ماهواره CubeSat شش واحدی Cannae. رندر: Cannae Inc.
کارشناسان و علاقه مندان از سال 2003 در مورد احتمال وجود یک موتور فرضی الکترومغناطیسی "جادویی" EmDrive بحث می کنند. اصل عملکرد آن بسیار ساده است: مگنترون امواج مایکروویو تولید می کند، انرژی نوسانات آنها در یک تشدید کننده با کیفیت بالا انباشته می شود و وجود یک موج ایستاده است. نوسانات الکترومغناطیسیدر یک رزوناتور بسته فرم خاصمنبع کشش است. این کشش ایجاد می کند حلقه بسته، یعنی در سیستم کاملا جدا شده از محیط خارجی ، بدون اگزوز
از یک طرف، به نظر می رسد این موتور قانون بقای تکانه را نقض می کند، همانطور که بسیاری از فیزیکدانان اشاره کردند. از سوی دیگر، مخترع بریتانیایی راجر شاویر به عملکرد EmDrive خود اعتقاد راسخ دارد - و (به چند صد صفحه بحث در انجمن NASASpaceFlight مراجعه کنید). به نظر می رسد آزمایش های انجام شده روی زمین (نتایج 22 آزمایش) عملکرد EmDrive را تأیید می کند.
وقت آن است که به بحث و جدل پایان دهیم.
نکته پایانی در بحث قرار دادن Guido Petta (Guido Fetta) - همفکر Scheuer و طراح یک موتور فرضی دیگر Cannae Drive است که بر اساس همان اصل کار می کند: تولید امواج مایکروویو و ایجاد نیروی رانش در یک مدار بسته. بدون اگزوز
در 17 آگوست 2016، گویدو پتا اعلام کرد که قصد دارد یک Cannae Drive آزمایشی را به مدار پرتاب کند - و آن را در عمل آزمایش کند. Guido Petta مدیر عامل Cannae Inc. اکنون Cannae Inc. مجوز فناوری نیروی محرکه الکترومغناطیسی به شرکت تسئوس اسپیس که ماهواره CubeSat را به مدار پایین زمین پرتاب خواهد کرد.
از بنیانگذاران Thisus Space می‌توان به خود Cannae Inc و همچنین شرکت‌های کمتر شناخته شده LAI International، AZ و SpaceQuest اشاره کرد.
تاریخ عرضه هنوز اعلام نشده است. شاید علاقه مندان بتوانند در سال 2017 پول جمع کنند و یک دستگاه آزمایشی بسازند.
تنها هدف این ماهواره آزمایش موتور Cannae Drive به مدت شش ماه است. این ماهواره سعی خواهد کرد با استفاده از پیشرانه الکترومغناطیسی Cannae Drive حرکت کند.
توسعه دهندگان Cannae Drive می گویند موتور آنها قادر به تولید نیروی رانش تا چندین نیوتن و "سطوح بالاتر" است که برای استفاده در ماهواره های کوچک مناسب است. موتور نیازی به سوخت ندارد، اگزوز ندارد.
حجم موتور در ماهواره CubeSat بیش از 1.5 واحد نیست، یعنی 10 × 10 × 15 سانتی متر منبع تغذیه کمتر از 10 وات است. خود ماهواره از شش واحد تشکیل خواهد شد.
ماهواره Cannae. رندر: Cannae Inc.
بلافاصله پس از نمایش موفقیت آمیز در مدار، تسئوس فضایی در نظر دارد ارائه دهد موتور جدید تولید کنندگان شخص ثالثبرای استفاده در سایر ماهواره ها
علاقه مندان مطمئن هستند: اگر EmDrive کار کند، در آینده تبدیل خواهد شد ایجاد احتمالینه تنها موثر موتورهای فضایی، بلکه اتومبیل های پرنده، و همچنین کشتی ها، هواپیما - هر گونه حمل و نقل در کشش الکترومغناطیسی.
Cannae تنها نیست که می خواهد عملکرد یک درایو الکترومغناطیسی را در فضا آزمایش کند. مهندس آلمانی Paul Kocyla یک EmDrive جیبی کوچک طراحی کرده است و اکنون از طریق یک کمپین تامین مالی جمعی پول جمع آوری می کند. هزینه پرتاب یک نمونه اولیه به فضا در یک ماهواره کوچک PocketQube 24200 یورو است. در سه ماه موفق شدیم 585 یورو جمع آوری کنیم.
نمونه اولیه EmDrive توسط مهندس آلمانی Paul Kocyla
به تازگی کار علمی Scheuer در مالکیت عمومی منتشر شد. «در سرتاسر جهان، مردم هوس‌ها را اندازه‌گیری می‌کنند. برخی در گاراژهای خود موتور می ساختند، برخی دیگر در سازمان های بزرگ. همه آنها هوس می کنند، هیچ راز بزرگی وجود ندارد. کسی فکر می کند که در اینجا نوعی جادوی سیاه وجود دارد، اما اینطور نیست. هر فیزیکدان عادی باید بفهمد که چگونه کار می کند. اگر کسی نمی فهمد، وقت آن است که شغلش را تغییر دهد.
