Cannaeův šestijednotkový satelit CubeSat. Render: Cannae Inc.
O možnosti existence hypotetického „magického“ elektromagnetického motoru EmDrive se odborníci a nadšenci přou už od roku 2003. Princip jeho činnosti je velmi jednoduchý: magnetron generuje mikrovlny, energie jejich kmitů se akumuluje ve vysoce kvalitním rezonátoru a přítomnost stojaté vlny elektromagnetické oscilace v uzavřeném rezonátoru speciální formulář je zdrojem trakce. To vytváří trakci uzavřený obvod, tedy v systému zcela izolovaný od vnější prostředí , bez výfuku.
Na jednu stranu se zdá, že tento motor porušuje zákon zachování hybnosti, jak poukazují mnozí fyzikové. Na druhou stranu britský vynálezce Roger Shawyer pevně věří ve výkon svého EmDrive - a (viz několik set stránek diskuzí na fóru NASASpaceFlight). Zdá se, že testy provedené na Zemi (výsledky 22 testů) potvrzují výkon EmDrive.
Je čas ukončit spor.
Poslední bod v debatě hodlá dát Guido Petta (Guido Fetta) – podobně smýšlející Scheuer a konstruktér dalšího hypotetického motoru Cannae Drive, který funguje na stejném principu: generování mikrovln a vytváření tahu v uzavřeném okruhu bez výfuku.
17. srpna 2016 Guido Petta oznámil, že hodlá vypustit na oběžnou dráhu experimentální pohon Cannae Drive – a otestovat jej v akci. Guido Petta je generálním ředitelem společnosti Cannae Inc. Nyní Cannae Inc. licencovanou technologii elektromagnetického pohonu společnosti Theseus Space Inc., která vynese družici CubeSat na nízkou oběžnou dráhu Země.
Mezi zakladatele Theseus Space patří samotná Cannae Inc., stejně jako málo známé firmy LAI International, AZ a SpaceQuest.
Datum spuštění zatím nebylo oznámeno. Snad se nadšencům v roce 2017 podaří sehnat peníze a postavit experimentální aparát.
Jediným účelem tohoto satelitu je testovat motor Cannae Drive po dobu šesti měsíců. Satelit se pokusí pohybovat pomocí elektromagnetického pohonu Cannae Drive.
Vývojáři Cannae Drive říkají, že jejich motor je schopen generovat tah až několik Newtonů a „vyšších úrovní“, což je nejvhodnější pro použití na malých satelitech. Motor nepotřebuje palivo, nemá výfuk.
Objem motoru na satelitu CubeSat není větší než 1,5 jednotky, tedy 10 × 10 × 15 cm.. Napájení je méně než 10 wattů. Samotný satelit se bude skládat ze šesti jednotek.
Satelit Cannae. Render: Cannae Inc.
Ihned po úspěšné demonstraci na oběžné dráze hodlá Theseus Space nabídnout nový motor výrobců třetích stran pro použití na jiných satelitech.
Nadšenci jsou si jisti: pokud EmDrive funguje, pak v budoucnu bude možné vytvoření nejen efektivní vesmírné motory, ale také létající auta, stejně jako lodě, letadla - jakákoliv doprava na elektromagnetické trakci.
Cannae není sám, kdo chce otestovat fungování elektromagnetického pohonu ve vesmíru. Německý inženýr Paul Kocyla navrhl malý kapesní EmDrive a nyní shání peníze prostřednictvím crowdfundingové kampaně. Vypuštění prototypu do vesmíru na minisatelitu PocketQube stojí 24 200 EUR. Za tři měsíce se nám podařilo vybrat 585 eur.
Prototyp EmDrive od německého inženýra Paula Kocyly
Nedávno vědecká práce Scheuer byly zveřejněny ve veřejné doméně. „Po celém světě lidé měřili chutě. Někteří stavěli motory ve svých garážích, jiní ve velkých organizacích. Všichni rozdávají chutě, není žádné velké tajemství. Někdo si myslí, že zde existuje nějaká černá magie, ale není tomu tak. Každý normální fyzik by měl pochopit, jak to funguje. Pokud někdo nerozumí, je čas, aby změnil práci, “kategoricky britský inženýr.
