Udana eksploracja kosmosu nieustannie wymaga od ludzkości studiowania i odkrywania nowych technologii, które umożliwiłyby posiadanie potężniejszego sprzętu i tworzenie systemów zapewniających życie załodze na dalsze loty kosmiczne. Jedną z takich rewolucyjnych technologii może być hipotetyczny silnik elektromagnetyczny EmDrive, który do niedawna uważano za niemożliwy. Jednak w 2016 roku NASA opublikowała wyniki badań i eksperymentów przeprowadzonych na silniku, które potwierdzają jego osiągi. Kolejnym krokiem amerykańskiej agencji kosmicznej w badaniu tego zagadnienia jest przeprowadzenie eksperymentów na silniku EmDrive w kosmosie.
Ale zacznijmy w porządku
Jak działa silnik odrzutowy
Przede wszystkim przyjrzyjmy się pokrótce zasadzie działania zwykłego silnika rakietowego. Istnieją trzy najpopularniejsze typy silników rakietowych:
- Najpopularniejszym typem silnika rakietowego jest chemiczny. Jego zasada działania jest następująca: w zależności od stanu skupienia paliwa (silnik na paliwo stałe lub płynny), w taki czy inny sposób utleniacz miesza się z paliwem, tworząc paliwo. Po reakcji chemicznej paliwo spala się, pozostawiając po sobie produkty spalania – szybko rozprężający się podgrzany gaz. Strumień tego gazu wychodzi z dyszy rakiety, tworząc tzw. „płyn roboczy”, czyli bardzo „ognisty” strumień, który często widzimy np. w programach telewizyjnych lub filmach.
- Jądrowy - rodzaj silnika, w którym gaz (na przykład wodór lub amoniak) jest podgrzewany w wyniku pozyskiwania energii z reakcji jądrowych (rozszczepienie jądrowe lub fuzja jądrowa).
- Elektryczny - silnik, w którym następuje nagrzewanie gazu z powodu energii elektrycznej. Na przykład typ termiczny takiego silnika podgrzewa gaz (płyn roboczy) za pomocą elementu grzejnego, podczas gdy typ statyczny przyspiesza ruch cząstek gazu za pomocą pola elektrostatycznego.
Montaż silnika odrzutowego
Korpus takiego silnika musi składać się z metalu nie zużywającego się.
Bez względu na rodzaj silnika, jego działanie będzie wymagało imponującego zapasu paliwa, co sprawia, że statek kosmiczny jest znacznie cięższy i wymaga większej mocy z tego samego silnika.
Silnik EmDrive - co to jest i jak działa?
W 2001 roku brytyjski inżynier Roger Scheuer zaproponował nowy typ silnika elektrycznego, którego zasada zasadniczo różni się od zasady działania wymienionych powyżej silników.
Konstrukcja to zamknięta metalowa komora (rezonator) w postaci ściętego stożka (coś w rodzaju wiadra z pokrywką), który ma pewien współczynnik odbicia promieniowania mikrofalowego. Magnetron połączony ze stożkiem generuje promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie mikrofal, które wchodzi do rezonatora i tworzy tam tzw. falę stojącą. Z powodu rezonansu wzrasta energia drgań mikrofal.
Jak wiadomo, światło lub promieniowanie elektromagnetyczne wywiera nacisk na powierzchnię. Ze względu na zwężenie komory w jedną stronę, ciśnienie mikrofal na mniejszej podstawie ściętego stożka jest mniejsze niż ciśnienie na większej podstawie. Jeśli rozpatrzymy komorę jako układ zamknięty, to opisany wyżej efekt spowoduje tylko obciążenie materiału komory, a nawet więcej po jednej jej stronie. Jednak twórca koncepcji silnika EmDrive twierdzi, że system ten jest otwarty ze względu na ograniczenie prędkości ruchu promieniowania elektromagnetycznego („prędkość światła”).
Fizyczna zasada działania takiego silnika nie jest do końca jasna. Roger Scheuer jest przekonany, że wyjaśnienie tej technologii jest możliwe w ramach znanej mechaniki Newtona. Prawdopodobnie ze względu na obecność w komorze współczynnika odbicia promieniowania mikrofalowego niewielka część promieniowania wychodzi na zewnątrz, poza wnękę, co powoduje otwarcie układu. Jednocześnie emisja promieniowania od strony większej podstawy ściętego stożka następuje w większym stopniu ze względu na większą powierzchnię podstawy. Wtedy wychodzące promieniowanie mikrofalowe będzie analogiem płynu roboczego, który wytwarza ciąg, który napędza statek kosmiczny w przeciwnym kierunku niż wypromieniowane mikrofale.
