Niezależne testy silnika o nieznanej zasadzie działania EmDrive, które zdawały się potwierdzać istnienie jego „nienormalnego” ciągu, po raz kolejny zakończyły się niezwykle krytycznymi recenzjami społeczności naukowej. Doszło do tego, że niektórzy fizycy teoretyczni proponują w ogóle nie brać pod uwagę wyników eksperymentu, ponieważ „nie mają jasnego wyjaśnienia teoretycznego”. „Lenta.ru” postanowiła dowiedzieć się, dlaczego tak się dzieje i jakie inne niezwykłe środki transportu w kosmosie wymyśliła ludzkość w swojej historii.

EmDrive

Podróż międzygwiezdna przy obecnym stanie techniki jest niemożliwa - mówi sama fizyka ze swoim prawem zachowania pędu. Parafrazując słynną postać, aby podkręcić coś, czego potrzebujesz, musisz najpierw wyrzucić coś niepotrzebnego w przeciwnym kierunku - na przykład paliwo rakietowe, którego nie możesz zgromadzić na wycieczkę poza Układ Słoneczny.

Aby przełamać ten impas, entuzjaści kosmosu od czasu do czasu ogłaszają urządzenia takie jak silnik EmDrive – który, jak nam obiecano, nie musi spuszczać paliwa, aby nabrać prędkości. Pozornie hipotetyczny silnik to kubeł z magnetronem (generatorem mikrofal, jak w kuchence mikrofalowej). Według wynalazców, skoro mikrofale nie wychodzą z wiadra, oznacza to, że nic nie jest wyrzucane, a samo „wiadro” wytwarza ciąg, który jest rejestrowany w eksperymentach od 2002 roku do dnia dzisiejszego. Jeden taki eksperyment został przeprowadzony w NASA, drugi został niedawno przeprowadzony przez Martina Tajmara, szefa Niemieckiego Instytutu Inżynierii Kosmicznej na Politechnice w Dreźnie. Obie instytucje trudno nazwać przystanią naukowych maniaków – może za anomalią EmDrive kryje się coś?

Ich przeciwnicy nie mają jednak nic przeciwko. Niektórzy, jak Sean Carroll z California Institute of Technology, po prostu charakteryzują EmDrive słowami, których nie można powtórzyć w mediach rosyjskojęzycznych. Ci, którzy są bardziej powściągliwi, inaczej wyrażają tę samą myśl: EmDrive narusza prawo zachowania pędu. A Eric W. Davis z Institute for Advanced Research w Austin (USA) dodaje: nawet gdyby rzeczywiście powstał ciąg, ale tak jak w testach zostałby wykryty tylko przez dziesiątki mikroniutonów, to profesjonaliści pracujący w przemyśle lotniczym „nie są zainteresowani”. w nowych metodach przy wszystkich ruchach, które [...] generują ciąg mierzony tylko w mikroniutonach” – jest za mały.

Należy w tym miejscu zauważyć, że to ostatnie stwierdzenie jest dość ryzykowne. Według wspomnianych wcześniej eksperymentów NASA, zarejestrowany ciąg wyniósł 0,4 niutona na kilowat - i pomimo tego, że liczba ta jest naprawdę znikoma, silnik o takich parametrach dostarczyłby Plutonowi Nowe Horyzonty w półtora roku, a nie w dekadę. wymagane w praktyce. Innymi słowy, w przypadku lotów naprawdę długodystansowych sytuacja jest bardzo daleka od „bezinteresowności”.

Zdjęcie: M. Tajmar i G. Fiedler / Institute of Aerospace Engineering, Technische Universität Dresden, 01062 Dresden, Niemcy

Trudniejsze jest pytanie, czy EmDrive rzeczywiście działa, czy też eksperymenty „zarejestrują” nieistniejący ciąg. Martin Tajmar to znany „łamacz mitów”, eksperymentator, który przeprowadził kilka „anomalnych” eksperymentów, znajdując źródła swoich anomalii w trudnych do wykrycia błędach pomiarowych. Tym razem wykorzystał równowagę skrętną i sam eksperyment przeprowadził w głębokiej próżni, aby wykluczyć wpływ konwekcji powietrza. Wszystko to nie pomogło usunąć nienormalnego ciągu.

