichtung von EmDrive?

Ihre Gegner haben jedoch nichts dagegen. Manche, wie Sean Carroll vom California Institute of Technology, charakterisieren EmDrive einfach mit Worten, die in russischsprachigen Medien nicht wiederholt werden können. Die Zurückhaltenderen drücken dieselbe Idee anders aus: EmDrive verstößt gegen den Impulserhaltungssatz. Und Eric W. Davis vom Institute for Advanced Research in Austin (USA) fügt hinzu: Selbst wenn tatsächlich Schub erzeugt würde, dieser aber in Tests nur von Dutzenden Mikronewton erkannt würde, dann seien Profis in der Luft- und Raumfahrtindustrie „im Allgemeinen nicht“ interessiert an neuen Methoden Bewegungen, die nur in Mikronewton gemessenen Schub erzeugen ”- es ist zu klein.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass letztere Aussage eher riskant ist. Nach den oben erwähnten NASA-Experimenten betrug der registrierte Schub 0,4 Newton pro Kilowatt - und obwohl diese Zahl wirklich vernachlässigbar ist, hätte ein Triebwerk mit solchen Parametern in anderthalb Jahren statt in einem Jahrzehnt New Horizons nach Pluto geliefert in der Praxis erforderlich. Mit anderen Worten, bei wirklichen Langstreckenflügen ist die Situation alles andere als "desinteressiert".

Bild: M. Tajmar und G. Fiedler / Institut für Luft- und Raumfahrttechnik, Technische Universität Dresden, 01062 Dresden, Deutschland

Schwieriger ist die Frage, ob EmDrive tatsächlich funktioniert oder die Experimente einen nicht vorhandenen Schub "registrieren". Martin Tajmar ist ein bekannter "Mythenbrecher", ein Experimentator, der mehrere "anomale" Experimente durchführte und die Quellen ihrer Anomalien in schwer zu erkennenden Messfehlern fand. Diesmal griff er auf eine Torsionswaage zurück und führte den Versuch selbst im Tiefvakuum durch, um den Einfluss von Luftkonvektion auszuschließen. All dies half nicht, den abnormalen Schub zu beseitigen.

Allerdings haben die Gegner ihre Skepsis nicht verloren. Die Tatsache, dass der Schub nicht sofort nach dem Ausschalten des EmDrive verschwunden ist, kann darauf hindeuten, dass es sich um einen thermischen Effekt handelt, der die Messwerte der Aufzeichnungsgeräte beeinflusst. Anzumerken ist, dass Tajmar in seiner Arbeit ausführlich die Maßnahmen zum Wärmeschutz und zur magnetischen Abschirmung beschreibt, die seine Kritiker (die theoretische Physiker sind) aus irgendeinem Grund nicht bemerken.

Am peinlichsten ist die These von Eric Davis, dass Tajmars Arbeit „von begutachteten Zeitschriften nicht akzeptiert wird“, nur weil sie keinen theoretischen Mechanismus bietet, der den beobachteten anomalen Schub erklären könnte. Offenbar ist sich Davis bewusst, wie Michelson und Morley das Experiment im 19. Jahrhundert im American Journal of Science beschrieben haben, auch ohne einen zusammenhängenden theoretischen Mechanismus vorzuschlagen, der es erklären könnte. Hätte die Zeitschrift damals die Position von Davis eingenommen, wären die Ergebnisse des wichtigsten Experiments, das die Krise der Äthertheorie und letztendlich die Entstehung der Relativitätstheorie verursacht hat, einfach nicht veröffentlicht worden. Experimente zum Beta-Zerfall in den Jahren 1914-1930 verletzten formal überhaupt das Energieerhaltungsgesetz, aber es ist schwer vorstellbar, wie einer der damaligen Physiker sagen würde: "Die Daten darüber werden nicht in von Experten begutachtete Zeitschriften gelangen, weil sie nicht theoretisch erklärt wurden."