آیا میدانستید،
آزمایش فکری، آزمایش گدانکن چیست؟
این یک عمل وجود ندارد، یک تجربه ی ماورایی، تخیل چیزی است که واقعاً وجود ندارد. آزمایش های فکری مانند رویاهای روزانه هستند. آنها هیولا به دنیا می آورند. بر خلاف آزمایش فیزیکی، که یک آزمون آزمایشی فرضیه‌ها است، یک «آزمایش فکری» به طور جادویی یک آزمایش تجربی را با نتیجه‌گیری‌های مورد نظر و آزمایش‌نشده جایگزین می‌کند و ساختارهای منطقی را که در واقع خود منطق را نقض می‌کنند با استفاده از مقدمات اثبات‌نشده به‌عنوان موارد اثبات‌شده، دستکاری می‌کند. جایگزینی بنابراین، وظیفه اصلی متقاضیان "آزمایش های فکری" فریب شنونده یا خواننده با جایگزینی یک آزمایش فیزیکی واقعی با "عروسک" آن است - استدلال ساختگی تحت عنوان صادقانهبدون تایید فیزیکی
پر کردن فیزیک با "آزمایش های فکری" خیالی منجر به تصویری پوچ، سورئال و گیج کننده از جهان شده است. یک محقق واقعی باید اینگونه "لافی ها" را از ارزش های واقعی تشخیص دهد.
نسبیت‌گرایان و پوزیتیویست‌ها استدلال می‌کنند که «آزمایش فکری» ابزار بسیار مفیدی برای آزمایش نظریه‌ها (همچنین در ذهن ما) برای سازگاری است. در این کار آنها مردم را فریب می دهند، زیرا هر تأییدی فقط می تواند توسط منبعی مستقل از هدف تأیید انجام شود. خود متقاضی فرضیه نمی تواند آزمونی برای بیانیه خود باشد، زیرا دلیل این بیان خود عدم وجود تناقضات قابل مشاهده برای متقاضی در بیانیه است.
این را در مثال SRT و GR می بینیم که به نوعی دین حاکم بر علم و افکار عمومی تبدیل شده اند. هیچ مقدار واقعیتی که با آنها در تضاد باشد نمی تواند بر فرمول انیشتین غلبه کند: "اگر واقعیت با نظریه مطابقت ندارد، واقعیت را تغییر دهید" (در نسخه دیگری، "آیا واقعیت با نظریه مطابقت ندارد؟ - برای واقعیت خیلی بدتر است." ").
حداکثر چیزی که یک "آزمایش فکری" می تواند ادعا کند، فقط سازگاری درونی فرضیه در چارچوب منطق خود متقاضی است که اغلب به هیچ وجه درست نیست. رعایت تمرین این را بررسی نمی کند. یک آزمایش واقعی فقط می تواند در یک آزمایش فیزیکی واقعی انجام شود.
آزمایش یک آزمایش است، زیرا پالایش فکر نیست، بلکه آزمایش فکر است. فکری که در درون خود سازگار است نمی تواند خود را بیازماید. این را کورت گودل ثابت کرده است.
اوگنی زولوتوف
داستان موتور "غیرممکن" EmDrive به یکی از پرخواننده ترین مطالب او تبدیل شده است. و البته، من دائماً موضوع را دنبال می کردم، به امید روزی که بتوانم دنباله آن را بنویسم. اما چنین موردی فقط روز گذشته ارائه شد: یک مجله علمی معتبر مقاله ای را توسط گروهی از کارمندان یکی از آزمایشگاه های ناسا منتشر کرد که نه تنها موتور را آزمایش کردند تا یک بار دیگر نیروی رانش در حال ظهور را اندازه گیری کنند، بلکه یک مقاله نیز ارائه کردند. گزارش آزمون به قضاوت کارشناسان مستقل (که به آن بررسی همتا می گویند) که خطاهای جدی را آشکار نکرد. و این بدان معنی است که امکان یک موتور "غیرممکن" اکنون یک مرتبه بزرگتر شده است.
اگر فراموش کرده اید یا هرگز نشنیده اید، اجازه دهید تصویر را به صورت کلی بازیابی کنم EmDrive، که معمولاً به آن گفته می شود، توسط روی هم رفتهیک اجاق مایکروویو معمولی که فقط نه به شکل مکعب، بلکه به شکل یک بریده و مهمتر از همه مخروط بسته شده از دو طرف ساخته شده است. یک فرستنده مایکروویو به انتهای باریک آن متصل است، روشن می شود و تمام!
هیچ سوختی وجود ندارد که "در دریا" پرتاب شود. بنابراین، بر اساس فیزیک کلاسیک، یعنی قانون بقای حرکت، رانش نمی تواند ایجاد شود. با این حال، مخترعان EmDrive (مهندس بریتانیایی راجر شایر و سایر افرادی که بعداً به طور مستقل همین موضوع را مطرح کردند) اصرار دارند که با توجه به دلایل مختلف- به دلیل "عدم تعادل کوانتومی" یا چیز دیگری در همین راستا که فیزیک مدرن آن را در نظر نمی گیرد - رانش اتفاق می افتد و حتی ممکن است اندازه گیری شود.