Jednak przeciwnicy nie stracili sceptycyzmu. Fakt, że ciąg nie zniknął natychmiast po wyłączeniu EmDrive może wskazywać, że mówimy o jakimś efekcie termicznym wpływającym na odczyty urządzeń rejestrujących. Należy zauważyć, że Tajmar w swojej pracy szczegółowo opisuje środki podjęte w celu ochrony termicznej i ekranowania magnetycznego, czego z jakiegoś powodu jego krytycy (będący fizykami teoretycznymi) nie zauważają.

Najbardziej krępująca jest teza Erica Davisa, że ​​praca Tajmara „nie zostanie zaakceptowana przez recenzowane czasopisma”, tylko dlatego, że nie oferuje teoretycznego mechanizmu, który mógłby wyjaśnić obserwowany anomalny kierunek. Najwyraźniej Davis zdaje sobie sprawę z tego, w jaki sposób Michelson i Morley opisali eksperyment w XIX wieku w American Journal of Science, również bez zaproponowania żadnego spójnego mechanizmu teoretycznego, który mógłby go wyjaśnić. Gdyby wówczas czasopismo zajęło stanowisko Davisa, wyniki najważniejszego eksperymentu, który spowodował kryzys teorii eteru i ostatecznie pojawienie się teorii względności, po prostu nie zostałyby opublikowane. Eksperymenty z rozpadem beta w latach 1914-1930 formalnie w ogóle naruszały prawo zachowania energii, ale trudno sobie wyobrazić, jak powiedziałby jeden z fizyków tamtych czasów: „dane na ten temat nie trafią do recenzowanych czasopism, ponieważ nie zostały wyjaśnione teoretycznie."

Zdjęcie: M. Tajmar i G. Fiedler / Institute of Aerospace Engineering, Technische Universität Dresden, 01062 Dresden, Niemcy

Powtarzając, brak teoretycznego wyjaśnienia dążeń EmDrive naprawdę oznacza, że ​​prawdopodobnie nie działa – przynajmniej nie działa tak, jak opisuje to jego twórca, Roger Shawyer. Jednak stanowisko Davisa, które sprowadza się do stwierdzenia „nie warto tracić czasu na eksperymenty, jeśli nie mają one teoretycznego wyjaśnienia”, jest niewątpliwie niezwykłe dla naukowca.

Rakiety jądrowe i „żarówki”

Jednak nie tylko EmDrive próbuje przenieść loty kosmiczne na zupełnie nowe tory. W końcu najszybszy statek kosmiczny wystrzelony przez ludzi, Helios-2, ledwo przekroczył granicę 70 kilometrów na sekundę. Z taką prędkością lot do gwiazd potrwa tysiące lat, co czyni go praktycznie bezsensownym.

Pierwszą poważną próbę przekroczenia prędkości rakiet chemicznych podjęto w amerykańskim projekcie Orion w latach 50. XX wieku. W jego ramach zaproponowano zdetonowanie małych bomb wodorowych około stu metrów za tylną płytą amortyzującą statek kosmiczny. W tym celu piec został pokryty cienką warstwą smaru grafitowego, który odparował po wybuchu, ale nie pozwolił na przegrzanie statku. To nie przypadek, że napisaliśmy „zakryte”: oprócz obliczeń przeprowadzono eksperymenty na takim locie wybuchowo-impulsowym, choć przy pomocy zwykłych materiałów wybuchowych:

Kluczowy problem Oriona jest oczywisty: podczas startu powinien spowodować opad radioaktywny. Oczywiście można go było zbierać w kosmosie i wysyłać tylko w dalekie podróże. Według obliczeń dokonanych przez Freemana Dysona w latach 60. bezzałogowy Orion mógłby dotrzeć do Alfa Centauri w ciągu 133 lat - gdyby tylko kosztował kilkaset miliardów dolarów.

