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 Aussagen außergewöhnliche Beweise erfordern", um solche Dinge zu kommentieren. Auf dieser Grundlage werden wir versuchen zu erklären, was dieser sensationelle EmDrive wirklich ist und ob es wirklich die Schlüsseltechnologie ist, mit der Menschen ferne Sterne erobern können.

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 werden in nur wenigen Monaten die äußeren Grenzen des Sonnensystems erreichen können.

Der Punkt ist, dass das eigentliche Konzept der Bewegung ohne Strahlmassenauswurf "nicht zu dem Newtonschen Impulserhaltungsgesetz passt", das besagt, dass innerhalb eines geschlossenen Systems Linear- und Drehimpuls 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“ (Strahlantrieb des Raumfahrzeugs) ohne „Widerstand“ (Brennstoffverbrennung und Strahlmassenausstoß) 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 ist absolut falsch.

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 das HF-Resonanzhohlraum-Triebwerksmodell verwenden. Solche Geräte funktionieren, indem sie Mikrowellen in eine geschlossene Metallkammer in Form eines Kegelstumpfes emittieren, die dann von seiner Rückwand reflektiert werden, wodurch reaktiver Schub auf die Vorrichtung übertragen wird. 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 offenbaren, könnte auch die Annahme sein, dass der Fahrer, der in der Kabine eines nicht gestarteten Autos sitzt, es von seinem Platz wegbewegen kann – einfach durch Drücken des Lenkrads richtig.

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 in diesem Jahr 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 Vor Jahren bestätigte laut ihrer Aussage eine Gruppe chinesischer Wissenschaftler der Northwestern Polytechnic University unter der Leitung von Yang Juan die Machbarkeit der Technologie zur Erzeugung von Schub durch elektromagnetische Resonanz und entwickelte später ein eigenes Arbeitsmodell des Triebwerks. 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 unter Vakuumbedingungen 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, in denen sie 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 weitergeleitet 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 es sich lohnt, die Experimente fortzusetzen.

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 Forschungsaufwand mehrere Fragen auf. Warum ist das Interesse an Technik so gestiegen 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. Aber auch hier gibt es heute keine transparenten und offenen unterstützenden Daten, und damit die Technologie von der offiziellen Wissenschaft akzeptiert wird, muss mehr als eine eingehende Studie durchgeführt werden.

Colin Johnston vom Arma Planetarium hat EmDrive und die nicht schlüssigen Ergebnisse vieler durchgeführter Experimente kritisiert. Darüber hinaus hat Corey S. Powell von Discovery seine eigenen für die EmDrive- und Cannae-Drive-Triebwerke herausgebracht, genau wie er es für die NASA-Forschung getan hat. John S. Baez Professor für Mathematik und Physik im Allgemeinen nannte das Konzept diese Technologie ist "Unsinn" 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 Kritik über den elektromagnetischen Motor verfasste, die jedoch nicht vergessen wurde um 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 "Garage"-Bedingungen 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 von

Die erfolgreiche Erforschung des Weltraums 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 einem nicht verbrauchbaren Metall bestehen.

Unabhängig von der Wahl des Triebwerkstyps erfordert sein Betrieb eine beeindruckende Kraftstoffversorgung, die das Raumfahrzeug erheblich schwerer macht und mehr Leistung vom gleichen Triebwerk erfordert.

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 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 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 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 deutlich zu erhöhen, was den Betrieb von Fahrzeugen sowie Kraftstoff spart. Darüber hinaus ermöglicht dieses Triebwerk der Menschheit die Durchführung von Weltraummissionen, die bisher an der Grenze des Möglichen lagen.

Volvo hat letztes Jahr eine neue Familie von 4-Zylinder-2-Liter-Drive-E-Antriebssträngen vorgestellt. Die Produktpalette umfasst derzeit zwei Benzinmotoren - T5 mit einer Leistung von 245 PS. und T6 mit 306 PS sowie ein D4-Diesel mit 181 PS. Es ist geplant, dieses Angebot zu erweitern: Die Leistung der Drive-E-Dieselmotoren beträgt 120 bis 230 PS und die des Benziners 140 bis 306 PS. (eventuell mehr). Dies wird durch den Einsatz von Gebläsen unterschiedlicher Bauart und Leistung nicht schwer zu erreichen sein. Bei gleichem Volumen der Benzinmotoren T5 und T6 ist der erste mit einem Turbolader und der zweite mit einer Kombination aus Turbine und mechanischem Kompressor ausgestattet. Daher der Unterschied im Rückstoß.

Highlight des neuen Drive-E D4 Turbodiesel ist die präzise Einspritzsteuerung i-ART (intelligent Accuracy Refinement Technology). Sein Hauptunterschied zu den heute üblichen Common-Rail-Systemen besteht darin, dass einzelne Drucksensoren und Mikrocontroller die Einspritzung in jeden der vier Injektoren steuern. Das i-ART-System ermöglicht durch die Überwachung des Drucks in jedem Injektor eine genauere Dosierung der Kraftstoffzufuhr zu den Motorzylindern. Dies verbessert die Effizienz und Laufruhe des Motors. Auch der auf 2.500 bar erhöhte Einspritzdruck trägt zu einer Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und Emissionen bei. Beim Volvo XC70 mit dem neuen Drive-E D4 beträgt der Kraftstoffverbrauch beispielsweise 4,9 l/100 km gegenüber 5,9 l/100 km mit dem alten Dieselmotor.

