Супутник компанії Cannae із шести юнітів CubeSat. Рендери: Cannae Inc.
Експерти та ентузіасти з 2003 року сперечаються про можливість існування гіпотетичного «чарівного» електромагнітного двигуна EmDrive. Принцип його роботи дуже простий: магнетрон генерує мікрохвилі, енергія їх коливань накопичується в резонаторі високої добротності, а факт наявності стоячої хвилі електромагнітних коливаньу замкнутому резонаторі спеціальної формиє джерелом потягу. Так створюється потяг у замкнутому контурі, Тобто в системі, повністю ізольовані від зовнішнього середовища без вихлопу.
З одного боку, цей двигун начебто порушує закон збереження імпульсу, на що вказують багато фізиків. З іншого боку, британський винахідник Роджер Шойєр (Roger Shawyer) свято вірить у працездатність свого EmDrive – та (див. кілька сотень сторінок обговорень на форумі NASASpaceFlight). Проведені випробування на Землі (результати 22 випробувань) начебто підтверджують працездатність EmDrive.
Настав час покласти край суперечкам.
Остаточну точку в суперечках має намір поставити Гвідо Петта (Guido Fetta) - однодумець Шойєра та конструктор ще одного гіпотетичного двигуна Cannae Drive, який працює на тому ж принципі: генерація мікрохвиль та створення тяги у замкнутому контурі без вихлопу.
17 серпня 2016 року Гвідо Петта оголосив, що має намір запустити експериментальний зразок Cannae Drive на орбіту - і перевірити його в дії. Ґвідо Петта є виконавчим директором компанії Cannae Inc. Нині компанія Cannae Inc. ліцензувала технологію електромагнітного двигуна фірмі Theseus Space Inc., яка виведе на низьку навколоземну орбіту супутник CubeSat.
Серед засновників компанії Theseus Space – сама Cannae Inc., а також маловідомі фірми LAI International, AZ та SpaceQuest.
Дата запуску поки що не оголошена. Можливо, ентузіастам вдасться зібрати гроші та побудувати експериментальний апарат у 2017 році.
Єдине завдання цього супутника – випробування двигуна Cannae Drive протягом шести місяців. Супутник спробує пересунутись за допомогою електромагнітної тяги Cannae Drive.
Розробники Cannae Drive заявляють, що їхній двигун здатний генерувати тягу до декількох ньютонів і «вищих рівнів», що найкраще підходить для використання в маленьких супутниках. Двигуну не потрібно палива, у нього немає вихлопу.
Об'єм двигуна на супутнику CubeSat – не більше 1,5 юнітів, тобто 10×10×15 см. Джерело живлення – менше 10 Вт. Сам супутник складатиметься із шести юнітів.
Супутник компанії Cannae. Рендери: Cannae Inc.
Відразу після успішної демонстрації на орбіті компанія Theseus Space має намір запропонувати новий двигун стороннім виробникамдля використання на інших супутниках.
Ентузіасти впевнені: якщо EmDrive працює, то у перспективі стане можливим створенняне тільки ефективних космічних двигунів, а також літаючих автомобілів, а також кораблів, літаків - будь-якого транспорту на електромагнітній тязі.
Компанія Cannae – не єдина, хто хоче перевірити роботу електромагнітного двигуна у космосі. Німецький інженер Пол Коцила (Paul Kocyla) сконструював маленький кишеньковий EmDrive, а зараз збирає гроші в рамках краудфандингової кампанії. Щоб запустити прототип у космос на міні-супутнику PocketQube, потрібно 24 200 євро. За три місяці вдалося зібрати 585 євро.
Прототип EmDrive німецького інженера Пола Коцили
Нещодавно наукові роботиШойєра були опубліковані у відкритому доступі. «У всьому світі люди вимірювали потяг. Одні будували двигуни в гаражах, інші - у великих організаціях. Всі вони видають потяг, тут немає великої таємниці. Хтось вважає, що тут якась чорна магія, але це не так. Будь-який нормальний фізик має зрозуміти, як воно працює. Якщо хтось не розуміє, йому час міняти роботу», - категорично британський інженер.