Věděl jsi,
co je myšlenkový experiment, gedankenský experiment?
Je to neexistující praxe, nadpozemská zkušenost, představa toho, co ve skutečnosti není. Myšlenkové experimenty jsou jako denní sny. Rodí monstra. Na rozdíl od fyzikálního experimentu, který je experimentálním testem hypotéz, „myšlenkový experiment“ magicky nahrazuje experimentální test s požadovanými, nevyzkoušenými závěry, manipuluje s logickými konstrukcemi, které ve skutečnosti porušují samotnou logiku tím, že používají neprokázané premisy jako prokázané, tj. substituce. Hlavním úkolem žadatelů o „myšlenkové experimenty“ je tedy oklamat posluchače nebo čtenáře nahrazením skutečného fyzikálního experimentu jeho „panenkou“ – fiktivní úvaha pod upřímně řečeno bez fyzického ověření.
Plnění fyziky imaginárními „myšlenkovými experimenty“ vedlo k absurdnímu, surrealistickému, matoucímu obrazu světa. Skutečný badatel musí takové „obaly“ odlišit od skutečných hodnot.
Relativisté a pozitivisté tvrdí, že „myšlenkový experiment“ je velmi užitečným nástrojem pro testování teorií (také vznikajících v našich myslích) na konzistenci. V tom klamou lidi, protože jakékoli ověření může provést pouze zdroj nezávislý na předmětu ověřování. Sám navrhovatel hypotézy nemůže být testem vlastního tvrzení, neboť důvodem tohoto tvrzení je absence rozporů, které ve vyjádření vidí navrhovatel.
Vidíme to na příkladu SRT a GR, které se proměnily v jakési náboženství, které řídí vědu a veřejné mínění. Žádné množství faktů, které jim odporují, nemůže překonat Einsteinův vzorec: „Pokud skutečnost neodpovídá teorii, změňte skutečnost“ (V jiné verzi: „Neodpovídá skutečnost teorii? – Tím hůře pro skutečnost ").
Maximum, co může „myšlenkový experiment“ tvrdit, je pouze vnitřní konzistentnost hypotézy v rámci žadatelovy vlastní, často nikterak pravdivé, logiky. Dodržování praxe to nekontroluje. Skutečný test může proběhnout pouze ve skutečném fyzikálním experimentu.
Experiment je experiment, protože to není zušlechťování myšlení, ale test myšlení. Myšlenka, která je v sobě konzistentní, se nemůže sama otestovat. To dokázal Kurt Gödel.
Jevgenij Zolotov
Příběh o „nemožném“ enginu EmDrive se stal jedním z jejích nejčtenějších materiálů. A samozřejmě jsem to téma neustále sledoval a doufal, že jednoho dne napíšu pokračování. Ale takový případ byl poskytnut teprve nedávno: renomovaný vědecký časopis zveřejnil článek skupiny zaměstnanců z jedné z laboratoří NASA, kteří nejen testovali motor, aby znovu změřili vznikající tah, ale také předložili zkušební zpráva k posouzení nezávislých odborníků (tzv. peer review), která neodhalila závažné chyby. A to znamená, že možnost „nemožného“ motoru je nyní o řád větší.
Pokud jste zapomněli nebo jste nikdy neslyšeli, dovolte mi obnovit obrázek obecně EmDrive, jak se běžně nazývá, je celkově obyčejná mikrovlnná trouba, jen vyrobená ne ve tvaru krychle, ale ve formě komolého a hlavně oboustranně uzavřeného kužele. Na úzký konec se připevní mikrovlnný zářič, zapne se a je to!
Není palivo, které by bylo hozeno „přes palubu“. Takže podle klasické fyziky, konkrétně podle zákona zachování hybnosti, tah nemůže vzniknout. Vynálezci EmDrive (britský inženýr Roger Schaer a další jednotlivci, kteří později převzali stejné téma nezávisle) však trvají na tom, že podle různé důvody- kvůli "kvantové nerovnováze" nebo něčemu jinému ve stejném duchu, který moderní fyzika nebere v úvahu - tah probíhá a údajně se dokonce podařilo změřit.