Bild: M. Tajmar und G. Fiedler / Institut für Luft- und Raumfahrttechnik, Technische Universität Dresden, 01062 Dresden, Deutschland

Um es noch einmal zu wiederholen, das Fehlen einer theoretischen Erklärung für den Schub von EmDrive bedeutet wirklich, dass es wahrscheinlich nicht funktioniert - zumindest funktioniert es nicht so, wie es sein Schöpfer Roger Shawyer beschreibt. Aber die Position von Davis, die auf die Aussage hinausläuft, "es lohnt sich nicht, Zeit mit Experimenten zu verschwenden, wenn es keine theoretische Erklärung gibt", ist für einen Wissenschaftler zweifellos ungewöhnlich.

Atomraketen und "Glühbirnen"

Doch nicht nur EmDrive versucht, die Raumfahrt auf grundlegend neue Schienen zu verlegen. Am Ende überquerte das schnellste von Menschen gestartete Raumschiff Helios-2 knapp die 70-Kilometer-pro-Sekunde-Marke. Bei einer solchen Geschwindigkeit dauert ein Flug zu den Sternen Tausende von Jahren, was ihn praktisch bedeutungslos macht.

Der erste ernsthafte Versuch, die Geschwindigkeit chemischer Raketen zu überschreiten, wurde bereits in den 1950er Jahren im amerikanischen Orion-Projekt unternommen. In seinem Rahmen wurde vorgeschlagen, kleine Wasserstoffbomben etwa hundert Meter hinter der hinteren Stoßdämpfungsplatte des Raumfahrzeugs zu zünden. Dazu wurde der Ofen mit einer dünnen Schicht Graphitfett bedeckt, das nach der Explosion verdampfte, das Schiff jedoch nicht überhitzen ließ. Es war kein Zufall, dass wir "verdeckt" geschrieben haben: Neben Berechnungen wurden Experimente zu einem solchen Sprengimpulsflug durchgeführt, wenn auch mit Hilfe von gewöhnlichem Sprengstoff:

Das Kernproblem von Orion liegt auf der Hand: Beim Start soll es radioaktiven Fallout verursacht haben. Natürlich konnte es im Weltraum gesammelt und nur auf lange Reisen geschickt werden. Nach Berechnungen von Freeman Dyson aus den 1960er Jahren könnte ein unbemannter Orion in 133 Jahren Alpha Centauri erreichen – wenn er nur mehrere hundert Milliarden Dollar gekostet hätte.

Nach dem Zusammenbruch des Orion hatten Wissenschaftler in den USA und der UdSSR eine andere Idee: Anstelle von thermonuklearen Explosionen einen konventionellen Kernreaktor zu verwenden und Wasserstoff auf 2-3 Tausend Grad zu erhitzen. Das effizienteste Triebwerk dieses Typs, das sowjetische RD-0410, wurde in Kasachstan getestet und ermöglichte im Prinzip einen relativ sauberen nuklearen Start eines Raumfahrzeugs von der Erde. Da aus Uran viel mehr Energie gewonnen werden kann als aus chemischem Treibstoff, ermöglichten solche Beschleunigungsmittel theoretisch einen bemannten Flug zum Mars ("Mars-94")

Auch ein konkurrierendes Konzept, die sogenannte „Atomglühbirne“, entstand. Darin wurde der Reaktorkern mit einem Quarzmantel verschlossen, durch den die Strahlung das Gas im Triebwerksarbeitsbereich auf 25.000 Grad erhitzte. Bei dieser Temperatur emittiert der Reaktorkern ultraviolettes Licht, für das Quarz transparent ist, was eine Überhitzung ausschließt. Das von dem erzeugten Wirbel mitgerissene erhitzte Gas sollte wiederum eine Überhitzung des Triebwerksgehäuses verhindert haben. Eine Erhöhung der Betriebstemperatur um eine Größenordnung verbesserte alle Parameter des Motors stark - aber unter der UdSSR ging das Konzept nicht über die Entwicklung des Konzepts hinaus und verlor danach vollständig die Aussicht auf eine Finanzierung.

Bild: NASA

Nichtsdestotrotz sieht die nukleare Glühbirne wie ein sehr realistisches Projekt aus, um auf Basis bestehender Technologien hohe Geschwindigkeiten für massive Raumschiffe zu erreichen. Leider ist sein Schub gut für schnelle interplanetare Reisen, aber schwach für interstellare Reisen.