Чи знаєте ви,
що таке уявний експеримент, gedanken experiment?
Це неіснуюча практика, потойбічний досвід, уяву того, чого немає насправді. Думкові експерименти подібні до снам наяву. Вони народжують чудовиськ. На відміну від фізичного експерименту, який є досвідченою перевіркою гіпотез, "думковий експеримент" фокусічно підміняє експериментальну перевірку бажаними, не перевіреними на практиці висновками, маніпулюючи логікоподібними побудовами, що реально порушують саму логіку шляхом використання недоведених посилок як доведені. Таким чином, основним завданням заявників "думкових експериментів" є обман слухача або читача шляхом заміни справжнього фізичного експерименту його "лялькою" - фіктивними міркуваннями під чесне словобез самої фізичної перевірки.
Заповнення фізики уявними, " уявними експериментами " призвело до виникнення абсурдної сюрреалістичної, сплутано-заплутаної картини світу. Справжній дослідник має відрізняти такі "фантики" від справжніх цінностей.
Релятивісти і позитивісти стверджують, що "думковий експеримент" дуже корисний інструмент для перевірки теорій (також виникають у нашому розумі) на несуперечність. У цьому вони дурять людей, оскільки будь-яка перевірка може здійснюватися лише незалежним від об'єкта перевірки джерелом. Сам заявник гіпотези не може бути перевіркою своєї ж заяви, оскільки причиною самої цієї заяви є відсутність видимих для заявника протиріч у заяві.
Це ми бачимо на прикладі СТО та ОТО, які перетворилися на своєрідний вид релігії, керуючої наукою та громадською думкою. Жодна кількість фактів, що суперечать їм, не може подолати формулу Ейнштейна: "Якщо факт не відповідає теорії - змініть факт" (В іншому варіанті "- Факт не відповідає теорії? - Тим гірше для факту").
Максимально, потім може претендувати " уявний експеримент " - це лише внутрішню несуперечність гіпотези у межах своєї, часто зовсім на істинної логіки заявника. Відповідно до практики це не перевіряє. Ця перевірка може відбутися тільки в дійсному фізичному експерименті.
Експеримент на те й експеримент, що він є не витончення думки, а перевірка думки. Несуперечлива в собі думка не може сама себе перевірити. Це доведено Куртом Геделем.
Євген Золотов
Розповідь про «неможливий» двигун EmDrive, став одним з її матеріалів, що найбільш читаються. І, звичайно, я постійно відстежував тему, сподіваючись якось написати продовження. Але випадок такий надався тільки днями: солідним науковим журналом опублікована стаття групи співробітників однієї з лабораторій NASA, які не просто випробували двигун, щоб в черговий раз виміряти тягу, що виникла, а й надали звіт про випробування на суд незалежних експертів (те, що називається peer review ), який не виявив серйозних помилок. А це означає, що можливість "неможливого" двигуна стала тепер ще на порядок більшою.
Якщо ви забули або ніколи не чули, дозвольте відновити картину в загальних рисах EmDrive, як його зазвичай називають, це великому рахункузвичайна мікрохвильова піч, тільки виконана над формі куба, а формі усіченого і, головне, закритого з обох боків конуса. На вузькому кінці кріпиться НВЧ-випромінювач, включається, і все!
Палива, яке б викидало «за борт», тут немає. Отже, згідно з класичною фізикою, а саме Законом збереження імпульсу, потяг виникнути не може. Однак винахідники EmDrive (британський інженер Роджер Шаєр і інші інші особистості, що пізніше зайнялися тією ж темою незалежно) наполягають, що по різних причин- Через «квантової незбалансованості» або ще чогось у тому ж дусі, що не враховує сучасна фізика - потяг таки має місце бути і її, нібито, навіть вдалося виміряти.
Зауважте, що Шаєр та інші зовсім не стверджують, що закони Ньютона невірні. Вони лише кажуть, що натрапили на ефект, який уточнить існуючі закони. Це принципово важливий момент, який дуже допоміг «ЕМ-рушій» - забезпечивши йому інтерес з боку серйозних дослідників.