Všimněte si, že Schaer a další vůbec netvrdí, že Newtonovy zákony jsou špatné. Pouze říkají, že narazili na efekt, který objasní stávající zákony. Toto je zásadně důležitý bod, který výrazně pomohl "EM-pohonu" - poskytl mu zájem seriózních výzkumníků.
Zde začíná paradoxní část. Na jedné straně všechny rozumné populárně-vědecké a vědecké zdroje považují takový motor za pseudovědecký. Na druhou stranu se toho nečekaně ujali docela seriózní lidé: nejprve několik vědeckých skupin z Číny a poté NASA. Od té doby nebylo o Číňanech nic slyšet, ale Američané nejsou ztraceni: v USA je tato práce financována z kapsy daňových poplatníků, takže výsledky by měly být dostupné všem.
A nyní, před dvěma lety, se objevila první, velmi povzbudivá zpráva NASA: skutečně existuje tah, i když z neznámého důvodu. A druhý den prestižní Journal of Propulsion a moc zveřejňuje od pracovníků laboratoře NASA Eagleworks - ve kterém se opět potvrzuje skutečnost výskytu tahu a tentokrát na citlivém torzním závěsu ve vakuu (ale stále na Zemi). Nabízí také opatrné vysvětlení.
Vysvětlení není ani zdaleka hlavní částí článku, protože jde spíše o dohady, ale právě ono dělalo největší hluk. Faktem je, že jde o existující teorii, která je doslova téměř sto let stará: teorie pilotní vlny (Pilot wave). Byl předložen již ve 20. letech minulého století a poté několikrát objasněn.
Obávám se, že to vysvětlím jen velmi hrubě (a budu vděčný, když se odborníci napraví!), ale podstatou obecně je předpoklad, že jsme nuceni popisovat kvantové procesy nepohodlnými statistickými metodami jen proto, že je neumíme všimněte si některých kvantových částic nižší úrovně reálné dynamiky – které se ve skutečnosti pohybují jako makroskopická tělesa po velmi specifických trajektoriích určených vlastnostmi vakua. Tato teorie se nám zde hodila, protože nám umožňuje vysvětlit vakuum jako médium podporující kolísání hustoty: EmDrive přenese impuls do vakua (odpuzuje se od něj, jako by od vody) a takto vzniká tah v uzavřeném systému .
Zde je třeba zdůraznit dvě důležité věci. Za prvé, teorie pilotní vlny není pseudovědecká fikce, ale jedno z mnoha stejně pravděpodobných vysvětlení kvantových procesů, které uspokojivě přesně popisuje pozorované efekty a je potvrzeno mimo jiné experimentálními daty. A za druhé, samotná skutečnost zveřejnění článku NASA v takové publikaci přinejmenším odstraňuje otázku správnosti měření tahu na zavěšení (nezapomeňte, to byl jeden z argumentů skeptiků: říkají, že v reálném vesmíru motor se chová jinak). Zjednodušeně lze článek chápat takto: NASA s jistotou neví, proč k tahu dochází, ale ví, jak to změřit – a prostý čtenář se na ně v tomto může spolehnout.
Odtud - nový prostor pro dohady. Po vynechání čísel, kterým by se nyní obecně neměl přikládat velký význam (úkolem bylo demonstrovat existenci efektu a hledání optimalizačních cest je na seznamu do budoucna), autoři práce uvádějí: již ve své současné podobě EmDrive, sice řádově méně účinný než klasické raketové motory, ale o dva řády účinnější než ostatní „bezvýfukové“ pohony, jako je solární plachta, laserová akcelerace, fotonový motor. Vzhledem k tomu, že rychlostní limit je dán pouze rychlostí světla a vůbec žádným výkonem (nic nebrání postavit takové motory s doslova mnohakilometrovými bateriemi - na jejich pohon by bylo dost elektřiny!), dělá to EmDrive nejslibnějším směrem minimálně pro výzkum a vývoj sluneční soustavy.