Po upadku Oriona naukowcy z USA i ZSRR wpadli na inny pomysł: zamiast wybuchów termojądrowych użyć konwencjonalnego reaktora jądrowego, podgrzewającego wodór do 2-3 tysięcy stopni. Najwydajniejszy silnik tego typu, radziecki RD-0410, był testowany w Kazachstanie i w zasadzie pozwolił na stosunkowo czysty start nuklearny statku kosmicznego z Ziemi. Ponieważ z uranu można wydobyć znacznie więcej energii niż z paliwa chemicznego, teoretycznie takie środki przyspieszające umożliwiły załogowy lot na Marsa („Mars-94”)

Pojawiła się również konkurująca koncepcja, tak zwana „żarówka jądrowa”. W nim rdzeń reaktora został zamknięty powłoką kwarcową, przez którą promieniowanie podgrzało gaz w obszarze roboczym silnika do 25 tys. stopni. W tej temperaturze rdzeń reaktora emituje światło ultrafioletowe, dla którego kwarc jest przezroczysty, co wyklucza jego przegrzanie. Z kolei ogrzany gaz porwany przez wytworzony wir nie powinien pozwolić na przegrzanie powłoki silnika. Wzrost temperatury roboczej o rząd wielkości znacznie poprawił wszystkie parametry silnika - ale w ZSRR koncepcja nie poszła dalej, a potem całkowicie straciła wszelkie perspektywy finansowania.

Zdjęcie: NASA

Niemniej jednak żarówka jądrowa wygląda na bardzo realistyczny projekt osiągania dużych prędkości dla ogromnych statków kosmicznych w oparciu o istniejące technologie. Niestety, jego ciąg jest dobry do szybkich podróży międzyplanetarnych, ale słaby do podróży międzygwiezdnych.

Loty bez paliwa

150 lat temu, po tym, jak Maxwell opisał naturę światła, Jules Verne zasugerował, że żagiel odbijający światło najlepiej nadaje się do podróży międzygwiezdnych – wtedy zamiast paliwa statek przyspieszałby fotony. Po dotarciu do układu najbliższej gwiazdy ten sam żagiel będzie ją zwalniał, również bez paliwa.

Technicznie projekt ogranicza jeden czynnik: statek o prędkości bliskiej światła musi mieć żagle o powierzchni kilkudziesięciu kilometrów kwadratowych, ważące nie więcej niż 0,1 grama na metr kwadratowy, co w praktyce jest niezwykle trudne do zrealizowania.

Ale w latach 70. zaproponowano tak zwany żagiel laserowy: znacznie mniejszy reflektor, przyspieszany przez emiter laserowy z orbity bliskiej Ziemi. Przez wiele lat po prostu nie można było zbudować laserów o wymaganej mocy. Jednak kilka lat temu Philip Lubin z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara (USA) zaproponował zamiast tego utworzenie grup wielu mniejszych emiterów działających na zasadzie fazowanego układu antenowego, z końcową mocą ograniczoną jedynie ich liczbą. W ramach jego koncepcji DESTAR-6 ​​w Układzie Słonecznym można przeprowadzić przyspieszenie sondy kosmicznej o masie 10 ton do prędkości bliskiej światłu - do 30 jednostek astronomicznych od Słońca (dalsze problemy z ogniskowaniem laserów zapobiegnie przyspieszeniu statku).

Rysunki Philipa M. Lubin

Oczywiście DESTAR-6 ​​musi być ogromnym ugrupowaniem. Każdy z jej elementów, według projektu Lubina, musi być zasilany przez panele słoneczne, dlatego łączna wielkość takiej grupy to tysiąc na tysiąc kilometrów. Przy dzisiejszych cenach za wystrzelenie ładunku na orbitę jest to tyle samo setek miliardów dolarów, co za projekty typu Orion.