Jednocześnie naukowcy z NASA sugerują, że prawda o działaniu silnika leży znacznie głębiej, w mechanice kwantowej, w ogólnej teorii względności, zgodnie z którą układ jest otwarty. Upraszczając teorię tak bardzo, jak to możliwe, możemy powiedzieć, że cząstki mogą znikać i rodzić się w zamkniętej pętli czasoprzestrzeni.
Kilka organizacji badawczych, w tym NASA, oceniło możliwość wdrożenia silnika tą metodą.
Wyniki eksperymentalne
W ciągu 15 lat przeprowadzono wiele eksperymentów. Chociaż wyniki większości z nich potwierdziły skuteczność koncepcji silnika, opinia niezależnych ekspertów różniła się od opinii eksperymentatorów. Głównym powodem odrzucenia wyników eksperymentów jest fakt nieprawidłowego zaprojektowania i wykonania eksperymentu.
Ostatecznie badania nad silnikiem EmDrive podjęła amerykańska agencja kosmiczna, która ma wystarczające środki, by stworzyć eksperyment, który może wydać ostateczny werdykt. Mianowicie – laboratorium eksperymentalne NASA – Eagleworks, gdzie skonstruowano prototyp silnika EmDrive. Silnik został umieszczony w próżni, w której nie wykluczono konwekcji termicznej, i okazało się, że prototyp rzeczywiście był w stanie dostarczyć ciąg. Według laboratorium udało się uzyskać ciąg o współczynniku mocy 1,2 ± 0,1 mN / kW. Liczba ta jest wciąż znacznie niższa niż moc stosowanych dzisiaj silników rakietowych, ale około stukrotnie wyższa niż moc silników fotonowych i żagli słonecznych.
Wraz z opublikowaniem raportu z eksperymentu, eksperyment na silniku w warunkach lądowych prawdopodobnie się zakończył. NASA planuje przeprowadzić dalsze eksperymenty na EmDrive w kosmosie.
Podanie
Obecność takiego silnika w rękach ludzkości znacznie rozszerza możliwości eksploracji kosmosu. Zaczynając od stosunkowo małego - EmDrive zainstalowany na ISS znacznie zmniejszyłby rezerwy paliwowe stacji. Wydłużyłoby to żywotność stacji, a także znacznie ograniczyło misje ładunkowe na dostawę paliwa. W konsekwencji zmniejszy się finansowanie misji i utrzymania stacji.
Jeśli weźmiemy pod uwagę zwykłego satelitę geostacjonarnego, na którym zostanie zainstalowany ten silnik, to masa aparatu będzie ponad połowa. Podobnie obecność EmDrive wpłynie na załogowy statek kosmiczny, który będzie poruszał się zauważalnie szybciej.
Jeśli nadal pracujemy nad mocą silnika, to według obliczeń potencjał EmDrive umożliwia dostarczenie sześciu astronautów i trochę sprzętu, a następnie powrót na Ziemię za około 4 godziny. Podobnie lot na Marsa tą technologią potrwa kilka miesięcy. Lot do Plutona potrwa około dwóch lat. Nawiasem mówiąc, stacja Nowe Horyzonty zajęła 9 lat.
Podsumowując, należy zauważyć, że technologia EmDrive jest w stanie znacznie zwiększyć prędkość statku kosmicznego, oszczędzając na eksploatacji pojazdów, a także na paliwie. Oprócz, .
Satelita Cannae sześciu jednostek CubeSat. Render: Cannae Inc.
Eksperci i pasjonaci spierają się od 2003 roku o możliwość istnienia hipotetycznego „magicznego” silnika elektromagnetycznego EmDrive. Zasada jego działania jest bardzo prosta: magnetron generuje mikrofale, energia ich oscylacji jest gromadzona w wysokiej jakości rezonatorze, a fakt obecności fali stojącej oscylacji elektromagnetycznych w zamkniętym rezonatorze o specjalnym kształcie jest źródło ciągu. To tworzy ciąg w zamkniętej pętli, to znaczy w systemie, całkowicie odizolowane od środowiska zewnętrznego, bez wydechu.
Z jednej strony silnik ten wydaje się naruszać prawo zachowania pędu, na co wskazuje wielu fizyków. Z drugiej strony brytyjski wynalazca Roger Shawyer ma głęboką wiarę w swój EmDrive - i (zobacz kilkaset stron dyskusyjnych na forum NASASpaceFlight). Testy przeprowadzone na Ziemi (wyniki 22 testów) zdają się potwierdzać funkcjonalność EmDrive.