Takže vše nyní spočívá na obecné kontrole v prostoru. Číňané, dovolte mi připomenout, to již zamýšleli provést. Udělal jsi to a s jakými výsledky? Neznámý. Nicméně, v tento případ ticho způsobuje, že je člověk více ostražitý než zklamaný. Je přece jasné, že první, kdo potvrdí fungování takového motoru ve vesmíru, a pak první, kdo dá teoretické zdůvodnění, se stanou zakladateli nového odvětví fyziky a otci nečekaných, nepředvídatelných objevů a technologií !
Jak někdo dobře řekl, neumíme si představit, kam nás EmDrive zavede, pokud se ukáže, že je to pravda, protože jsme na samém začátku cesty. Stejně jako spektrální čáry nakonec vedly k polovodičové revoluci, tak se „nemožný motor“ „startující z vakua“ nemusí nutně stát pouze základem pro raketovou technologii budoucnosti. Určitě budou objeveny vedlejší účinky, budou učiněny související objevy, budou položeny nové otázky: ne každý den, rok a dokonce ani století je možné objasnit nebo vyvrátit jeden ze základních fyzikálních zákonů!
A jak je hezké, že žijeme právě v těch dnech, kdy se tento příběh píše!
Vědecký časopis Amerického institutu pro letectví a kosmonautiku zveřejnil článek o podivném a kontroverzním zařízení – motoru EmDrive. Podle řady fyziků tato konstrukce nemůže z principu fungovat. To by porušilo základní zákon přírody, zachování hybnosti. Jiní se snaží najít rozumné vysvětlení, proč EmDrive stále funguje, nebo alespoň spolehlivý důkaz, že funguje. Láká je vratký, ale grandiózní cíl – motor, který dokáže přeměnit elektřinu na tah bez paliva nebo proudového proudu. Nebo - konečné uzavření dlouhodobého sporu.
Vědecká publikace může být důležitým krokem v historii „nemožného“ motoru. Navzdory existenci desítek experimentálních testů nebyly jejich výsledky publikovány v recenzovaných časopisech. Tomu brání absence teoretické základy vysvětlující, jak EmDrive funguje. Navíc mnoho experimentů nelze nazvat „čistými“ – existuje mnoho faktorů, které mohou vytvořit vzhled motoru. Budeme o nich mluvit později, ale začneme jinými otázkami.
co to je?
Jedná se o hypotetický motor navržený britským vynálezcem Rogerem Scheuerem. Živí se elektřinou, vytváří (podle Scheuera a jeho nepříliš početných příznivců) slabý tah bez použití pracovní tekutiny. Na tuto podivnou skutečnost poukazují i některé další experimenty. Do očí bijící porušení zákona zachování hybnosti však nutí přistupovat k takovým tvrzením obzvlášť opatrně – a mnozí odborníci poukazují na chyby v návrhu experimentů, které by mohly vytvořit iluzi slabého, ale existujícího tahu.
Zázračný motor je uspořádán jednoduše, sestavit jej zvládne každý nadšenec, který ovládá ovládání páječky. Skládá se ze dvou hlavních částí: magnetronu a rezonátoru. Magnetron je elektronka používá se k generování záření v konvenční mikrovlnné troubě. Skládá se z dutého válce-anody a centrální vlasové katody. Působením napětí vylétají elektrony z katody a začnou se pohybovat po složitých trajektoriích uvnitř válce a vyzařují mikrovlny. Jsou přenášeny podél vlnovodu z magnetronu do rezonátoru, který vypadá jako měděné vědro s víkem. Tady podle vynálezce motoru Rogera Scheuera začíná zábava.
Podle Scheuera, hlavní rys EmDrive je forma rezonátoru. Vynálezce předpokládá, že v důsledku rozdílu v průměru přední a zadní stěny (jako u dna kbelíku a jeho víka) na ně působí síly různé velikosti způsobené stojatou elektromagnetickou vlnou v rezonátoru. Jejich výslednice tlačí motor dopředu a vytváří tah, který směřuje „dolu“. Následně, po několika zprávách argumentujících s touto myšlenkou, Scheuer objasnil, že skutečný mechanismus je poněkud komplikovanější a může být spojen s projevem účinků speciální teorie relativity (SRT).