Hohe Effizienz ist übrigens auch für die Drive-E-Benziner charakteristisch. So sank der Benzinverbrauch beim frontgetriebenen Volvo S60 mit dem neuen T5-Motor von 8,6 l / 100 km (mit dem vorherigen T5 - 249 PS) auf 6,0 l / 100 km im kombinierten Zyklus und beim XC60-Crossover Gleichermaßen übertrifft der Drive-E T5-Motor seinen Vorgänger (240 PS) um fast zwei Liter pro Hundert - 6,7 l/100 km gegenüber 8,5 l/100 km. Der Fairness halber sei angemerkt, dass ein wesentlicher Beitrag zu dieser Einsparung die neue 8-Gang „Automatik“ Aisin leistet.

In Russland sind bereits neue Motoren erhältlich. Richtig, bisher nur zwei - zunächst werden den Käufern der allradgetriebene XC70-Kombi mit D4-Dieselmotor und die S60-, S80- und XC60-Modelle mit einem T5-Benziner angeboten. Neben den neuen Antriebssträngen debütierten auch die Spurhalte- und Parallelparkassistenten sowie die elektrische Servolenkung mit drei Einstellungen.

Immer online!

Das Multimediasystem Sensus Connect ist eine weitere Neuheit, die kürzlich bei russischen Volvo-Modellen erschienen ist. Das Hauptmerkmal ist der Zugriff auf verschiedene Online-Dienste und ein integrierter Browser zum Surfen im Internet. Die Verbindung mit dem World Wide Web eröffnet beispielsweise die Möglichkeit, über den Dienst TuneIn mehr als 100.000 Internetradiosender zu hören. Sie können Ihren eigenen WLAN-Hotspot im Auto bereitstellen, der für die Verbindung von bis zu acht mobilen Geräten ausgelegt ist. Oder Sie können durch die Installation einer speziellen Anwendung auf Ihrem Smartphone aus der Ferne Informationen über Ihr Auto erhalten. Sie können die Karten in Sensus Navigation selbst aktualisieren. In naher Zukunft soll es möglich sein, Anwendungen herunterzuladen und zu installieren. Nun, die Steuerung des Sensus Connect-Systems erfolgt sowohl über die Schnittstelle in der Mittelkonsole oder am Lenkrad als auch über die Sprachsteuerung, die es dem Fahrer ermöglicht, nicht von der Straße abgelenkt zu werden.

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 entwickelt hat.

Emdrive

Interstellare Reisen sind mit dem heutigen Stand der Technik unmöglich - sagt die Physik selbst mit ihrem Impulserhaltungssatz. Um eine berühmte Figur zu paraphrasieren, müssen Sie, um etwas zu übertakten, 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 überwinden, kündigen Weltraumbegeisterte regelmäßig Geräte wie den EmDrive-Motor an – der, wie uns versprochen wurde, keinen Kraftstoff ausstoßen 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 in Experimenten von 2002 bis heute aufgezeichnet wurde. Und ein solches Experiment wurde bei der NASA durchgeführt, ein anderes wurde kürzlich von Martin Tajmar, dem Leiter des Deutschen Instituts für Luft- und Raumfahrt an der TU Dresden, durchgeführt. 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 den 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“ Interesse an neuen Methoden der Bewegung, [...] die einen Schub erzeugen, der nur in Mikronewton gemessen wird" - das 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 dieser Wert 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 verschwand, kann darauf hindeuten, dass es sich um einen thermischen Effekt handelt, der die Messwerte der Aufzeichnungsgeräte beeinflusst. Es sei darauf hingewiesen, dass Tajmar in seiner Arbeit detailliert 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. Offensichtlich ist sich Davis bewusst, wie Michelson und Morley das Experiment im American Journal of Science im 19. Jahrhundert beschrieben haben, 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 Betazerfall 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 in 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 weiter und verlor danach vollständig jede Finanzierungsperspektive.

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, nach Maxwells Beschreibung der Natur des Lichts, 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 Transport von Fracht in die Umlaufbahn 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 direkt vor ihm zusammenzieht und hinter ihm ausdehnt, schlug der Wissenschaftler vor. Die Idee war rein theoretisch und sogar fantastisch. Selbst bei vorhandener 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 das 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 des Eimers 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 Raums 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 einer Reihe anderer ähnlicher) führte dazu, dass die Mehrheit der Weltbevölkerung entweder Ford oder Daimler als Erfinder ansieht 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.

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 besagt, 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 dieser Strahlantrieb 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 genannte 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. Forscher können dann Experimente mit dem Interferometer im Vakuum beginnen, um auszuschließen, dass Luft die beobachtete Laserbeugung verursacht.

Derzeit 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.