Czas zakończyć kontrowersje.
Ostatni punkt sporu poprowadzi Guido Fetta - podobnie myśląca osoba Scheuera i konstruktor innego hipotetycznego silnika Cannae Drive, który działa na tej samej zasadzie: generowanie mikrofal i tworzenie ciągu w zamkniętym pętla bez wydechu.
17 sierpnia 2016 r. Guido Petta ogłosił, że zamierza wystrzelić na orbitę eksperymentalny napęd Cannae Drive – i przetestować go w akcji. Guido Petta jest dyrektorem generalnym Cannae Inc. Teraz Cannae Inc. udzielił licencji na technologię napędu elektromagnetycznego firmie Theseus Space Inc., która wystrzeli satelitę CubeSat na niską orbitę okołoziemską.
Wśród założycieli Theseus Space są sama Cannae Inc., a także mało znane firmy LAI International, AZ i SpaceQuest.
Data premiery nie została jeszcze ogłoszona. Być może w 2017 roku entuzjastom uda się zebrać pieniądze i zbudować eksperymentalny aparat.
Jedyną misją satelity jest testowanie silnika Cannae Drive przez sześć miesięcy. Satelita będzie próbował się poruszać za pomocą ciągu elektromagnetycznego Cannae Drive.
Twórcy Cannae Drive twierdzą, że ich silnik jest w stanie generować ciąg do kilku niutonów i „wyższych poziomów”, co najlepiej nadaje się do zastosowania w małych satelitach. Silnik nie wymaga paliwa i nie ma spalin.
Objętość silnika na satelicie CubeSat wynosi nie więcej niż 1,5 jednostki, czyli 10 × 10 × 15 cm, a zasilanie jest mniejsze niż 10 watów. Sam satelita będzie składał się z sześciu jednostek.
Satelita firmy Cannae. Render: Cannae Inc.
Po udanej demonstracji na orbicie, Theseus Space zamierza zaoferować nowy silnik zewnętrznym producentom do użytku na innych satelitach.
Entuzjaści są pewni: jeśli EmDrive zadziała, to w przyszłości możliwe będzie tworzenie nie tylko wydajnych silników kosmicznych, ale także latających samochodów, a także statków, samolotów – dowolnego transportu z napędem elektromagnetycznym.
Cannae nie jest jedynym, który chce przetestować działanie silnika elektromagnetycznego w kosmosie. Niemiecki inżynier Paul Kocyla zaprojektował mały kieszonkowy EmDrive i teraz zbiera pieniądze poprzez kampanię crowdfundingową. Aby wystrzelić prototyp w kosmos na minisatelitę PocketQube, potrzeba 24 200 euro. W ciągu trzech miesięcy udało nam się zebrać 585 euro.
Prototyp EmDrive autorstwa niemieckiego inżyniera Paula Kotsyly
Prace naukowe Scheuera zostały niedawno opublikowane w otwartym dostępie. „Na całym świecie ludzie mierzą głód. Niektórzy budowali silniki w swoich garażach, inni w dużych organizacjach. Wszyscy dają zachcianki, nie ma wielkiej tajemnicy. Ktoś myśli, że istnieje jakaś czarna magia, ale tak nie jest. Każdy rozsądny fizyk powinien zrozumieć, jak to działa. Jeśli ktoś nie rozumie, nadszedł czas, aby zmienił pracę” – kategorycznie powiedział brytyjski inżynier.
Czy wiedziałeś,
co to jest eksperyment myślowy, eksperyment gedanken?To nieistniejąca praktyka, nieziemskie doświadczenie, wyobrażenie tego, czego nie ma w rzeczywistości. Eksperymenty myślowe są jak sny na jawie. Rodzą potwory. W przeciwieństwie do eksperymentu fizycznego, który jest eksperymentalnym testem hipotez, „eksperyment myślowy” podstępnie zastępuje weryfikację eksperymentalną pożądanymi, niesprawdzonymi w praktyce wnioskami, manipulując konstrukcjami logicznymi, które faktycznie naruszają samą logikę, wykorzystując jako udowodnione przesłanki nieudowodnione, tj. podstawienie. Tak więc głównym zadaniem osób ubiegających się o „eksperymenty myślowe” jest oszukanie słuchacza lub czytelnika poprzez zastąpienie prawdziwego fizycznego eksperymentu jego „lalką” – fikcyjnym rozumowaniem warunkowym bez fizycznej weryfikacji.