Flüge ohne Treibstoff

Vor 150 Jahren, nachdem Maxwell die Natur des Lichts beschrieben hatte, schlug Jules Verne vor, dass ein Segel, das Licht reflektiert, am besten für interstellare Reisen geeignet wäre – dann würde das Schiff anstelle von Treibstoff Photonen beschleunigen. Bei der Ankunft im System des nächsten Sterns wird das gleiche Segel ihn auch ohne Treibstoff verlangsamen.

Technisch ist das Projekt durch einen Faktor limitiert: Ein Schiff mit Lichtgeschwindigkeit muss zig Quadratkilometer Segel haben und nicht mehr als 0,1 Gramm pro Quadratmeter wiegen, was in der Praxis äußerst schwierig umzusetzen ist.

Aber schon in den 1970er Jahren wurde das sogenannte Lasersegel vorgeschlagen: ein viel kleinerer Reflektor, beschleunigt von einem Laser-Emitter aus der erdnahen Umlaufbahn. Viele Jahre lang konnten Laser mit der erforderlichen Leistung einfach nicht gebaut werden. Vor einigen Jahren schlug Philip Lubin von der University of California in Santa Barbara (USA) jedoch vor, stattdessen Gruppen vieler kleinerer Strahler zu bilden, die nach dem Prinzip eines phasengesteuerten Antennenarrays arbeiten, wobei die Endleistung nur durch ihre Anzahl begrenzt ist. Im Rahmen seines DESTAR-6-Konzepts kann innerhalb des Sonnensystems die Beschleunigung einer Raumsonde mit einer Masse von 10 Tonnen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit durchgeführt werden – bis zu 30 astronomische Einheiten von der Sonne (weitere Probleme mit Fokussierungslaser verhindern, dass das Schiff beschleunigt).

Kunst von Philip M. Lubin

Natürlich muss DESTAR-6 ​​​​eine riesige Gruppierung sein. Jedes seiner Elemente muss laut Lubins Projekt mit Sonnenkollektoren betrieben werden, weshalb die Gesamtgröße einer solchen Gruppe tausend mal tausend Kilometer beträgt. Bei den heutigen Preisen für den Start von Fracht in den Orbit sind dies die gleichen Hunderte von Milliarden Dollar wie bei Orion-Projekten.

Daher schlug Lubin im Sommer 2015 vor, Sonden mit minimaler Masse zu verwenden: Halbleiterplatten mit großen Abmessungen, auf denen vorgeschlagen wird, alle für die Sonde erforderlichen elektronischen und optischen Komponenten zu platzieren. Es wird genug geben, um Bilder im optischen Bereich aufzunehmen, zu verarbeiten und mit der Energie von Sonnenkollektoren von der Vorderseite der Platten zur Erde zu senden. Die Dicke der Wafer kann derjenigen moderner Siliziumsubstrate entsprechen – weniger als ein Millimeter. Durch die Reduzierung der Masse der Sonde auf zehn Kilogramm wird es möglich sein, die Sonde in nur 20 Jahren (0,2-fache Lichtgeschwindigkeit) an Alpha Centauri zu liefern. In diesem Fall können die Abmessungen der beschleunigenden Satellitenkonstellation mit Lasern an Bord auf 33 mal 33 Kilometer reduziert werden. Natürlich werden die Bilder darauf nicht perfekt sein und die Sonde wird dort nicht verlangsamen können, weshalb die erste Mission zu den Sternen dem New Horizons-Flug in der Nähe von Pluto ähneln wird. Vor dem Hintergrund unseres derzeitigen Wissens über das Alpha Centauri-System wäre dies jedoch auch himmlisches Manna.

Superluminale Reisen?