توجه داشته باشید که شایر و دیگران اصلاً ادعا نمی کنند که قوانین نیوتن اشتباه است. آنها فقط می گویند که به اثری برخورد کرده اند که قوانین موجود را روشن می کند. این یک نکته اساسی مهم است که به "پیشران EM" کمک زیادی کرد - آن را مورد توجه محققان جدی قرار داد.
اینجاست که قسمت متناقض شروع می شود. از یک طرف، همه منابع علمی و علمی عاقلانه چنین موتوری را شبه علمی می دانند. از سوی دیگر، افراد کاملاً جدی به طور غیرمنتظره ای این کار را انجام دادند: ابتدا چندین گروه علمی از چین و سپس ناسا. از آن زمان تاکنون چیزی در مورد چینی ها شنیده نشده است، اما آمریکایی ها گم نشده اند: در ایالات متحده، این کار از جیب مالیات دهندگان تامین می شود، بنابراین نتایج باید در دسترس همه باشد.
و اکنون، دو سال پیش، اولین گزارش بسیار دلگرم کننده ناسا ظاهر شد: واقعاً نیروی محرکه ای وجود دارد، البته به دلیل نامعلومی. و روز دیگر مجله معتبر نیروی محرکه و قدرتمنتشر شده از کارکنان آزمایشگاه Eagleworks ناسا - که در آن واقعیت وقوع رانش دوباره تأیید می شود، و این بار در یک تعلیق پیچشی حساس در خلاء (اما هنوز روی زمین). همچنین توضیح محتاطانه ای ارائه می دهد.
توضیح از قسمت اصلی مقاله دور است، زیرا بیشتر حدس و گمان است، اما این بود که بیشترین سر و صدا را ایجاد کرد. واقعیت این است که یک نظریه موجود درگیر است که به معنای واقعی کلمه تقریباً صد سال قدمت دارد: نظریه موج آزمایشی (موج خلبان). در دهه 20 قرن گذشته مطرح شد و سپس چندین بار روشن شد.
من می ترسم که آن را بسیار تقریبی توضیح دهم (و اگر متخصصان درست کنند سپاسگزار خواهم بود!)، اما اصل، به طور کلی، این فرض است که ما مجبور هستیم فرآیندهای کوانتومی را با استفاده از روش های آماری نامناسب توصیف کنیم، فقط به این دلیل که این کار را نمی کنیم. به ذرات کوانتومی دینامیک واقعی سطح پایین‌تر توجه کنید - که در واقع مانند اجسام ماکروسکوپی، در امتداد مسیرهای بسیار خاصی که توسط خواص خلاء تعیین می‌شوند، حرکت می‌کنند. این نظریه در اینجا به کار آمد، زیرا به ما اجازه می‌دهد خلاء را به‌عنوان رسانه‌ای که از نوسانات چگالی پشتیبانی می‌کند توضیح دهیم: EmDrive یک ضربه را به خلاء منتقل می‌کند (از آن دفع می‌کند، گویی از آب است) و اینگونه است که رانش در یک سیستم بسته ایجاد می‌شود. .
در اینجا باید بر دو نکته مهم تاکید کرد. اولاً، تئوری موج آزمایشی یک داستان شبه علمی نیست، بلکه یکی از بسیاری از توضیحات محتمل فرآیندهای کوانتومی است که به طور رضایت‌بخشی به دقت اثرات مشاهده‌شده را توصیف می‌کند و از جمله با داده‌های تجربی تأیید می‌شود. و ثانیاً، خود واقعیت انتشار یک مقاله ناسا در چنین نشریه ای حداقل سؤال صحت اندازه گیری رانش در سیستم تعلیق را برطرف می کند (به یاد داشته باشید، این یکی از استدلال های شکاکان بود: آنها می گویند، در فضای واقعی موتور موتور متفاوت رفتار می کند). به عبارت ساده، می توان مقاله را به صورت زیر فهمید: ناسا به طور قطع نمی داند که چرا رانش رخ می دهد، اما آنها می دانند که چگونه آن را اندازه گیری کنند - و یک خواننده ساده می تواند برای این کار به آنها اعتماد کند.
از اینجا - فضای جدیدبرای حدس زدن با حذف ارقام، که به طور کلی اکنون نباید به آنها اهمیت زیادی داده شود (وظیفه نشان دادن وجود اثر بود و جستجوی راه های بهینه سازی در لیست آینده است)، نویسندگان اثر بیان می کنند: EmDrive در حال حاضر در شکل کنونی خود، اگرچه نسبت به موتورهای موشک کلاسیک کارایی کمتری دارد، اما دو مرتبه قدر کارآمدتر از سایر پیشرانه‌های "بدون اگزوز" مانند بادبان خورشیدی، شتاب لیزری، موتور فوتون است. با توجه به اینکه محدودیت سرعت فقط توسط سرعت نور اعمال می‌شود و اصلاً هیچ برقی وجود ندارد (هیچ چیز مانع از ساخت چنین موتورهایی با باتری‌های بسیار کیلومتر نمی‌شود - برق کافی برای تأمین انرژی آنها وجود دارد!)، این امر EmDrive را امیدوارکننده‌ترین مسیر می‌کند. حداقل برای تحقیق و توسعه منظومه شمسی.