Dlatego latem 2015 roku Lubin zaproponował zastosowanie sond o minimalnej masie: płyt półprzewodnikowych o dużych gabarytach, na których proponuje się umieszczenie wszystkich elementów elektronicznych i optycznych niezbędnych dla sondy. Będzie ich wystarczająco dużo, aby wykonać zdjęcia w zakresie optycznym, przetworzyć i wysłać je na Ziemię, wykorzystując energię paneli słonecznych z przedniej powierzchni płyt. Grubość płytek może być taka sama jak współczesnych podłoży krzemowych - mniej niż milimetr. Zmniejszając masę sondy do dziesięciu kilogramów, możliwe będzie dostarczenie sondy do Alpha Centauri w zaledwie 20 lat (0,2 razy szybciej niż światło). W tym przypadku wymiary przyspieszającej konstelacji satelitów z laserami na pokładzie można zmniejszyć do 33 na 33 kilometry. Oczywiście zdjęcia na nim nie będą idealne, a sonda nie będzie w stanie tam zwolnić, dlatego pierwsza misja do gwiazd będzie przypominała lot New Horizons w pobliżu Plutona. Jednak na tle naszej obecnej wiedzy o systemie Alfa Centauri byłaby to również manna niebiańska.

Superluminalna podróż?

Wszystkie powyższe opcje wymagają co najmniej kilkudziesięciu lat oczekiwania. Czy nie ma szybszego sposobu? W pierwszej połowie lat 90. to pytanie przyszło na myśl meksykańskiemu fizykowi Miguelowi Alcubierre'owi. Jeśli okaże się, że uda się uzyskać ujemną masę/energię, można ją wykorzystać do stworzenia „bańki”, która kompresuje przestrzeń bezpośrednio przed nim i rozszerza ją za nim – zasugerował naukowiec. Pomysł był czysto teoretyczny, a nawet fantastyczny. Nawet przy ujemnej energii przemieszczenie bańki o średnicy 200 metrów wymagałoby energii odpowiadającej masie Jowisza. Jednak w ciągu ostatnich kilku lat zaproponowano modyfikacje jego pomysłu, w którym „bańka” porównuje parametry dwóch połówek podzielonej wiązki laserowej, z których jedna naraża na efekt teoretycznie zdolny do zaginania przestrzeni. W 2013 roku w takim eksperymencie uzyskano ślady krzywizny przestrzeni - i to bez materii o ujemnej masie. Niestety wyniki nie były ostateczne: na interferometr działa zbyt duża interferencja, której czułość należy znacznie zwiększyć.

A mówiąc o EmDrive: Aby znaleźć wyjaśnienie nieprawidłowego ciągu wiadra, grupa White'a eksperymentowała z rezonującą wnęką EmDrive, przepuszczając przez nią wiązkę laserową ich interferometru. Naukowcy stwierdzili, że wiązka w niektórych przypadkach zdecydowanie przechodziła przez wnękę w różnym czasie. Sam White jest skłonny zinterpretować to jako znak, że z jakiegoś powodu wewnątrz jamy znajdują się niewielkie krzywizny, co może mieć coś wspólnego z nienormalnym ciągiem EmDrive.

Brak wyjścia?

Każdy silnik, w którym nie zostaną podjęte żadne kroki, jest niemożliwy. Pierwszy samochód z silnikiem spalinowym powrócił w 1807 roku, ale brak zainteresowania wynalazkiem (i wieloma innymi podobnymi) doprowadził do tego, że większość ludności świata uważa za wynalazcę Forda lub Daimlera z auta. Podobna historia miała miejsce z maszyną parową i turbiną, których wszystkie elementy zostały wyprodukowane w czasach Cesarstwa Rzymskiego. Jeśli uznamy, że podróże międzygwiezdne są niemożliwe, to bez wątpienia takimi pozostaną.