Alle oben genannten Optionen erfordern eine Wartezeit von mindestens zehn Jahren. Gibt es nicht einen schnelleren Weg? In der ersten Hälfte der 90er Jahre kam diese Frage dem mexikanischen Physiker Miguel Alcubierre in den Sinn. Wenn sich herausstellt, dass es möglich ist, negative Masse / Energie zu erhalten, kann damit eine "Blase" erzeugt werden, die den Raum vor Ihnen zusammenzieht und hinter Ihnen ausdehnt, schlug der Wissenschaftler vor. Die Idee war rein theoretisch und sogar fantastisch. Selbst bei negativer Energie würde die Bewegung einer Blase mit einem Durchmesser von 200 Metern Energie erfordern, die der Masse des Jupiter entspricht. In den letzten Jahren wurden jedoch Modifikationen seiner Idee vorgeschlagen, bei denen eine "Blase" die Parameter zweier Hälften eines geteilten Laserstrahls vergleicht, von denen er eine einem Effekt aussetzt, der theoretisch in der Lage ist, den Raum zu verbiegen. Im Jahr 2013 wurden in einem solchen Experiment Anzeichen einer Raumkrümmung erhalten - und zwar ohne Materie mit negativer Masse. Leider waren die Ergebnisse nicht endgültig: Zu viel Interferenz wirkt auf das Interferometer, dessen Empfindlichkeit deutlich erhöht werden muss.

Apropos EmDrive: Um eine Erklärung für den anomalen Schub der Schaufel zu finden, experimentierte Whites Gruppe mit dem Resonanzhohlraum des EmDrive, indem sie den Laserstrahl ihres Interferometers hindurchführte. Die Forscher stellten fest, dass der Strahl in einigen Fällen die Kavität definitiv zu unterschiedlichen Zeiten passiert hat. White selbst neigt dazu, dies als Zeichen dafür zu interpretieren, dass es aus irgendeinem Grund leichte Krümmungen des Raumes innerhalb der Kavität gibt, die etwas mit dem abnormalen Schub des EmDrive zu tun haben könnten.

Kein Ausgang?

Jeder Motor, für dessen Entwicklung keine Schritte unternommen werden, ist unmöglich. Das erste Auto mit Verbrennungsmotor fuhr bereits 1807, aber das mangelnde Interesse an der Erfindung (und einigen ähnlichen) führte dazu, dass die Mehrheit der Weltbevölkerung entweder Ford oder Daimler als Erfinder ansah von dem Auto. Eine ähnliche Geschichte ereignete sich mit der Dampfmaschine und der Turbine, die alle während des Römischen Reiches hergestellt wurden. Wenn wir interstellare Reisen für unmöglich halten, werden sie es zweifellos bleiben.

Und doch gibt es Hoffnung. Ausreichend sichere Nuklearraketentriebwerke wurden vor Jahrzehnten getestet, sie sind heute wie Lasersegeltechnologien ganz real - man möchte es gerne aufnehmen. Vielleicht haben wir Glück und Physiker werden neue Phänomene entdecken, die es uns ermöglichen, die Geschichte der Entdeckung der Kernenergie zu wiederholen. Als Einstein 1934 der Welt sagte, dass "es nicht das geringste Anzeichen dafür gibt, dass Atomenergie jemals genutzt werden wird", entwickelte Leo Sillard gerade das Konzept einer nuklearen Kettenreaktion, und es blieben nur noch acht Jahre bis zum Start eines Atomreaktors darauf basiert.

Die erfolgreiche Erforschung des Weltraums erfordert von der Menschheit ständig das Studium und die Entdeckung neuer Technologien, die es ermöglichen würden, 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 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 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 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 die Masse des Geräts mehr als halbiert. 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.

Evgeny Zolotov

Die Geschichte über den "unmöglichen" Motor EmDrive ist zu einem ihrer meistgelesenen Materialien geworden. Und natürlich habe ich das Thema ständig verfolgt, in der Hoffnung, eines Tages eine Fortsetzung schreiben zu können. Doch ein solcher Fall wurde erst vor wenigen Tagen vorgestellt: In einer renommierten Fachzeitschrift wurde ein Artikel einer Gruppe von Mitarbeitern eines der NASA-Labors veröffentlicht, die das Triebwerk nicht nur testeten, um den entstehenden Schub noch einmal zu messen, sondern auch zur Verfügung stellten ein Bericht über die Tests nach Beurteilung unabhängiger Sachverständiger (sogenannter Peer-Review), der keine schwerwiegenden Fehler aufgedeckt hat. Und damit ist die Möglichkeit eines "unmöglichen" Motors nun um eine Größenordnung größer geworden.