Звідси розпочинається парадоксальна частина. З одного боку, всі розсудливі науково-популярні та наукові ресурси вважають такий псевдонауковий двигун. З іншого боку, за нього несподівано взялися цілком серйозні люди: спочатку кілька наукових груп з Китаю, а потім і NASA. Про китайців з того часу нічого не чути, а ось американці не загубилися: у США ця робота фінансується з кишені платників податків, тож результати мають бути доступні всім.
І ось два роки тому з'являється перший звіт NASA, що дуже обнадійлює: тяга дійсно є, хоч і з невідомої причини. А днями престижний Journal of Propulsion and Powerпублікує від співробітників лабораторії NASA Eagleworks – в якій факт виникнення тяги знову підтверджується, причому цього разу на чутливому торсіонному підвісі у вакуумі (але як і раніше на Землі). А ще пропонується обережне пояснення.
Пояснення - далеко не головна частина статті, тому що є скоріше здогадом, але саме воно наробило найбільше галасу. Справа в тому, що залучено існуючу теорію, якій буквально майже сотня років: теорія хвилі-пілота (Pilot wave). Її висунули ще у 20-х роках минулого століття та потім кілька разів уточнювали.
Боюся, я поясню її лише дуже грубо (і буду вдячний, якщо знавці виправлять!), але суть, загалом, у припущенні, що ми змушені описувати квантові процеси за допомогою незручних статистичних методів лише тому, що не помічаємо якоїсь низькорівневої реальної динаміки квантових частинок - які насправді рухаються подібно до макроскопічних тіл, за цілком конкретними траєкторіями, що визначаються властивостями вакууму. Тут ця теорія стала в нагоді, тому що дозволяє пояснити вакуум як середовище, що підтримує коливання щільності: EmDrive передає вакууму імпульс (відштовхується від нього, немов від води) і саме таким чином виникає тяга в замкнутій системі.
І тут слід підкреслити дві важливі речі. По-перше, теорія хвилі-пілоти - не псевдонаукова вигадка, а одне з безлічі рівноймовірних пояснень квантових процесів, яке задовільно точно описує ефекти, що спостерігаються, і підтверджується в тому числі експериментальними даними. І, по-друге, сам факт публікації статті NASA у такому виданні як мінімум знімає питання про коректність вимірювання тяги на підвісі (пам'ятається, це був один із аргументів скептиків: мовляв, у справжньому космосі движок поведеться інакше). Просто кажучи, статтю можна розуміти так: у NASA не знають напевно, чому тяга виникає, але знають, як її виміряти – і простий читач може на них у цьому покластися.
Звідси - новий простірдля припущень. Опускаючи цифри, яким зараз надавати великого значення не слід (завданням була демонстрація існування ефекту, а пошук шляхів оптимізації - у списку на майбутнє), автори роботи констатують: вже в поточному вигляді EmDrive хоч і на порядок менш ефективний класичних ракетних двигунів , зате на два порядки ефективніше інших «безвихлопних» рушіїв, як сонячного вітрила, розгону лазером, фотонного двигуна. Враховуючи, що обмеження за швидкістю накладається лише швидкістю світла, а за потужністю взагалі ніяких (ніщо не заважає вибудовувати такі двигуни буквально багатокілометровими батареями – вистачило б електрики, щоб їх запитати!), це робить EmDrive найперспективнішим напрямом для дослідження та освоєння Сонячної системи як мінімум.
Отже, все впирається тепер у генеральну перевірку в космосі. Китайці, нагадаю, вже мали намір таку провести. Чи провели і з якими результатами? Невідомо. Однак у даному випадкутиша змушує швидше насторожитися, аніж розчаруватися. Адже ясно, що перший, хто підтвердить роботу такого движка в космосі, а потім і перший, хто дасть теоретичне обґрунтування, стануть родоначальниками нової гілки фізики та батьками несподіваних, непередбачуваних відкриттів та технологій!