Wypełnianie fizyki wyimaginowanymi „eksperymentami myślowymi” doprowadziło do powstania absurdalnego, surrealistycznego, pomieszanego i niejasnego obrazu świata. Prawdziwy badacz musi odróżnić takie „opakowania cukierków” od prawdziwych wartości.
Relatywiści i pozytywiści twierdzą, że „eksperyment myślowy” jest bardzo użytecznym narzędziem do testowania teorii (również pojawiających się w naszych umysłach) pod kątem spójności. W tym oszukują ludzi, ponieważ weryfikacja może być przeprowadzona tylko przez źródło niezależne od przedmiotu weryfikacji. Sam wnioskodawca hipotezy nie może być testem własnego twierdzenia, ponieważ sam powód tego twierdzenia polega na braku sprzeczności w stwierdzeniu widocznym dla wnioskodawcy.
Widzimy to na przykładzie SRT i GRT, które stały się rodzajem religii rządzącej nauką i opinią publiczną. Żadna ilość sprzecznych z nimi faktów nie jest w stanie pokonać formuły Einsteina: „Jeśli fakt nie odpowiada teorii, zmień fakt” (W innej wersji „- Fakt nie odpowiada teorii? - Tym gorzej dla fakt").
Maksymalną wartością „eksperymentu myślowego” jest jedynie wewnętrzna spójność hipotezy w ramach własnej, często bynajmniej nie prawdziwej, logiki wnioskodawcy. To nie sprawdza przydatności praktyki. Ten test może mieć miejsce tylko w ważnym eksperymencie fizycznym.
Eksperyment jest eksperymentem w tym sensie, że nie jest udoskonalaniem myśli, ale testem myśli. Myśl, która jest sama w sobie spójna, nie może się zweryfikować. Potwierdza to Kurt Gödel.
Udana eksploracja kosmosu nieustannie wymaga od ludzkości badania i odkrywania nowych technologii, które umożliwiłyby posiadanie potężniejszego sprzętu i tworzenie systemów zapewniających życie załodze na dalsze loty w kosmos. Jedną z takich rewolucyjnych technologii może być hipotetyczny silnik elektromagnetyczny EmDrive, który do niedawna uważano za niemożliwy. Jednak w 2016 roku NASA opublikowała wyniki badań i eksperymentów przeprowadzonych na silniku, które potwierdzają jego osiągi. Kolejnym krokiem amerykańskiej agencji kosmicznej w badaniu tego zagadnienia jest przeprowadzenie eksperymentów na silniku EmDrive w kosmosie.
Ale zacznijmy w porządku
Przede wszystkim przyjrzyjmy się pokrótce zasadzie działania zwykłego silnika rakietowego. Istnieją trzy najpopularniejsze typy silników rakietowych:
- Najpopularniejszym typem silnika rakietowego jest chemiczny. Jego zasada działania jest następująca: w zależności od stanu skupienia paliwa (silnik na paliwo stałe lub płynny), w taki czy inny sposób utleniacz miesza się z paliwem, tworząc paliwo. Po reakcji chemicznej paliwo spala się, pozostawiając produkty spalania – szybko rozprężający się podgrzany gaz. Strumień tego gazu wychodzi z dyszy rakiety, tworząc tzw. „płyn roboczy”, czyli bardzo „ognisty” strumień, który często widzimy np. w programach telewizyjnych lub filmach.
- Jądrowy - rodzaj silnika, w którym gaz (na przykład wodór lub amoniak) jest podgrzewany w wyniku pozyskiwania energii z reakcji jądrowych (rozszczepienie jądrowe lub fuzja jądrowa).
- Elektryczny - silnik, w którym następuje nagrzewanie gazu z powodu energii elektrycznej. Na przykład typ termiczny takiego silnika ogrzewa gaz (płyn roboczy) za pomocą elementu grzejnego, podczas gdy typ statyczny przyspiesza ruch cząstek gazu za pomocą pola elektrostatycznego.
Montaż silnika odrzutowego
Korpus takiego silnika musi składać się z metalu nie zużywającego się.
Bez względu na rodzaj silnika, jego działanie będzie wymagało imponującego zapasu paliwa, co sprawia, że statek kosmiczny jest znacznie cięższy i wymaga większej mocy z tego samego silnika.
Silnik EmDrive - co to jest i jak działa?
W 2001 roku brytyjski inżynier Roger Scheuer zaproponował nowy typ silnika elektrycznego, którego zasada zasadniczo różni się od zasady działania wymienionych powyżej silników.
Konstrukcja to zamknięta metalowa komora (rezonator) w postaci ściętego stożka (coś w rodzaju wiadra z pokrywką), który ma pewien współczynnik odbicia promieniowania mikrofalowego. Magnetron połączony ze stożkiem generuje promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie mikrofal, które wchodzi do rezonatora i tworzy tam tzw. falę stojącą. Z powodu rezonansu wzrasta energia drgań mikrofal.