Wenn Sie es vergessen oder noch nie gehört haben, lassen Sie mich das Bild allgemein rekonstruieren EmDrive, wie es normalerweise genannt wird, ist im Großen und Ganzen ein gewöhnlicher Mikrowellenherd, nur nicht in Form eines Würfels, sondern in Form eines A abgestumpft und vor allem auf beiden Seiten des Kegels geschlossen. Am schmalen Ende wird ein Mikrowellenstrahler angebracht, schaltet sich ein und - fertig!

Es gibt keinen Treibstoff, der über Bord geworfen würde. Nach der klassischen Physik, nämlich dem Impulserhaltungssatz, kann also kein Schub entstehen. Die Erfinder von EmDrive (britischer Ingenieur Roger Schaer und andere Persönlichkeiten, die sich später unabhängig voneinander mit demselben Thema beschäftigten) bestehen jedoch darauf, dass aus verschiedenen Gründen - aufgrund von "Quanten-Ungleichgewicht" oder etwas anderem im gleichen Sinne, das die moderne Physik nicht berücksichtigt - Schub gibt es an Ort und Stelle, und es war angeblich sogar möglich, zu messen.

Beachten Sie, dass Shaer und andere keineswegs behaupten, dass Newtons Gesetze falsch sind. Sie sagen nur, dass sie auf einen Effekt gestoßen sind, der bestehende Gesetze verdeutlichen wird. Dies ist ein grundsätzlich wichtiger Punkt, der dem "EM-Propeller" sehr geholfen hat - das Interesse ernsthafter Forscher zu sichern.

Hier beginnt der paradoxe Teil. Einerseits halten alle vernünftigen populärwissenschaftlichen und wissenschaftlichen Ressourcen einen solchen Motor für pseudowissenschaftlich. Auf der anderen Seite haben es ganz ernsthafte Leute unerwartet aufgegriffen: zuerst mehrere wissenschaftliche Gruppen aus China und dann die NASA. Von den Chinesen ist seither nichts mehr zu hören, aber die Amerikaner sind nicht verloren: In den USA wird diese Arbeit aus der Tasche der Steuerzahler finanziert, die Ergebnisse sollen also allen zur Verfügung stehen.

Und jetzt, vor zwei Jahren, erschien der erste, sehr ermutigende Bericht der NASA: Es gibt wirklich einen Schub, wenn auch aus unbekanntem Grund. Und neulich veröffentlicht das renommierte Journal of Propulsion and Power aus dem Eagleworks-Labor der NASA - in dem die Tatsache des Auftretens von Schub erneut bestätigt wird, und diesmal an einer empfindlichen Torsionsaufhängung im Vakuum (aber immer noch auf der Erde) . Es bietet auch eine vorsichtige Erklärung.

Die Erklärung ist weit vom Hauptteil des Artikels entfernt, da es eher eine Vermutung ist, aber es war es, die den meisten Lärm verursachte. Tatsache ist, dass es sich um die existierende Theorie handelt, die buchstäblich fast hundert Jahre alt ist: die Pilotwellentheorie. Es wurde in den 20er Jahren des letzten Jahrhunderts vorgebracht und dann mehrfach geklärt.

Ich fürchte, ich werde es nur sehr grob erklären (und wäre dankbar, wenn Experten es korrigieren würden!), Aber der Punkt liegt im Allgemeinen in der Annahme, dass wir gezwungen sind, Quantenprozesse nur deshalb mit unbequemen statistischen Methoden zu beschreiben, weil wir bemerken einige Quantenteilchen niedrigerer Ebene der realen Dynamik nicht - die sich tatsächlich wie makroskopische Körper entlang sehr spezifischer Bahnen bewegen, die durch die Eigenschaften des Vakuums bestimmt werden. Diese Theorie hat sich hier bewährt, weil sie es erlaubt, das Vakuum als ein Medium zu erklären, das Dichteschwankungen unterstützt: EmDrive überträgt einen Impuls auf das Vakuum (stößt sich von diesem ab, wie von Wasser) und so entsteht Schub in a geschlossenes System.