Як добре хтось сказав, уявити, куди EmDrive приведе нас, якщо виявиться правдою, ми не в силах, оскільки стоїмо на самому початку шляху. Як спектральні лінії зрештою призвели до напівпровідникової революції, так і «неможливий двигун», що «відштовхується від вакууму», зовсім не обов'язково має стати лише основою для ракетної техніки майбутнього. Обов'язково виявляться побічні ефекти, будуть зроблені суміжні відкриття, поставлені нові питання: не кожен день, рік і навіть століття вдається уточнити чи спростувати один із фундаментальних законів фізики!
І як же приємно, що живемо ми якраз у ті дні, коли ця історія пишеться!
У науковому журналі Американського інституту аеронавтики та космонавтики вийшла стаття, присвячена дивному та спірному пристрою – двигуну EmDrive. На думку ряду фізиків, ця конструкція, в принципі, не може працювати. Це порушувало б фундаментальний закон природи, збереження імпульсу. Інші намагаються знайти розумне пояснення того, чому EmDrive таки працює, чи хоча б надійні докази його працездатності. Їх приваблює хитка, але грандіозна мета — двигун, здатний перетворювати електрику на тягу без палива чи реактивного струменя. Або ж — остаточне закриття багаторічної суперечки.
Наукова публікація може стати важливим кроком в історії неможливого двигуна. Незважаючи на наявність десятків експериментальних перевірок, їх результати не були опубліковані в журналах, що рецензуються. Цьому заважає відсутність теоретичних засад, які пояснюють роботу EmDrive До того ж, багато експериментів не можна назвати «чистими» — є безліч факторів, які можуть створити видимість роботи двигуна. Про них ми ще поговоримо, а розпочнемо з інших питань.
Що це таке?
Це гіпотетичний двигун, запропонований британським винахідником Роджером Шойєром. Живлячись електрикою, він (за твердженням Шойєра та його не надто численних прихильників) створює слабку тягу без використання робочого тіла. На цей дивний факт вказують деякі інші експерименти. Однак кричуще порушення закону збереження імпульсу змушує з особливою ретельністю підходити до таких заяв — і багато експертів вказують на помилки у постановці дослідів, які могли б створити ілюзію слабкої, але існуючої тяги.
Влаштований диво-двигун просто, зібрати його може будь-який ентузіаст, який здолав управління паяльником. Він складається з двох основних деталей: магнетрону та резонатора. Магнетрон - це вакуумна трубка, що використовується для генерації випромінювання у звичайній мікрохвильовій печі. Вона складається з порожнього циліндра-анода і центрального волоска-катода. Під дією напруги з катода вилітають електрони і починають рухатися складними траєкторіями всередині циліндра, випускаючи мікрохвилі. По хвилеводу вони передаються від магнетрону до резонатора, схожого на мідне відро, закрите кришкою. Як стверджує винахідник двигуна Роджер Шойєр, тут і починається найцікавіше.
За словами Шойєра, головна фішка EmDrive – це форма резонатора. Винахідник передбачає, що через різницю в діаметрі передньої і задньої стінок (як біля дна відра та його кришки) на них діють різні за величиною сили, викликані електромагнітною хвилею, що стоїть, в резонаторі. Їх рівнодіюча і штовхає двигун уперед, створюючи тягу, яка спрямована у бік «дна». Згодом, після кількох повідомлень, що сперечалися з цією ідеєю, Шойєр уточнив, що реальний механізм дещо складніший і може бути пов'язаний з проявом ефектів спеціальної теорії відносності (СТО).
Що з ним не так?
Справді, якщо поглянути на перше пояснення механізму роботи двигуна, то виявиться, що воно нагадує історію барона Мюнхгаузена, котрий витяг себе та коня з болота за волосся. EmDrive - замкнута система, яка нічого не викидає в навколишній простір. Такий об'єкт не може збільшувати свій імпульс без зовнішніх впливів, як і Мюнхгаузен не міг збільшити свій, хоч би як сильно він тягнув. Прихильники двигуна парують ці аргументи тим, що можна допустити відштовхування резонатора від вакуумного стану або залучити до пояснення СТО. Проте фізики неодноразово відзначали грубість таких оцінок чи відсутність у яких фізичного сенсу.