A jednak jest nadzieja. Wystarczająco bezpieczne jądrowe silniki rakietowe były testowane kilkadziesiąt lat temu, podobnie jak technologie żagli laserowych są dziś całkiem realne - byłoby chęć się z nimi zmierzyć. Być może będziemy mieli szczęście i fizycy odkryją nowe zjawiska, które pozwolą nam powtórzyć historię odkrycia energii jądrowej. Kiedy Einstein powiedział światu w 1934 roku, że „nie ma najmniejszego znaku, że energia atomowa zostanie kiedykolwiek wykorzystana”, Leo Sillard właśnie rozwijał koncepcję jądrowej reakcji łańcuchowej i pozostało tylko osiem lat do uruchomienia reaktora atomowego na jego podstawie.

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

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 podgrzewa gaz (płyn roboczy) za pomocą elementu grzejnego, podczas gdy typ statyczny przyspiesza ruch cząstek gazu za pomocą pola elektrostatycznego.

Montaż silnika odrzutowego

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

Niezależnie od wybranego typu 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 rozważymy komorę jako układ zamknięty, to opisany powyżej efekt spowoduje tylko obciążenie materiału komory, a 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 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, 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 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 obecnie silników rakietowych, ale około stukrotnie wyższa niż moc silników fotonowych i żagli słonecznych.

Wraz z opublikowaniem raportu z eksperymentu, eksperyment na silniku w warunkach 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.

Jewgienij Zołotow

Opowieść o „niemożliwym” silniku EmDrive stała się jednym z jej najchętniej czytanych materiałów. I oczywiście cały czas monitorowałem temat, mając nadzieję, że pewnego dnia napiszę sequel. Ale taki przypadek został przedstawiony zaledwie kilka dni temu: renomowane czasopismo naukowe opublikowało artykuł grupy pracowników jednego z laboratoriów NASA, którzy nie tylko przetestowali silnik w celu ponownego zmierzenia siły ciągu, ale także dostarczyli raport z testów do oceny niezależnych ekspertów (tzw. peer review), który nie ujawnił żadnych poważnych błędów. A to oznacza, że ​​możliwość „niemożliwego” silnika stała się teraz o rząd wielkości większa.

Jeśli zapomniałeś lub nigdy nie słyszałeś, to zrekonstruuję obraz w ogólnych zarysach EmDrive, jak to się zwykle nazywa, to w zasadzie zwykła kuchenka mikrofalowa, tylko wykonana nie w kształcie sześcianu, ale w kształcie sześcianu. ścięte i co najważniejsze zamknięte po obu stronach stożka. Emiter mikrofalowy jest przymocowany do wąskiego końca, włącza się i - to wszystko!

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

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

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

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

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

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

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

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

Oznacza to, że wszystko opiera się teraz na ogólnej kontroli w przestrzeni. Przypomnę, że Chińczycy już to zamierzali zrobić. Czy to się stało iz jakimi wynikami? Nieznany. Jednak w tym przypadku cisza sprawia, że ​​jesteś bardziej ostrożny niż rozczarowany. Wiadomo przecież, że pierwsi, którzy potwierdzą działanie takiego silnika w kosmosie, a potem jako pierwsi dadzą podstawy teoretyczne, staną się założycielami nowej gałęzi fizyki i ojcami nieoczekiwanych, nieprzewidywalnych odkryć i technologii !

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

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

Bez względu na to, co stanie się dalej, Roger Shoer może być dumny. Nie wiadomo, czy jego rewolucyjny napęd EM Drive zostanie powołany do życia, ale jego pomysł nie wygląda już tak absurdalnie, jak w przeszłości. Pomimo dziesięcioleci sceptycyzmu i zaprzeczania, technologia Schoera wreszcie zaczyna być akceptowana przez naukowców. Pytanie tylko, dokąd pójdą z nią badacze.