Jak wiadomo, światło lub promieniowanie elektromagnetyczne wywiera nacisk na powierzchnię. Ze względu na zwężenie komory w jedną stronę, ciśnienie mikrofal na mniejszej podstawie ściętego stożka jest mniejsze niż ciśnienie na większej podstawie. Jeśli rozpatrzymy komorę jako układ zamknięty, to opisany wyżej efekt spowoduje tylko obciążenie materiału komory, a nawet więcej po jednej jej stronie. Jednak twórca koncepcji silnika EmDrive twierdzi, że system ten jest otwarty ze względu na ograniczenie prędkości ruchu promieniowania elektromagnetycznego („prędkość światła”).
Fizyczna zasada działania takiego silnika nie jest do końca jasna. Roger Scheuer jest przekonany, że wyjaśnienie tej technologii jest możliwe w ramach znanej mechaniki Newtona. Prawdopodobnie ze względu na obecność w komorze współczynnika odbicia promieniowania mikrofalowego niewielka część promieniowania wychodzi na zewnątrz, poza wnękę, co powoduje otwarcie układu. Jednocześnie emisja promieniowania od strony większej podstawy ściętego stożka następuje w większym stopniu ze względu na większą powierzchnię podstawy. Wtedy wychodzące promieniowanie mikrofalowe będzie analogiem płynu roboczego, który tworzy ciąg, który napędza statek kosmiczny w przeciwnym kierunku niż wypromieniowane mikrofale.
Jednocześnie naukowcy z NASA sugerują, że prawdziwe działanie silnika leży znacznie głębiej, w mechanice kwantowej, w ogólnej teorii względności, zgodnie z którą układ jest otwarty. Upraszczając teorię tak bardzo, jak to możliwe, możemy powiedzieć, że cząstki mogą znikać i rodzić się w zamkniętej pętli czasoprzestrzeni.
Kilka organizacji badawczych, w tym NASA, oceniło możliwość wdrożenia silnika tą metodą.
Wyniki eksperymentalne
W ciągu 15 lat przeprowadzono wiele eksperymentów. I choć wyniki większości z nich potwierdziły skuteczność koncepcji silnika, opinia niezależnych ekspertów różniła się od opinii eksperymentatorów. Głównym powodem odrzucenia wyników eksperymentów jest fakt nieprawidłowego zaprojektowania i wykonania eksperymentu.
Ostatecznie badania nad silnikiem EmDrive podjęła amerykańska agencja kosmiczna, która ma wystarczające środki, aby stworzyć eksperyment, który może wydać ostateczny werdykt. Mianowicie – laboratorium eksperymentalne NASA – Eagleworks, gdzie skonstruowano prototyp silnika EmDrive. Silnik został umieszczony w próżni, w której nie wykluczono konwekcji termicznej, i okazało się, że prototyp rzeczywiście był w stanie dostarczyć ciąg. Według niedawnego raportu NASA laboratorium było w stanie uzyskać ciąg o współczynniku mocy 1,2 ± 0,1 mN / kW. Liczba ta jest wciąż znacznie niższa niż moc stosowanych dzisiaj silników rakietowych, ale około stukrotnie wyższa niż moc silników fotonowych i żagli słonecznych.
Wraz z opublikowaniem raportu z eksperymentu, eksperyment na silniku w warunkach lądowych prawdopodobnie się zakończył. NASA planuje przeprowadzić dalsze eksperymenty na EmDrive w kosmosie.
Podanie
Obecność takiego silnika w rękach ludzkości znacznie rozszerza możliwości eksploracji kosmosu. Zaczynając od stosunkowo małego - EmDrive zainstalowany na ISS znacznie zmniejszyłby rezerwy paliwowe stacji. Wydłużyłoby to żywotność stacji, a także znacznie ograniczyło misje ładunkowe na dostawę paliwa. W konsekwencji zmniejszy się finansowanie misji i utrzymania stacji.
Jeśli weźmiemy pod uwagę zwykłego satelitę geostacjonarnego, na którym zostanie zainstalowany ten silnik, to masa aparatu będzie o ponad połowę mniejsza. Podobnie obecność EmDrive wpłynie na załogowy statek kosmiczny, który będzie poruszał się zauważalnie szybciej.