Und hier sind zwei wichtige Dinge hervorzuheben. Erstens ist die Pilotwellentheorie keine pseudowissenschaftliche Erfindung, sondern eine der vielen gleichwahrscheinlichen Erklärungen von Quantenprozessen, die die beobachteten Effekte befriedigend genau beschreibt und unter anderem durch experimentelle Daten bestätigt wird. Und zweitens hebt die Tatsache der Veröffentlichung eines Artikels der NASA in einer solchen Veröffentlichung zumindest die Frage nach der Richtigkeit der Messung des Schubs auf die Aufhängung auf (ich erinnere mich, dass dies eines der Argumente der Skeptiker war: Sie sagen , verhält sich der Motor im realen Raum anders). Vereinfacht gesagt ist der Artikel so zu verstehen: Die NASA weiß nicht genau, warum Schub entsteht, aber sie weiß, wie man ihn misst – und der einfache Leser kann sich dabei auf sie verlassen.

Somit ergibt sich ein neuer Spielraum für Vermutungen. Unter Weglassung der Zahlen, denen jetzt im Allgemeinen keine große Bedeutung beigemessen werden sollte (die Aufgabe bestand darin, die Existenz des Effekts nachzuweisen, und die Suche nach Optimierungsmöglichkeiten steht für die Zukunft auf der Liste), stellen die Autoren der Arbeit fest: Auch in seiner jetzigen Form ist EmDrive zwar um eine Größenordnung weniger effektiv als klassische Raketentriebwerke, aber zwei Größenordnungen effizienter als andere „abgaslose“ Antriebsgeräte wie ein Sonnensegel, Laserbeschleuniger und ein Photonentriebwerk. Wenn man bedenkt, dass die Geschwindigkeitsbegrenzung nur durch die Lichtgeschwindigkeit vorgegeben wird und überhaupt keine Leistung (nichts hindert den Bau solcher Motoren mit buchstäblich vielen Kilometern Batterien - es gäbe genug Strom, um sie anzutreiben!), macht EmDrive das Beste vielversprechende Richtung für Forschung und Entwicklung des Sonnensystems als Minimum.

Das bedeutet, dass jetzt alles auf einer allgemeinen Raumkontrolle beruht. Lassen Sie mich daran erinnern, dass die Chinesen dies bereits beabsichtigt hatten. Wurde es gemacht und mit welchem ​​Ergebnis? Unbekannt. In diesem Fall macht Sie die Stille jedoch eher misstrauisch als enttäuscht. Schließlich ist klar, dass der erste, der den Betrieb eines solchen Triebwerks im Weltraum bestätigt und dann der erste, der eine theoretische Grundlage liefert, der Begründer eines neuen Zweiges der Physik und der Vater unerwarteter, unvorhersehbarer Entdeckungen und Technologien sein wird !

Wie jemand gut gesagt hat, können wir uns nicht vorstellen, wohin uns EmDrive führen wird, wenn es sich als wahr herausstellt, denn wir stehen ganz am Anfang des Weges. So wie Spektrallinien letztlich zur Halbleiterrevolution führten, so muss der „unmögliche Motor“, der sich „aus dem Vakuum abstößt“, nicht unbedingt nur Grundlage für die Raketentechnik der Zukunft werden. Es werden sicher Nebenwirkungen entdeckt, damit verbundene Entdeckungen gemacht, neue Fragen gestellt: Nicht jeden Tag, kein Jahr oder gar Jahrhundert ist es möglich, eines der Grundgesetze der Physik zu klären oder zu widerlegen!

Und wie schön ist es, dass wir gerade in den Tagen leben, in denen diese Geschichte geschrieben wird!

Egal was als nächstes passiert, Roger Shoer kann stolz sein. Ob sein revolutionärer EM Drive zum Leben erweckt wird, ist nicht abzusehen, aber seine Idee sieht nicht mehr so ​​absurd aus wie in der Vergangenheit. Trotz jahrzehntelanger Skepsis und Ablehnung beginnt Schoers Technologie endlich von Wissenschaftlern akzeptiert zu werden. Die Frage ist nur, wohin die Forscher mit ihr gehen werden.