بنابراین، اکنون همه چیز بر یک بررسی کلی در فضا استوار است. بگذارید یادآوری کنم چینی ها قبلاً قصد داشتند این کار را انجام دهند. آیا این کار را انجام داده اید و با چه نتایجی؟ ناشناخته. با این حال، در این موردسکوت انسان را بیشتر محتاط می کند تا ناامید. از این گذشته، واضح است که اولین کسی که کارکرد چنین موتوری را در فضا تأیید می کند و سپس اولین کسی که توجیه نظری ارائه می دهد، بنیانگذار شاخه جدیدی از فیزیک و پدران اکتشافات و فناوری های غیرمنتظره و غیرقابل پیش بینی خواهد بود. !
همانطور که یکی به خوبی گفت، ما نمی‌توانیم تصور کنیم که EmDrive در صورتی که درست باشد ما را به کجا می‌برد، زیرا ما در همان ابتدای سفر هستیم. همانطور که خطوط طیفی در نهایت منجر به انقلاب نیمه هادی شدند، "موتور غیرممکن" "شروع از خلاء" لزوماً نباید تنها پایه ای برای فناوری موشکی آینده باشد. عوارض جانبی قطعا کشف خواهد شد، اکتشافات مرتبط انجام خواهد شد، سوالات جدیدی مطرح خواهد شد: هر روز، سال و حتی یک قرن نمی توان یکی از قوانین اساسی فیزیک را روشن یا رد کرد!
و چه خوب که ما درست در همان روزهایی زندگی می کنیم که این داستان نوشته می شود!
مجله علمی انستیتوی هوانوردی و فضانوردی آمریکا مقاله ای در مورد دستگاه عجیب و بحث برانگیز - موتور EmDrive - منتشر کرد. به گفته تعدادی از فیزیکدانان، این طرح در اصل نمی تواند کار کند. این قانون اساسی طبیعت، حفظ حرکت را نقض می کند. دیگران در حال تلاش برای یافتن یک توضیح معقول برای اینکه چرا EmDrive هنوز کار می کند یا حداقل شواهد قابل اعتمادی برای کارکرد آن پیدا می کنند. آنها جذب یک هدف متزلزل اما بزرگ می شوند - موتوری که می تواند برق را بدون سوخت یا جریان جت به نیروی رانش تبدیل کند. یا - بسته شدن نهایی یک اختلاف طولانی مدت.
یک نشریه علمی می تواند گام مهمی در تاریخچه موتور "غیرممکن" باشد. علیرغم وجود ده ها آزمایش تجربی، نتایج آنها در مجلات معتبر منتشر نشده است. این غیبت با مشکل مواجه می شود مبانی نظریتوضیح نحوه عملکرد EmDrive علاوه بر این، بسیاری از آزمایش ها را نمی توان "تمیز" نامید - عوامل زیادی وجود دارد که می تواند ظاهر یک موتور را ایجاد کند. بعداً در مورد آنها صحبت خواهیم کرد، اما با سؤالات دیگر شروع می کنیم.
آن چیست؟
این یک موتور فرضی است که توسط مخترع بریتانیایی راجر شوئر پیشنهاد شده است. او (طبق گفته شوئر و حامیان نه چندان زیادش) با تغذیه از برق، بدون استفاده از سیال کار، یک رانش ضعیف ایجاد می کند. این واقعیت عجیب را برخی آزمایشات دیگر نیز نشان می دهد. با این حال، نقض آشکار قانون بقای حرکت فرد را مجبور می‌کند با دقت خاصی به چنین اظهاراتی نزدیک شود - و بسیاری از کارشناسان به اشتباهاتی در طراحی آزمایش‌ها اشاره می‌کنند که می‌تواند توهم یک رانش ضعیف اما موجود را ایجاد کند.
موتور معجزه به سادگی چیده شده است، هر علاقه مندی که در کنترل آهن لحیم کاری تسلط داشته باشد می تواند آن را مونتاژ کند. از دو بخش اصلی تشکیل شده است: یک مگنترون و یک تشدید کننده. مگنترون است لوله خلاءبرای تولید تابش در مایکروویو معمولی استفاده می شود. از یک آند سیلندر توخالی و یک کاتد موی مرکزی تشکیل شده است. تحت تأثیر ولتاژ، الکترون ها از کاتد خارج می شوند و شروع به حرکت در مسیرهای پیچیده داخل سیلندر می کنند و امواج مایکروویو را ساطع می کنند. آنها در امتداد موجبر از مگنترون به تشدید کننده منتقل می شوند که شبیه یک سطل مسی با درب است. به گفته مخترع موتور، راجر شوئر، اینجاست که سرگرمی شروع می شود.