Jeśli nadal pracujemy nad mocą silnika, to według obliczeń potencjał EmDrive umożliwia dostarczenie sześciu astronautów i trochę sprzętu, a następnie powrót na Ziemię za około 4 godziny. Podobnie lot na Marsa tą technologią potrwa kilka miesięcy. Lot do Plutona potrwa około dwóch lat. Nawiasem mówiąc, stacja Nowe Horyzonty zajęła 9 lat.
Podsumowując, należy zauważyć, że technologia EmDrive jest w stanie znacznie zwiększyć prędkość statku kosmicznego, oszczędzając na eksploatacji pojazdów, a także na paliwie. Ponadto silnik ten pozwala ludzkości realizować te misje kosmiczne, które do tej pory znajdowały się na granicy możliwości.
Ekologia poznania Nauka i technika: EmDrive należy do kategorii hipotetycznych maszyn, które wykorzystują w swojej pracy model „rezonatora wnęki trakcyjnej RF”, takie urządzenia działają dzięki magnetronowi, który emituje mikrofale do zamkniętej metalowej komory w postaci ścięty stożek, który następnie odbija się od jego tylnych ścian, przenosząc ciąg strumienia do urządzenia.
Nawet jeśli nie interesują Cię systemy napędowe do statków kosmicznych, prawdopodobnie słyszałeś o urządzeniu EmDrive. Silnik jest często wspominany w nagłówkach opisujących go jako rewolucyjną technologię zdolną do odwrócenia koncepcji podróży międzygwiezdnych, krytycznego skrócenia czasu przelotu między planetami zarówno wewnątrz, jak i poza Układem Słonecznym oraz urzeczywistnienia odwiecznych marzeń ludzkości o dostępnej przestrzeni.
Są to dość głośne i ambitne stwierdzenia, a w swoim czasie, komentując takie rzeczy, wielki astrofizyk i kosmolog, pionier w dziedzinie egzobiologii Carl Sagan powiedział, że „nadzwyczajne twierdzenia wymagają nadzwyczajnych dowodów”. Na tej podstawie postaramy się wyjaśnić, czym tak naprawdę jest ten rewelacyjny EmDrive i czy rzeczywiście jest to kluczowa technologia, która pozwoli ludziom podbijać odległe gwiazdy.
Tak więc wszystko, co musisz wiedzieć o „niemożliwym” silniku, staraliśmy się opisać w jednym krótkim artykule, chodźmy.
CO TO JEST EMDRIVE?
EmDrive to tajemniczy silnik. Rozwój został po raz pierwszy wprowadzony przez inżyniera lotniczego Rogera Shawyera w 2001 roku, a istotę technologii można opisać jako „bezpaliwowy silnik rakietowy” w tym sensie, że nie wymaga on paliwa w tradycyjnym sensie. Brak dużej ilości paliwa na pokładzie sprawi, że statek kosmiczny będzie lżejszy, łatwiejszy w napędzie i teoretycznie znacznie tańszy w produkcji. Ponadto hipotetyczny silnik pozwoli ci osiągnąć niewiarygodnie duże prędkości: astronauci będą mogli dotrzeć do zewnętrznych granic Układu Słonecznego w ciągu zaledwie kilku miesięcy.
Chodzi o to, że sama koncepcja ruchu bez wyrzutu masy dżetu „nie pasuje” do prawa zachowania pędu Newtona, które mówi, że wewnątrz układu zamkniętego pęd liniowy i kątowy pozostają stałe, niezależnie od zmian zachodzących w tym układzie . Mówiąc najprościej, jeśli na ciało nie działa żadna siła zewnętrzna, nie można go poruszyć.
Tajemniczy silnik elektromagnetyczny, który wytwarza ciąg bez żadnych procesów reaktywnych, narusza również trzecie (nie mniej fundamentalne) prawo Newtona: „Dla każdego działania zawsze istnieje równa i przeciwna reakcja”. Jak zatem „działanie” (napęd odrzutowy statku kosmicznego) przebiega bez „przeciwdziałania” (spalanie paliwa i wyrzucanie masy odrzutowej) i jak to w ogóle jest możliwe? Jeśli system działa, oznacza to, że są w niego zaangażowane siły lub zjawiska o nieznanej naturze, lub też nasze rozumienie praw fizyki jest całkowicie błędne.
ZASADA DZIAŁANIA EMDRIVE
Pomijając na chwilę fizyczną „niemożliwość” technologii, zdefiniujmy, czym ona jest. Tak więc EmDrive należy do kategorii hipotetycznych maszyn, które wykorzystują w swojej pracy model steru strumieniowego z wnęką rezonansową RF. Takie urządzenia działają poprzez emitowanie mikrofal do zamkniętej metalowej komory w postaci ściętego stożka, które następnie odbijają się od jego tylnej ścianki, przenosząc reaktywny ciąg do urządzenia. Znowu, w zwykłym języku, ciało po prostu „odpycha się” od siebie (jakże głupi byli ludzie, którzy nie wierzyli baronowi Munchausenowi, kiedy opowiadał o tym, jak wyciągnął się z bagna za włosy).