Але все-таки суть заяв Шойєра полягала не так у теоретичних описах, як у тому, що він нібито зафіксував реальну тягу від двигуна. На своєму сайті дослідник вказує величину тяги приблизно 200-230 мН/кВт - більше, ніж у іонних двигунів, Які штовхають космічні апарати, викидаючи прискорені в електричному полі заряджені частинки.
Вирішивши, що пояснювати цей потяг — справа теоретиків, кілька груп експериментаторів перевірили EmDrive у своїх лабораторіях. Таку роботу виконали дослідники з китайського Північно-Західного політехнічного університету та Технічного університету Дрездена. Нещодавно до них приєдналися і автори статті, що вийшла в Journal of Propulsion and Power, дослідники з підрозділу NASA Eagleworks, які традиційно займаються найбільш спірними та футуристичними проектами агентства.
Є, та маленька?
Перші тести дали начебто обнадійливі результати: на включений пристрій діяла якась сила. Однак її значення виявилося набагато менше, ніж передбачена Шойєром величина, причому чим акуратніше було поставлено експеримент, тим менша реєструвалася тяга. Але ж річ у принципі: звідки вона може взагалі братися? Якщо не розглядати плутаних пояснень Шойєра, то можна виділити кілька побічних процесівякі теоретично можуть забезпечити тягу. Це можуть бути потоки повітря, пов'язані з нагріванням двигуна або теплове розширення самої експериментальної установки. Слабу силу здатне створювати відштовхування від зарядів, що «осідають» на стінах тестової камери, або взаємодія EmDrive з магнітними полями проводів, або тиск випромінювання, що залишає резонатор.
З потоками повітря боротися найпростіше - достатньо проводити випробування у вакуумі. Такі тести були зроблені вченими з Дрездена, які виявили потяг на рівні всього 0,02-0,03 мН/кВт - на межі похибки вимірювань. Крім того, фізики зазначили, що використовували резонатор (те саме мідне «відро») з невисокою добротністю. Випромінювання швидко залишало його, збільшуючи шанси на внесок інших побічних процесів. Співробітники NASA Eagleworks отримали трохи більші цифри – 1,2±0,1 мН/кВт. При цьому стверджують, що відстежили всі можливі джерела побічних процесів.
Це багато чи мало?
Строго кажучи, Мілліньютон (МН) - це менше, ніж вага однієї піщинки цукру. Але якщо говорити про реактивний політ у космосі, то навіть потяг 1 мН, безперервно діючи протягом кількох років, дозволяє розігнати 100-кілограмовий апарат до пристойних швидкостей.
Можна підрахувати, що за десять років такий зонд розженеться на 3 км/сек і (з урахуванням стартової другої космічної швидкості) подолає близько 3,5 млрд км. Але якщо ми оцінимо потяг на рівні, який обіцяє Шойєр (200 мН/кВт), то отримаємо прискорення вже до 600 км/сек дистанцію в 660 астрономічних одиниць — відстаней від Сонця до Землі.
Так — слабко, але дуже довго та економно витрачаючи робоче тіло— діють іонні та фотонні двигуни. Перші «вистрілюють» у простір зарядженими іонами, розігнаними до десятків кілометрів на секунду. Їхня тяга може досягати 60 мН/кВт, проте вони вимагають використовувати робоче тіло — зазвичай запас інертного газу. Наприклад, апарат Dawn, який нещодавно завершив основну місію дослідження Церери, був змушений взяти на борт 425 кг ксенону.
Фотонні двигуни мають незрівнянно меншу тягу, близько декількох мікроньютонів на кіловат потужності лазерного випромінювання. Джерелом потягу в них виступає імпульс фотонів, що вилітають у космічний простір. Проте фотонні двигуни не вимагають брати з собою ні палива, ні робочого тіла.