به گفته شوئر، ویژگی اصلی EmDrive نوعی تشدید کننده است. مخترع فرض می کند که به دلیل تفاوت در قطر دیوارهای جلو و عقب (مانند قسمت پایین سطل و درب آن)، آنها تحت تأثیر نیروهای با بزرگی های مختلف ناشی از یک موج الکترومغناطیسی ایستاده در تشدید کننده قرار می گیرند. نتیجه آنها موتور را به جلو می راند و نیروی رانش را ایجاد می کند که به سمت "پایین" هدایت می شود. متعاقبا، پس از چندین پیام که با این ایده استدلال می کرد، شوئر توضیح داد که مکانیسم واقعی تا حدودی پیچیده تر است و ممکن است با تجلی تأثیرات نظریه نسبیت خاص (SRT) همراه باشد.
چه بلایی سرش آمده؟
در واقع، اگر به اولین توضیح در مورد مکانیسم موتور نگاه کنید، معلوم می شود که شبیه داستان بارون مونچاوزن است که خود و اسبش را از باتلاق از باتلاق بیرون کشید. EmDrive یک سیستم بسته است که چیزی را به فضای اطراف پرتاب نمی کند. چنین جسمی نمی تواند بدون تأثیرات خارجی، حرکت خود را افزایش دهد، همانطور که مونچاوزن نمی تواند حرکت خود را افزایش دهد، هر چقدر هم که می کشید. طرفداران موتور این استدلال ها را با این استدلال که می توان دفع رزوناتور را از حالت خلاء پذیرفت یا SRT را در توضیح دخالت داد، رد می کنند. با این حال، فیزیکدانان بارها به ناهمواری چنین تخمین‌هایی یا عدم وجود معنای فیزیکی در آنها اشاره کرده‌اند.
اما با این حال، جوهر اظهارات شوئر نه در توصیفات نظری، بلکه در این واقعیت بود که او ظاهراً نیروی رانش واقعی موتور را ثابت کرده است. در وب سایت خود، محقق ارزش رانش را در حدود 200-230 mN / kW نشان می دهد - بیش از موتورهای یونی، که فضاپیما را هل می دهد و ذرات باردار شتاب گرفته در میدان الکتریکی را به بیرون پرتاب می کند.
چندین گروه از آزمایش‌کنندگان با تصمیم‌گیری درباره اینکه توضیح این نیروی محرکه به عهده نظریه‌پردازان است، EmDrive را در آزمایشگاه‌های خود آزمایش کردند. این کار توسط محققان دانشگاه پلی تکنیک شمال غربی چین و دانشگاه فنی درسدن انجام شده است. اخیراً نویسندگان مقاله ای که در مجله Propulsion and Power منتشر شده است، به آنها ملحق شده اند، محققانی از بخش Eagleworks ناسا، که به طور سنتی روی بحث برانگیزترین و "آینده نگر" پروژه های آژانس کار می کنند.
بله، اما کوچک؟
اولین آزمایش‌ها نتایج ظاهراً دلگرم‌کننده‌ای داشتند: نیروی خاصی بر دستگاه روشن‌شده وارد شد. با این حال، مقدار آن بسیار کمتر از مقدار پیش‌بینی‌شده توسط Scheuer بود و هرچه آزمایش دقیق‌تر انجام شود، رانش کمتری ثبت می‌شود. اما نکته در اصل این است: حتی از کجا می تواند بیاید؟ اگر توضیحات گیج کننده شوئر را در نظر نگیریم، می توانیم چندین مورد را تشخیص دهیم فرآیندهای جانبی، که از نظر تئوری می تواند کشش را فراهم کند. اینها می توانند جریان هوا مرتبط با گرمایش موتور، یا انبساط حرارتی خود تنظیمات آزمایشی باشند. نیروی ضعیفی می‌تواند با دفع بارهایی که بر روی دیواره‌های محفظه آزمایش قرار می‌گیرند، یا در اثر تعامل EmDrive با میدان‌های مغناطیسی سیم‌ها یا فشار تشعشع خروجی از تشدید کننده ایجاد شود.
ساده ترین راه برای مقابله با جریان هوا، انجام آزمایشات در خلاء است. چنین آزمایشاتی توسط دانشمندان درسدن انجام شد، که نیروی رانش را تنها در سطح 0.02-0.03 mN / kW - در حد خطای اندازه گیری پیدا کردند. علاوه بر این، فیزیکدانان خاطرنشان کردند که از یک تشدید کننده (همان "سطل" مسی) با ضریب کیفیت پایین استفاده کردند. تشعشع به سرعت آن را ترک کرد و شانس مشارکت سایر فرآیندهای جانبی را افزایش داد. Eagleworks ناسا مقدار کمی بالاتر از 1.2±0.1 mN/kW دریافت کرد. در عین حال، آنها ادعا می کنند که تمام منابع احتمالی فرآیندهای جانبی را ردیابی کرده اند.
زیاد است یا کم؟
به بیان دقیق، یک میلی‌نیوتن (mN) کمتر از وزن یک دانه شکر است. اما اگر در مورد پرواز جت در فضا صحبت کنیم، حتی یک رانش 1 mN، که به طور مداوم برای چندین سال کار می کند، به شما امکان می دهد یک دستگاه 100 کیلوگرمی را با سرعت مناسب پراکنده کنید.