Co je s ním?
Opravdu, když se podíváte na první vysvětlení mechanismu motoru, ukáže se, že to připomíná příběh barona Munchausena, který sebe a svého koně vytáhl z bažiny za vlasy. EmDrive je uzavřený systém, který nic nevrže do okolního prostoru. Takový objekt nemůže zvýšit svou hybnost bez vnějších vlivů, stejně jako Munchausen nemohl zvýšit svou vlastní, ať zatáhl sebevíc. Zastánci motoru tyto argumenty odvracejí tím, že je možné připustit odpuzování rezonátoru z vakuového stavu nebo do vysvětlení zapojit SRT. Fyzici však opakovaně zaznamenali hrubost takových odhadů nebo nedostatek fyzikálního významu v nich.
Ale přesto podstata Scheuerových výroků nespočívala ani tak v teoretických popisech, ale v tom, že prý opravoval skutečný tah z motoru. Na svých webových stránkách výzkumník uvádí hodnotu tahu asi 200-230 mN / kW - více než iontové motory, které tlačí kosmické lodě a vyhazují nabité částice urychlené v elektrickém poli.
Několik skupin experimentátorů se rozhodlo, že je na teoreticích, aby vysvětlili tento tah, testovalo EmDrive ve svých laboratořích. Tuto práci provedli vědci z čínské Severozápadní polytechnické univerzity a Technické univerzity v Drážďanech. Nedávno se k nim přidali autoři článku publikovaného v Journal of Propulsion and Power, výzkumníci z divize NASA Eagleworks, kteří tradičně pracují na nejkontroverznějších a „futuristických“ projektech agentury.
Ano, ale malý?
První testy přinesly zdánlivě povzbudivé výsledky: na zapnuté zařízení působila určitá síla. Jeho hodnota se však ukázala být mnohem menší než hodnota předpovídaná Scheuerem a čím přesněji byl experiment proveden, tím menší tah byl zaznamenán. Jde ale v zásadě o to: odkud to vůbec může pocházet? Pokud nebereme v úvahu zmatená Scheuerova vysvětlení, můžeme jich rozlišit několik vedlejší procesy, který teoreticky může zajistit trakci. Mohou to být proudy vzduchu spojené s ohřevem motoru nebo tepelná roztažnost samotného experimentálního nastavení. Slabá síla může vzniknout odpuzováním nábojů „usazujících se“ na stěnách zkušební komory, nebo interakcí EmDrive s magnetickými poli vodičů nebo tlakem záření opouštějícího rezonátor.
Nejjednodušší způsob, jak se vypořádat s prouděním vzduchu, je provést testy ve vakuu. Takové testy provedli vědci z Drážďan, kteří zjistili tah na úrovni pouze 0,02-0,03 mN / kW - na hranici chyby měření. Fyzici navíc poznamenali, že použili rezonátor (stejný měděný "kýbl") s nízkým faktorem kvality. Radiace ji rychle opustila, čímž se zvýšila šance na přispění dalších vedlejších procesů. NASA Eagleworks získala mírně vyšší hodnotu 1,2±0,1 mN/kW. Zároveň tvrdí, že vypátrali všechny možné zdroje vedlejších procesů.
Je to hodně nebo málo?
Přísně vzato, millinewton (mN) je menší než hmotnost jednoho zrnka cukru. Ale pokud mluvíme o tryskovém letu ve vesmíru, pak i tah 1 mN, který nepřetržitě funguje několik let, vám umožní rozptýlit 100-kilogramový přístroj na slušné rychlosti.
Dá se spočítat, že za deset let taková sonda zrychlí o 3 km/sa (s přihlédnutím k počáteční druhé kosmické rychlosti) překoná asi 3,5 miliardy km. Pokud ale vyhodnotíme tah na úrovni, kterou Scheuer slibuje (200 mN/kW), dostaneme zrychlení až 600 km/s a vzdálenost 660 astronomických jednotek, tedy vzdálenost od Slunce k Zemi.