Ta zasada ruchu zasadniczo różni się od tej stosowanej przez współczesne statki kosmiczne, które spalają ogromne ilości paliwa w celu wytworzenia energii, która unosi ogromne statki kosmiczne w niebo. Jedną z metafor ujawniających istotę „niemożliwości” takiej technologii może być również założenie, że kierowca siedzący w kabinie nierozruchowego auta jest w stanie przesunąć go z miejsca – wystarczy pchnąć kierownicę odpowiednio.
Pomimo tego, że przeprowadzono kilka udanych testów prototypów eksperymentalnych - z bardzo małym, rzędu kilkudziesięciu μN, uwalnianiem energii (masa małej monety) - wyniki żadnego z badań nie zostały opublikowane w dowolne recenzowane czasopismo. Oznacza to, że każdy pozytywny wynik powinien być traktowany z odrobiną zdrowego sceptycyzmu, który zakłada, że zarejestrowany ciąg może być niewyjaśnionym błędem siły lub sprzętu.
Dopóki technologia nie otrzyma odpowiedniego potwierdzenia naukowego, logiczne byłoby założenie, że EmDrive w rzeczywistości nie działa. Jest jednak wiele osób, które empirycznie udowodniły, że „niemożliwy” silnik elektromagnetyczny nadal działa:
W 2001 Scheuer otrzymał od rządu brytyjskiego grant w wysokości 45 000 funtów na przetestowanie EmDrive. Stwierdził, że podczas testów uzyskano ciąg 0,016 N, a to wymagało 850 watów energii, ale żadna ekspertyza nie potwierdziła wyniku. Co więcej, liczby te były tak małe, że łatwo mogły uchodzić za błąd techniki pomiarowej.
W 2008 Yang Juan, grupa chińskich naukowców z Northwestern Polytechnic University, twierdziła, że potwierdziła wykonalność technologii ciągu rezonansu elektromagnetycznego, a później opracowała własny działający model silnika. W latach 2012-2014 przeprowadzono kilka udanych testów, w których udało się uzyskać siłę ciągu 750 milinewtonów przy wydatkowanej energii 2500 watów.
W 2014 Naukowcy NASA przetestowali swój model EmDrive, a testy przeprowadzono również w próżni. I znowu naukowcy zgłosili udany eksperyment (zarejestrowali ciąg 100 μN), którego wyniki ponownie nie zostały potwierdzone przez niezależnych ekspertów. W tym samym czasie inna grupa naukowców z agencji kosmicznej była bardzo sceptycznie nastawiona do pracy swoich kolegów – nie potrafiła jednak ani obalić, ani potwierdzić możliwości technologii, wzywając do głębszych badań.
W 2015 roku Ta sama grupa NASA przetestowała inną wersję silnika Cannae Drive (dawniej Q-drive), stworzonego przez inżyniera chemika Guido Fetta i stwierdziła, że jest to pozytywne. Niemal w tym samym czasie niemieccy naukowcy z Politechniki w Dreźnie również opublikowali wyniki, w których w przewidywalny sposób potwierdzili obecność „niemożliwego” ciągu.
I już na koniec 2015 r., kolejny eksperyment NASA przeprowadzony przez Johnson Space Center Eagleworks w końcu potwierdził wykonalność tej technologii. Testy przeprowadzono z uwzględnieniem wcześniejszych błędów, a mimo to wyniki były pozytywne - silnik EmDrive zapewnia przyczepność. Jednocześnie naukowcy przyznają, że odkryto nowe niewyjaśnione czynniki, z których jednym może być rozszerzalność cieplna, która znacząco wpływa na urządzenie w warunkach próżni. Niezależnie od tego, czy praca zostanie skierowana do ekspertów, czy nie, naukowcy z Glenn Research Center w Cleveland w stanie Ohio, NASA Jet Propulsion Laboratory i Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory są pewni, że eksperymenty są warte kontynuowania.
CO NAS EMDRIVE „ŚWIETLI”
Ogólnie rzecz biorąc, społeczność naukowa jest bardzo ostrożna we wszystkim, co dotyczy EmDrive i ogólnie silników z wnęką rezonansową elektromagnetyczną. Ale z drugiej strony ta ilość badań rodzi kilka pytań. Skąd takie wzmożone zainteresowanie technologią i dlaczego tak wiele osób chce ją przetestować? Co tak naprawdę oferuje silnik o tak atrakcyjnej koncepcji?