می توان محاسبه کرد که طی ده سال چنین کاوشگری 3 کیلومتر در ثانیه شتاب می گیرد و (با در نظر گرفتن سرعت دوم کیهانی اولیه) بر 3.5 میلیارد کیلومتر غلبه خواهد کرد. اما اگر رانش را در سطحی که شوئر وعده داده است (200 mN/kW) ارزیابی کنیم، شتابی تا 600 کیلومتر بر ثانیه و فاصله 660 واحد نجومی، یعنی فاصله خورشید تا زمین به دست خواهیم آورد.
بنابراین - ضعیف، اما برای مدت زمان بسیار طولانی و صرفه اقتصادی بدنه کار- موتورهای یونی و فوتونی کار می کنند. اولین "شلیک" به فضا با یون های باردار به ده ها کیلومتر در ثانیه شتاب گرفت. رانش آنها می تواند به 60 mN/kW برسد، اما آنها نیاز به استفاده از یک سیال فعال دارند - معمولاً یک منبع گاز بی اثر. به عنوان مثال، دستگاه داون که اخیراً مأموریت اصلی خود را برای کشف سرس به پایان رساند، مجبور شد 425 کیلوگرم زنون را سوار کند.
موتورهای فوتون نیروی رانش غیرقابل مقایسه کمتری دارند، در حد چند میکرونیوتن در هر کیلووات توان تابش لیزر. منبع رانش در آنها تکانه فوتون هایی است که به خارج از فضای خارج می شوند. اما موتورهای فوتونی نیازی به بردن سوخت یا مایع کار با خود ندارند.
در پایان سال 2016، آکادمی چین فناوری های فضایی(CAST) گفت چندین سال است که تحقیقات خود را در مورد پتانسیل EmDrive و کاربردهای آن انجام داده است. به گفته یکی از رهبران CAST، Chen Yue، این سازمان آزمایش‌های "دراز مدت و مکرر" خود را انجام داد که وجود کشش در EmDrive را تأیید کرد. نمونه اولیه مورد استفاده در چین تنها چند میلی‌نیوتن تولید کرد، اما در به زودیطرح های جدید طراحی شده برای 100 mN و بیشتر توسعه خواهند یافت. شاید آنها قبلاً در مدار آزمایش شوند.
ما نباید موتورهای غیرفعال را فراموش کنیم که برای کار خود به برق یا سوخت نیاز ندارند - در مورد بادبان های خورشیدی. نیروی رانشی که آنها ایجاد می کنند با مساحت بادبان و فاصله تا خورشید تعیین می شود. در نزدیکی زمین، 1 متر مربع از مواد بازتابنده نیروی رانش 0.1 mN ایجاد می کند. نیروی رانش کل دستگاه آزمایشی ژاپنی IKAROS با بادبان 200 متر مربعی تنها به 2 متر نیوتن رسید. برای درک مقیاس اضافه می کنیم که نیروی رانش موتورهای موشک فوق سنگین Saturn V که فضانوردان را به ماه فرستاد 34000000 نیوتن بود.
شاید اشتباه می کنند؟
چاپ یک اثر در مجلات علمی معتبر به این معنی است که مقاله توسط چندین متخصص مستقل در زمینه مربوطه بررسی شده است. این روش به اندازه کافی پشتیبانی می کند سطح بالامقالات، اما حتی آن را از خطا اجتناب نمی کند.
ما می توانیم به یاد بیاوریم که چگونه در سال 2014 همکاری بین المللی BICEP نتایج تحقیقات چندین ساله خود را در یکی از معتبرترین منتشر کرد. مجلات علمینامه های بررسی فیزیکی دانشمندان ادعا کردند که در حین مطالعه CMB، ردپایی از امواج گرانشی را کشف کرده اند. با این حال، این تفسیر نادرست بود و نتایج هیجان انگیز تأثیر گرد و غبار کهکشانی بود.
مجله ای که تیم Eagleworks کار خود را در آن منتشر کرده است دارای شاخص استنادی هفت برابر کمتر از Physical Review Letters است. بنابراین، حتی این عقیده وجود دارد که رویه بررسی در آن چندان سختگیرانه نیست و علیرغم ایرادات ممکن است کار را از دست بدهد. شایان ذکر است که بخش Eagleworks ناسا خود یک آزمایشگاه بسیار کوچک با بودجه 50000 دلار در سال است. این به سختی می تواند برای انجام تحقیقات با دقت بالا و خرید تجهیزات لازم کافی باشد.
کار می کند - باشه؟
اگر 100% شواهد دال بر عملکرد EmDrive وجود داشت، به کار جدی نظریه پردازان نیاز داشت. اما تا اینجای کار، فقدان توضیح سنگی تزلزل ناپذیر است که تمام استدلال های علاقه مندان بیش از حد بزرگ "موتور غیرممکن" در برابر آن شکسته شده است. حتی دلیلی برای امتناع از چاپ مقالات اولیه در مجلات علمی جدی شد.