Tedy - slabě, ale velmi dlouho a ekonomicky utrácet pracovní orgán- Iontové a fotonové motory fungují. První „výstřel“ do vesmíru s nabitými ionty zrychlil na desítky kilometrů za vteřinu. Jejich tah může dosahovat 60 mN/kW, vyžadují však použití pracovní kapaliny – obvykle přívodu inertního plynu. Například aparatura Dawn, která nedávno dokončila svou hlavní misi prozkoumat Ceres, byla nucena vzít na palubu 425 kg xenonu.
Fotonové motory mají nesrovnatelně nižší tah, řádově několik mikronewtonů na kilowatt výkonu laserového záření. Zdrojem tahu v nich je impuls fotonů vylétávajících do vesmíru. Ale fotonové motory nevyžadují brát s sebou ani palivo, ani pracovní kapalinu.
Na samém konci roku 2016 Čínská akademie vesmírné technologie(CAST) uvedla, že již několik let provádí vlastní výzkum potenciálu EmDrive a jeho aplikací. Podle jednoho z vedoucích CAST, Chen Yue, organizace provedla vlastní, „dlouhodobé a opakované“ experimenty, které potvrdily přítomnost trakce v EmDrive. Prototyp používaný v Číně vyrobil jen pár millinewtonů, ale v již brzy budou vyvinuty nové konstrukce navržené pro 100 mN a více. Možná budou testovány již na oběžné dráze.
Nesmíme zapomenout ani na pasivní motory, které ke své práci nepotřebují ani elektřinu, ani palivo – na solární plachty. Tah, který vyvinou, je určen plochou plachty a vzdáleností od Slunce. V blízkosti Země vyvine 1 m² reflexního materiálu tah 0,1 mN. Celkový tah japonského experimentálního zařízení IKAROS s plachtou 200 m² dosáhl pouhých 2 mN. Pro pochopení měřítka dodáváme, že tah motorů supertěžké rakety Saturn V, která vyslala astronauty na Měsíc, byl 34 000 000 N.
Možná se mýlí?
Publikování práce v recenzovaném vědeckém časopise znamená, že článek byl recenzován několika nezávislými odborníky v příslušné oblasti. Tento postup dostatečně podporuje vysoká úroveňčlánky, ale ani to se nevyhne chybám.
Můžeme si připomenout, jak v roce 2014 zveřejnila mezinárodní spolupráce BICEP výsledky svého dlouholetého výzkumu v jednom z nejprestižnějších vědeckých časopisech Fyzické kontrolní dopisy. Vědci tvrdili, že při studiu CMB objevili stopy gravitačních vln. Tato interpretace však byla nesprávná a senzační výsledky se ukázaly jako vliv galaktického prachu.
Časopis, ve kterém tým Eagleworks publikoval svou práci, se může pochlubit sedmkrát nižším citačním indexem než Physical Review Letters. Proto se dokonce objevuje názor, že recenzní řízení v něm není tak přísné a mohlo by práci i přes nedostatky minout. Stojí za zmínku, že samotná divize NASA Eagleworks je velmi malá laboratoř s finančními prostředky ve výši 50 000 $ ročně. To sotva může stačit k provedení vysoce přesného výzkumu a nákupu potřebného vybavení.
Funguje to - dobře?
Pokud by existoval 100% důkaz o výkonu EmDrive, vyžadovalo by to seriózní práci teoretiků. Absence vysvětlení je ale zatím neochvějnou skálou, proti které se lámou všechny argumenty příliš velkých nadšenců „nemožného motoru“. Stal se dokonce argumentem pro odmítnutí publikovat rané články ve seriózních vědeckých časopisech.