Rosnąca popularność EM Drive jest napędzana przez raporty NASA potwierdzające, że silnik może wytwarzać niezawodny ciąg. Ale jednocześnie agencja kosmiczna dystansuje się od wyników. Nowszy raport mówi, że testy przeprowadzono w komorze próżniowej, w odpowiedzi na krytyków, którzy twierdzili, że testy silnika w warunkach atmosferycznych nie powiodły się.
Główną cechą EM Drive jest to, że ten silnik odrzutowy podobno nie wymaga paliwa. Oznacza to, że zestaw kilku napędów EM może być zasilany przez panele słoneczne i wytwarzać niewielkie nieskończone przyspieszenie, rozwiązując w ten sposób wiele z najtrudniejszych problemów dalekich podróży kosmicznych. Badacz Eagleworks, Harold White, przewiduje, że załogowy statek kosmiczny może dotrzeć do Marsa w zaledwie 70 dni, zużywając zaledwie 0,4 N/kW, co jest około 10 razy bardziej energooszczędne niż nowoczesny napęd jonowy.

Ale jego bezpaliwowa natura jest sprzeczna z prawem zachowania pędu, ponieważ wytworzy siłę czołową bez równej siły przeciwnej w kierunku. Tak więc EM Drive wydaje się być rodzajem perpetuum mobile.
Jest mało prawdopodobne, że Schoer zbudował pierwszy na świecie silnik, który sprzeciwia się podstawowym prawom fizyki, ale możliwe jest, że EM Drive zachowuje pęd dzięki nieznanemu procesowi. Najczęściej wymienianym procesem jest polaryzacja próżniowa, która polega na tworzeniu w próżni kosmicznej krótko żyjących cząstek, które EM Drive zamienia w plazmę i wyrzuca je w określonym kierunku. Jeśli ten pomysł jest słuszny, silnik nadal używa jakiejś formy paliwa, pozostając w ten sposób w granicach fizycznych praw wszechświata.

Możliwe jest również, że EM Drive jest swego rodzaju prototypem napędu warp Star Trek – jego pole elektryczne kompresuje przestrzeń z przodu napędu i rozszerza się z tyłu. NASA Eagleworks przetestowała go za pomocą impulsów laserowych i odkryła, że ​​silnik powoduje zniekształcenia laserowe. Mogło to być spowodowane zniekształceniem przestrzeni i czasu, ale badania te przeprowadzono w atmosferze, a nie w próżni. Naukowcy mogą następnie rozpocząć eksperymenty z interferometrem w próżni, aby wykluczyć możliwość, że powietrze jest przyczyną obserwowanej dyfrakcji laserowej.

W tej chwili do praktycznego zastosowania EM Drive jest jeszcze bardzo daleko, choć takie eksperymenty pokazują, że jego zasada działa. Silnik wciąż budzi kontrowersje naukowe, ale fakt, że w testowanie akceleratora zaangażowani są poważni naukowcy z najwyższych autorytetów, świadczy o tym, że EM Drive nie jest tak beznadziejny, jak wielu twierdzi.

Na pierwszy rzut oka jest to zwykły silnik fotonowy. Ponieważ występuje promieniowanie elektromagnetyczne, patrzymy na rysunek z tłumaczeniem.
Wiadomo, że fala elektromagnetyczna to także strumień ciałek fotonów o różnych energiach. Najsłabiej absorbowane i odbijane są fotony rentgenowskie. To nie fotony widma rentgenowskiego są tutaj wyraźnie zaangażowane, tak więc odbicie i ponowne odbicie fotonów widma niewidzialnego jest tutaj obecne. Ale jak już wspomniano, wynikły z tego pchnięcie nie mieści się w ramach „teorii fotonów”. Jest znacznie wyższy niż wyliczony. Jednocześnie niektórzy badacze generalnie zaprzeczają „teorii fotonów”, czyli tak, jakby istniała „nieskompensowana siła”. A mamy do czynienia z naruszeniem prawa zachowania pędu. Proponowany artykuł będzie zawierał zdanie odrębne dotyczące charakteru tej dodatkowej siły.