افراد ساده‌تر دوست دارند متوجه شوند که «این کار می‌کند و اشکالی ندارد، لازم نیست بدانید چگونه». با این حال، این رویکرد می تواند منجر به مشکلات غیرمنتظره در ماموریت های فضایی طولانی مدت شود. مثلاً اگر کارکرد موتور با میدان مغناطیسی، پس می تواند به طور غیر قابل پیش بینی در میان میدان های مغناطیسی فضای بیرونی رفتار کند. هیچ کس نمی خواهد فضاپیما تنها منبع رانش خود را در نیمه راه مریخ یا اجرام دوردست کمربند کویپر از دست بدهد. بنابراین، الزام کلاسیک برای ارائه شواهد قابل اعتماد باید با الزامی برای توضیح هر چیزی که در موتور اتفاق می افتد همراه باشد - اما تا کنون سازندگان EmDrive نمی توانند یکی یا دیگری را نشان دهند.
جالب است که ببینیم چرا دانشمندان حرفه ای با چنین پروژه های مشکوکی کار می کنند. از یک طرف، کشف کشش واقعی در EmDrive ممکن است به اثرات اساساً جدید و "فیزیک جدید" مورد انتظار در فراتر از مرزهای مدل های موجود اشاره کند. از سوی دیگر، با "بستن" نیروی رانش یک موتور غیرممکن، دانشمندان در نهایت می توانند اختلافی را که مدت هاست همه را آزار می دهد حل کنند. و در طول راه - ایجاد روش های جدید فوق دقیق برای مطالعه نیروهای بسیار کوچک.
اکتشافات فضایی موفقیت‌آمیز مستلزم مطالعه و کشف فن‌آوری‌های جدید است که امکان داشتن تجهیزات قدرتمندتر و ایجاد سیستم‌های پشتیبانی از زندگی خدمه را برای پروازهای فضایی بیشتر فراهم می‌کند. یکی از این فناوری های انقلابی می تواند فرضی باشد موتور الکترومغناطیسی EmDrive که تا همین اواخر غیرممکن تلقی می شد. با این حال، در سال 2016، ناسا نتایج یک مطالعه و آزمایش های انجام شده توسط موتور را منتشر کرد که عملکرد آن را ثابت می کند. گام بعدی آژانس فضایی آمریکا در بررسی این موضوع، انجام آزمایشاتی بر روی موتور EmDrive در فضای بیرونی است.
اما بیایید به ترتیب شروع کنیم
اول از همه، اجازه دهید به طور خلاصه اصل عملکرد یک موتور موشک معمولی را در نظر بگیریم. سه نوع محبوب وجود دارد موتورهای موشکی:
- شیمیایی - رایج ترین نوع موتور موشک. اصل عملکرد آن به شرح زیر است: بسته به وضعیت کل سوخت (سوخت جامد یا موتور مایع) به هر طریقی، اکسید کننده با سوخت مخلوط می شود و سوخت را تشکیل می دهد. پس از یک واکنش شیمیایی، سوخت می سوزد و محصولات احتراق را پشت سر می گذارد - یک گاز گرم شده به سرعت در حال گسترش. یک جت از این گاز از نازل موشک خارج می شود و به اصطلاح «بدنه کار» را تشکیل می دهد، که همان جت «آتشین» است که معمولاً مثلاً در برنامه های تلویزیونی یا فیلم ها می بینیم.
- هسته ای - نوعی موتور که در آن یک گاز (مانند هیدروژن یا آمونیاک) در نتیجه به دست آوردن انرژی از واکنش های هسته ای (شکافت یا همجوشی هسته ای) گرم می شود.
- الکتریکی - موتوری که در آن گرمایش گاز به دلیل انرژی الکتریکی اتفاق می افتد. به عنوان مثال، نوع حرارتی چنین موتوری، گاز (سیال کار) را با کمک عنصر گرمایش، در حالی که نوع استاتیک- حرکت ذرات گاز را با استفاده از میدان الکترواستاتیک تسریع می کند.
مونتاژ موتور جت
بدنه چنین موتوری باید از فلز غیر قابل مصرف تشکیل شده باشد.
صرف نظر از انتخاب نوع موتور، عملکرد آن به مقدار قابل توجهی سوخت نیاز دارد، که فضاپیما را بسیار سنگین تر می کند و نیاز به قدرت بیشتراز همین موتور
موتور EmDrive - چیست و چگونه کار می کند؟
در سال 2001، مهندس بریتانیایی راجر شویر پیشنهاد داد نوع جدید موتور الکتریکی، که اصل آن اساساً با اصل عملکرد موتورهای ذکر شده در بالا متفاوت است.
این طرح یک محفظه فلزی بسته (رزوناتور) به شکل یک مخروط کوتاه (چیزی شبیه یک سطل با درب) است که دارای بازتاب خاصی از تشعشعات مایکروویو است. مگنترون متصل به مخروط، تشعشعات الکترومغناطیسی در محدوده مایکروویو ایجاد می کند که وارد تشدید کننده می شود و به اصطلاح موجی را در آنجا ایجاد می کند. به دلیل تشدید، انرژی ارتعاشی امواج مایکروویو افزایش می یابد.
همانطور که می دانید نور یا تشعشعات الکترومغناطیسی بر سطح فشار وارد می کند. به دلیل باریک شدن محفظه در یک جهت، فشار امواج مایکروویو بر روی پایه کوچکتر مخروط بریده کمتر از فشار روی پایه بزرگتر است. اگر محفظه را به عنوان یک سیستم بسته در نظر بگیریم، نتیجه اثری که در بالا توضیح داده شد تنها بار بر روی مواد محفظه و بیشتر در یک طرف آن خواهد بود. با این حال، سازنده مفهوم موتور EmDrive ادعا می کند که این سیستمبه دلیل باز است حداکثر سرعتحرکت تابش الکترومغناطیسی ("سرعت نور").