Jednodušší lidé si rádi všimnou, že „to funguje a je to v pořádku, nemusíte vědět jak“. Tento přístup však může vést k nečekaným problémům při dlouhodobých vesmírných misích. Například pokud je provoz motoru spojen s magnetické pole, pak se může chovat nepředvídatelně mezi magnetickými poli vesmíru. Nikdo nechce, aby kosmická loď ztratila svůj jediný zdroj tahu někde na půli cesty k Marsu nebo vzdáleným objektům Kuiperova pásu. Klasický požadavek na poskytnutí spolehlivých důkazů tedy musí doprovázet požadavek na vysvětlení všeho, co se v enginu děje – zatím ale tvůrci EmDrive neumí ukázat ani jedno, ani druhé.
Je zajímavé vidět, proč profesionální vědci pracují s tak pochybnými projekty. Na jedné straně může objev skutečné trakce v EmDrive poukazovat na zásadně nové efekty a dlouho očekávanou „novou fyziku“ za hranicemi stávajících modelů. Na druhou stranu „uzavřením“ tahu nemožného motoru se vědcům konečně podaří vyřešit spor, který všechny dlouho trápí. A podél cesty - vytvořit nové ultra-přesné metody pro studium ultra-malých sil.
Úspěšný průzkum vesmíru neustále vyžaduje, aby lidstvo studovalo a objevovalo nové technologie, které by umožnily mít výkonnější vybavení a vytvořit systémy podpory života posádky pro další lety do vesmíru. Jedna taková revoluční technologie by mohla být hypotetická elektromagnetický motor EmDrive, což bylo donedávna považováno za nemožné. V roce 2016 však NASA zveřejnila výsledky studie a experimentů provedených motorem, které dokazují jeho výkon. Dalším krokem americké vesmírné agentury při studiu této problematiky je provedení experimentů na motoru EmDrive ve vesmíru.
Ale začněme pěkně popořadě
Nejprve se krátce zamysleme nad principem činnosti běžného raketového motoru. Existují tři nejoblíbenější typy raketové motory:
- Chemický - nejběžnější typ raketového motoru. Jeho princip činnosti je následující: v závislosti na agregovaném stavu paliva (tuhé palivo popř kapalinový motor) tak či onak se okysličovadlo smíchá s palivem a vytvoří palivo. Po chemické reakci palivo vyhoří a zanechá za sebou zplodiny hoření – rychle expandující zahřátý plyn. Proud tohoto plynu vystupuje z trysky rakety a tvoří tzv. „pracovní těleso“, což je stejný „ohnivý“ proud, který často vidíme například v televizních pořadech nebo filmech.
- Jaderný - typ motoru, ve kterém se plyn (např. vodík nebo čpavek) zahřívá v důsledku získávání energie z jaderných reakcí (jaderné štěpení nebo fúze).
- Elektrický - motor, ve kterém dochází k ohřevu plynu díky elektrické energii. Například tepelný typ takového motoru ohřívá plyn (pracovní kapalinu) pomocí topné těleso, zatímco statický typ- urychluje pohyb částic plynu pomocí elektrostatického pole.
Sestava proudového motoru
Tělo takového motoru musí sestávat z nespotřebovatelného kovu.
Bez ohledu na výběr typu motoru bude jeho provoz vyžadovat působivé množství paliva, díky čemuž je kosmická loď mnohem těžší a vyžaduje víc energie ze stejného motoru.
EmDrive engine – co to je a jak to funguje?
V roce 2001 navrhl britský inženýr Roger Scheuer nový typ elektrický motor, jehož princip je zásadně odlišný od principu činnosti motorů uvedených výše.
Konstrukce je uzavřená kovová komora (rezonátor) ve tvaru komolého kužele (něco jako vědro s víkem), která má určitou odrazivost mikrovlnného záření. Magnetron spojený s kuželem generuje elektromagnetické záření v mikrovlnné oblasti, které vstupuje do rezonátoru a vytváří zde tzv. stojaté vlnění. Vlivem rezonance se zvyšuje vibrační energie mikrovln.