Od wszelkiego rodzaju satelitów atmosferycznych po bezpieczniejsze i wydajniejsze samochody – tak szeroki zakres zastosowań przewidziany jest dla nowego urządzenia. Ale główną, prawdziwie rewolucyjną konsekwencją jej wdrożenia są niewyobrażalne horyzonty, które otwierają się na podróże kosmiczne.
Potencjalnie statek wyposażony w silnik EmDrive jest w stanie dotrzeć do Księżyca w zaledwie kilka godzin, Marsa w 2-3 miesiące, a Plutona w około 2 lata (dla porównania: sonda New Horizons spędziła ponad 9 lat). To dość głośne stwierdzenia, jeśli jednak okaże się, że technologia ma realne podstawy, te liczby nie będą już tak fantastyczne. A to biorąc pod uwagę fakt, że nie ma potrzeby przewożenia ton paliwa, produkcja statków kosmicznych stanie się prostsza, a one same będą znacznie lżejsze i znacznie tańsze.
Dla NASA i podobnych organizacji, w tym wielu prywatnych korporacji kosmicznych, takich jak SpaceX czy Virgin Galactic, lekki i niedrogi statek, który może szybko dotrzeć do najbardziej odległych zakątków Układu Słonecznego, to rzecz, o której można tylko pomarzyć. Niemniej jednak, aby wdrożyć technologię, nauka musi jeszcze ciężko pracować.
Jednocześnie Scheuer mocno wierzy, że do wyjaśnienia działania EmDrive nie są potrzebne żadne pseudonaukowe ani kwantowe teorie. Wręcz przeciwnie, jest przekonany, że technologia nie wykracza poza obecny model mechaniki Newtona. Na poparcie swoich słów napisał kilka artykułów, z których jeden jest obecnie w trakcie przeglądu. Oczekuje się, że dokument zostanie opublikowany w tym roku. Jednak jego dotychczasowa praca była krytykowana za nieprawidłowe i niespójne badania naukowe.
Pomimo jego nalegań, aby silnik działał zgodnie z istniejącymi prawami fizyki, Scheuerowi udaje się poczynić fantastyczne założenia dotyczące EmDrive. Na przykład stwierdził, że nowy silnik jest zasilany przez pole warp i dlatego ostatnie wyniki NASA są udane. Takie odkrycia przyciągnęły dużą uwagę społeczności internetowej. Jednak ponownie, do tej pory nie ma przejrzystych i otwartych danych pomocniczych, a aby technologia została zaakceptowana przez oficjalną naukę, konieczne jest przeprowadzenie więcej niż jednego dogłębnego badania.
Colin Johnston z Arma Planetarium napisał krytykę EmDrive i niejednoznacznych wyników wielu jego eksperymentów. Ponadto Corey S. Powell z Discovery opracował własne dla silników EmDrive i Cannae Drive, tak jak zrobił to w przypadku badań NASA. John S. Baez profesor matematyki i fizyki w ogóle nazwał koncepcję ta technologia to „śmieci”, a jej wnioski odzwierciedlają odczucia wielu naukowców.
Silnik EmDrive został przyjęty z entuzjazmem przez wielu, m.in. serwis NASASpaceFlight.com, który zamieścił informacje o najnowszych eksperymentach Eagleworks, oraz popularny magazyn New Scientist, który napisał pozytywną i optymistyczną recenzję o silniku elektromagnetycznym, który jednak nie zapomniałem wspomnieć o potrzebie podania dodatkowych faktów, które są obowiązkowe dla tak kontrowersyjnych kwestii. Ponadto entuzjaści z całego świata zaczęli budować własne modele silników o ciągu „nieznanego pochodzenia”, jedną z ciekawie działających wersji, stworzoną w „garażowych” warunkach, zasugerował rumuński inżynier Iulian Berca.
Przed wyciągnięciem jednoznacznych wniosków należy pamiętać, że fizyka w zasadzie wyklucza pojawienie się jakiegokolwiek ciągu w EmDrive i podobnych urządzeniach. Niemniej jednak, naprawdę sprawdzone, działające wersje silników fal elektromagnetycznych mogą otworzyć niespotykane dotąd możliwości zarówno dla transportu kosmicznego, jak i naziemnego oraz wywrócić współczesną naukę do góry nogami. W międzyczasie większość naukowców klasyfikuje EmDrive jako science fiction. opublikowany