اصل فیزیکی عملکرد چنین موتوری به طور کامل درک نشده است. راجر شوئر متقاعد شده است که توضیح این فناوری در چارچوب مکانیک معروف نیوتنی امکان پذیر است. احتمالاً به دلیل وجود ضریب انعکاس تشعشعات مایکروویو در محفظه، بخش کوچکی از تابش به بیرون و فراتر از تشدید کننده می رود که باعث باز شدن سیستم می شود. در عین حال، خروجی تشعشع از سمت پایه بزرگتر مخروط بریده به دلیل مساحت بیشتر پایه، به میزان بیشتری رخ می دهد. سپس تابش مایکروویو خروجی مشابه سیال کار خواهد بود که نیروی رانش ایجاد می کند که فضاپیما را در جهت مخالف امواج مایکروویو ساطع می کند.
در عین حال، محققان ناسا پیشنهاد می کنند که حقیقت کار موتور بسیار عمیق تر است، در مکانیک کوانتومی، در نسبیت عام، که بر اساس آن سیستم باز است. با ساده کردن این نظریه تا حد امکان، می توان گفت که ذرات می توانند ناپدید شوند و در یک حلقه فضا-زمان بسته متولد شوند.
امکان پیاده سازی موتور به روشی مشابه توسط چندین سازمان تحقیقاتی از جمله ناسا مورد ارزیابی قرار گرفت.
نتایج تجربی
در طول 15 سال، آزمایش های زیادی انجام شده است. و اگرچه نتایج اکثر آنها کارایی مفهوم موتور را تأیید کرد، نظر کارشناسان مستقل با نظر آزمایشگران متفاوت بود. دلیل اصلیرد نتایج آزمایش ها، واقعیت فرمول بندی و اجرای نادرست آزمایش است.
سرانجام، آژانس فضایی ایالات متحده، که منابع کافی برای ایجاد آزمایشی با قابلیت صدور حکم نهایی را دارد، تحقیقاتی را روی موتور EmDrive انجام داد. یعنی آزمایشگاه تجربی ناسا - Eagleworks که در آن نمونه اولیه موتور EmDrive طراحی شده است. موتور در خلاء قرار گرفت، جایی که هر گونه همرفت حرارتی حذف شد، و معلوم شد که نمونه اولیه واقعاً قادر به ارائه نیروی رانش است. طبق گزارش اخیر ناسا، این آزمایشگاه توانسته نیروی رانش با ضریب توان 1.2±0.1 mN/kW بدست آورد. این رقم هنوز به طور قابل توجهی کمتر از قدرت موتورهای موشکی است که امروزه استفاده می شود، اما حدود صد برابر بیشتر از قدرت است موتورهای فوتونو بادبان های خورشیدی
با انتشار گزارش آزمایش، احتمالا آزمایش موتور در شرایط زمینی به پایان رسیده است. ناسا قصد دارد آزمایش های بیشتری را روی EmDrive در فضا انجام دهد.
کاربرد
دسترسی موتور مشابهدر دستان بشر به طور قابل توجهی امکانات اکتشاف فضا را گسترش می دهد. شروع نسبتاً کوچک - EmDrive، نصب شده در ایستگاه فضایی بین‌المللی، ذخایر سوخت در ایستگاه را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. این باعث افزایش طول عمر ایستگاه و همچنین کاهش قابل توجه ماموریت های بار برای تحویل سوخت می شود. در نتیجه، بودجه برای ماموریت ها و نگهداری ایستگاه کاهش می یابد.
اگر یک ماهواره زمین ثابت معمولی را در نظر بگیریم که روی آن نصب خواهد شد این موتور، سپس جرم دستگاه بیش از دو برابر کاهش می یابد. به طور مشابه، حضور EmDrive بر فضاپیمای سرنشین دار تأثیر می گذارد که به طرز محسوسی سریعتر حرکت می کند.
اگر همچنان روی قدرت موتور کار کنیم، طبق محاسبات، پتانسیل EmDrive به ما این امکان را می دهد که شش فضانورد و برخی تجهیزات را تحویل دهیم و بعد از حدود 4 ساعت به زمین بازگردیم. به طور مشابه، پرواز به مریخ، با فناوری مشابه، چند ماه طول خواهد کشید. پرواز به پلوتون حدود دو سال طول خواهد کشید. به هر حال، ایستگاه نیوهورایزنز 9 سال طول کشید تا این کار را انجام دهد.
به طور خلاصه، لازم به ذکر است که فناوری EmDrive می تواند سرعت فضاپیما را به میزان قابل توجهی افزایش دهد، در کارکرد وسایل نقلیه و همچنین سوخت صرفه جویی کند. علاوه بر این، این موتور به بشر اجازه می دهد تا آن دسته از مأموریت های فضایی را انجام دهد که تاکنون در حد امکان بوده است.