Jak víte, světlo neboli elektromagnetické záření vyvíjí tlak na povrch. V důsledku zúžení komory v jednom směru je tlak mikrovln na menší základnu komolého kužele menší než tlak na větší základnu. Uvažujeme-li komoru jako uzavřený systém, pak výsledkem výše popsaného efektu bude pouze zatížení materiálu komory a více na jedné z jejích stran. To však tvrdí tvůrce konceptu motoru EmDrive tento systém je otevřená z důvodu nejvyšší rychlost pohyb elektromagnetického záření („rychlost světla“).
Fyzikální princip činnosti takového motoru není zcela pochopen. Roger Scheuer je přesvědčen, že vysvětlení této technologie je možné v rámci známé newtonovské mechaniky. Pravděpodobně, kvůli přítomnosti koeficientu odrazu mikrovlnného záření v komoře, nějaká malá část záření jde ven, za rezonátor, čímž se systém otevře. Současně k výstupu záření ze strany větší základny komolého kužele dochází ve větší míře díky větší ploše základny. Potom bude odcházející mikrovlnné záření analogem pracovní tekutiny, která vytváří tah, který pohybuje kosmickou lodí v opačném směru než emitované mikrovlny.
Vědci z NASA přitom naznačují, že pravda o fungování motoru leží mnohem hlouběji, v kvantové mechanice, v obecné relativitě, podle níž je systém otevřený. Zjednodušíme-li teorii co nejvíce, můžeme říci, že částice mohou zmizet a zrodit se v uzavřené časoprostorové smyčce.
Možnost implementace motoru podobným způsobem vyhodnocovalo několik výzkumných organizací včetně NASA.
Experimentální výsledky
Během 15 let bylo provedeno mnoho experimentů. A přestože výsledky většiny z nich potvrdily účinnost koncepce motoru, názor nezávislých odborníků se rozcházel s názorem experimentátorů. hlavní důvod vyvrácením výsledků experimentů je skutečnost nesprávné formulace a provedení experimentu.
Konečně se výzkumem motoru EmDrive ujala americká vesmírná agentura, která má dostatečné zdroje na vytvoření experimentu schopného vynést konečný verdikt. Konkrétně experimentální laboratoř NASA – Eagleworks, kde byl navržen prototyp motoru EmDrive. Motor byl umístěn ve vakuu, kde byla vyloučena jakákoli tepelná konvekce, a ukázalo se, že prototyp byl skutečně schopen dodávat tah. Podle nedávné zprávy NASA byla laboratoř schopna získat tah s účiníkem 1,2±0,1 mN/kW. Tento údaj je stále výrazně nižší než výkon dnes používaných raketových motorů, ale zhruba stokrát vyšší než výkon fotonové motory a solární plachty.
Vydáním zprávy o experimentu je experiment na motoru v pozemských podmínkách pravděpodobně u konce. NASA plánuje provést další experimenty na EmDrive ve vesmíru.
aplikace
Dostupnost podobný motor v rukou lidstva výrazně rozšiřuje možnosti průzkumu vesmíru. Start relativně malý – EmDrive, instalovaný na ISS, by výrazně snížil zásoby paliva na stanici. To by prodloužilo životnost stanice a také výrazně omezilo nákladní mise pro dodávku paliva. V důsledku toho se sníží finanční prostředky na mise a údržbu stanice.
Pokud vezmeme v úvahu obyčejnou geostacionární družici, na kterou bude instalována tento motor, pak se hmotnost zařízení sníží více než dvakrát. Podobně přítomnost EmDrive ovlivní pilotované vesmírné plavidlo, které se bude pohybovat znatelně rychleji.
Pokud bychom ještě zapracovali na výkonu motoru, tak podle výpočtů nám potenciál EmDrive umožňuje dopravit šest astronautů a nějaké vybavení a vrátit se pak na Zemi asi za 4 hodiny. Podobně let na Mars s podobnou technologií bude trvat několik měsíců. Let na Pluto bude trvat asi dva roky. Mimochodem, stanici New Horizons to trvalo 9 let.
V souhrnu je třeba poznamenat, že technologie EmDrive může výrazně zvýšit rychlost kosmických lodí, ušetřit na provozu vozidel a také paliva. Tento motor navíc umožňuje lidstvu provádět ty vesmírné mise, které byly až dosud na hranici možného.