Die wachsende Popularität von EM Drive wurde durch NASA-Berichte angeheizt, die bestätigen, dass das Triebwerk einen zuverlässigen Schub erzeugen kann. Aber gleichzeitig distanziert sich die Raumfahrtbehörde von den Ergebnissen. Ein neuerer Bericht sagt, dass die Tests in einer Vakuumkammer durchgeführt wurden, als Reaktion auf Kritiker, die argumentierten, dass Tests des Motors unter atmosphärischen Bedingungen fehlgeschlagen sind.
Das Hauptmerkmal von EM Drive ist, dass dieses Strahltriebwerk angeblich keinen Treibstoff benötigt. Dies bedeutet, dass ein Satz von mehreren EM-Antrieben durch Sonnenkollektoren mit Strom versorgt werden kann und eine kleine unendliche Beschleunigung erzeugt, wodurch viele der schwierigsten Probleme der fernen Raumfahrt gelöst werden. Eagleworks-Forscher Harold White prognostiziert, dass ein bemanntes Raumschiff den Mars in nur 70 Tagen mit nur 0,4 N / kW erreichen kann, was etwa zehnmal energieeffizienter ist als ein moderner Ionenantrieb.

Aber seine brennstofffreie Natur widerspricht dem Gesetz der Impulserhaltung, da es eine Frontalkraft ohne eine gleich entgegengesetzte Kraft in Richtung erzeugt. Somit erscheint EM Drive als eine Art Perpetuum Mobile.
Es ist unwahrscheinlich, dass Schoer den weltweit ersten Motor gebaut hat, der sich den grundlegenden Gesetzen der Physik widersetzt, aber es ist möglich, dass EM Drive durch einen unbekannten Prozess den Impuls erhält. Der am häufigsten erwähnte Prozess ist die Vakuumpolarisation, bei der kurzlebige Teilchen im Vakuum des Weltraums entstehen, die der EM Drive in Plasma umwandelt und in eine bestimmte Richtung ausstößt. Wenn diese Idee richtig ist, verbraucht der Motor immer noch irgendeine Form von Kraftstoff und bleibt somit innerhalb der physikalischen Gesetze des Universums.

Es ist auch möglich, dass der EM Drive so etwas wie ein Prototyp für den Star Trek Warp-Antrieb ist - sein elektrisches Feld komprimiert den Raum an der Vorderseite des Antriebs und dehnt sich nach hinten aus. NASA Eagleworks testete es mit Laserpulsen und stellte fest, dass das Triebwerk Laserverzerrungen verursachte. Dies könnte an der Verzerrung von Raum und Zeit liegen, aber diese Studien wurden in der Atmosphäre und nicht im Vakuum durchgeführt. Als nächstes können die Forscher Experimente mit dem Interferometer im Vakuum beginnen, um auszuschließen, dass Luft die beobachtete Laserbeugung verursacht.

Momentan ist die praktische Anwendung von EM Drive noch sehr weit entfernt, obwohl solche Experimente zeigen, dass das Prinzip funktioniert. Der Motor ist noch immer Gegenstand wissenschaftlicher Kontroversen, aber die Tatsache, dass ernsthafte Wissenschaftler von höchster Stelle an der Erprobung des Beschleunigers beteiligt sind, beweist, dass der EM-Antrieb nicht so aussichtslos ist, wie viele behaupten.

Auf den ersten Blick ist dies eine gewöhnliche Photonenmaschine. Da es elektromagnetische Strahlung gibt, betrachten wir die Abbildung mit der Translation.
Es ist bekannt, dass eine elektromagnetische Welle auch ein Fluss von Teilchen von Photonen verschiedener Energien ist. Röntgenphotonen werden am schlechtesten absorbiert und reflektiert. Hier sind nicht eindeutig die Photonen des Röntgenspektrums beteiligt, so dass hier die Reflexion und Rereflexion der Photonen des unsichtbaren Spektrums vorliegt. Der resultierende Schub passt aber wie gesagt nicht in den Rahmen der „Photonentheorie“. Er ist deutlich höher als der berechnete. Gleichzeitig leugnen manche Forscher die „Photonen-Theorie“ ganz, das heißt, es scheint eine „unkompensierte Kraft“ zu geben. Und wir haben es mit der Verletzung des Impulserhaltungssatzes zu tun. Der vorgeschlagene Artikel wird eine abweichende Meinung zur Art dieser zusätzlichen Kraft enthalten.