Наприкінці 2016 року Китайська академія космічних технологій(CAST) повідомила, що вже кілька років проводить власні дослідження потенційних можливостей EmDrive та його застосування. За словами одного з керівників CAST Ченя Юе, організація провела власні, багаторічні і багаторазово повторені експерименти, що підтвердили наявність у EmDrive тяги. Використаний у Китаї прототип створював лише кілька мільйонів, але в Найближчим часомбудуть розроблені нові конструкції, розраховані на 100 мН та більше. Можливо, їх буде випробувано вже на орбіті.
Не можна забувати про пасивні двигуни, які не вимагають ні електроенергії, ні палива для своєї роботи, — про сонячні вітрила. Тяга, яку вони розвивають, визначається площею вітрила та відстанню до Сонця. Біля Землі 1 м² відбиваючого матеріалу розвиватиме тягу 0,1 мН. Сумарна тяга японського експериментального апарату IKAROS з вітрилом 200 м² досягала якраз 2 мН. Для розуміння масштабу додамо, що тяга двигунів надважкої ракети Saturn V, яка відправляла астронавтів на Місяць, становила 34 000 000 н.
Може, вони помиляються?
Публікація роботи в науковому журналі, що рецензується, означає, що стаття пройшла перевірку кількома незалежними експертами у відповідній галузі. Ця процедура підтримує достатньо високий рівеньстатей, і навіть вона дозволяє уникнути помилок.
Можна згадати, як у 2014 році міжнародна колаборація BICEP опублікувала результати своїх багаторічних досліджень в одному з найпрестижніших наукових журналів Physical Review Letters. Вчені стверджували, що виявили сліди гравітаційних хвиль щодо реліктового випромінювання. Однак це трактування було неправильним, і сенсаційні результати виявилися впливом галактичного пилу.
Журнал, в якому команда Eagleworks опублікувала свою роботу, може похвалитися в сім разів меншим індексом цитування, ніж Physical Review Letters. Тому існує навіть думка про те, що процедура рецензування в ньому не така сувора і могла пропустити роботу, незважаючи на огріхи. Варто зазначити, що і сам підрозділ NASA Eagleworks – зовсім невелика лабораторія з фінансуванням на рівні $50 000 на рік. Цього насилу може вистачити виконання високоточного дослідження та купівлю необхідного устаткування.
Працює — і добре?
Якби стовідсоткові докази працездатності EmDrive існували, вони зажадали серйозної роботи теоретиків. Але поки що відсутність пояснення — непорушна скеля, про яку розбиваються всі докази надто великих ентузіастів «неможливого двигуна». Воно навіть стало аргументом для відмови у публікації ранніх статей у серйозних наукових журналах.
Люди простіше люблять помічати, що «працює і добре, не обов'язково знати як». Однак такий підхід може призвести до несподіваних проблем у довгострокових космічних місіях. Наприклад, якщо робота двигуна пов'язана з магнітним полем, він може непередбачено повести себе серед магнітних полів відкритого космосу. Нікому не потрібно, щоб апарат втратив своє єдине джерело тяги десь на півдорозі до Марса або далеких об'єктів пояса Койпера. Так що до класичної вимоги пред'явити надійні докази обов'язково має додаватися і вимога пояснити все, що відбувається в двигуні, але поки що творці EmDrive не можуть показати ні того, ні іншого.
Цікаво простежити, навіщо професійні вчені працюють із такими сумнівними проектами. З одного боку, відкриття реальної тяги в EmDrive може вказати на принципово нові ефекти та довгоочікувану "нову фізику" за межами існуючих моделей. З іншого боку, «закривши» тягу неможливого двигуна, вчені зможуть нарешті вирішити суперечку, що давно набридла всім. А по дорозі — створити нові надточні методи дослідження надмалих сил.
Успішне освоєння космосу постійно вимагає від людства вивчення та відкриття нових технологій, які б дозволили мати більш потужне обладнання та створювати системи забезпечення життя екіпажу для подальших космічних польотів. Однією з таких революційних технологій може стати гіпотетичний електромагнітний двигун EmDrive, який донедавна вважався неможливим. Однак у 2016 році NASA опублікувало результати дослідження та проведених експериментів двигуна, які доводять його працездатність. Наступний крок американського космічного агентства у дослідженні цього питання – проведення експериментів над двигуном EmDrive у відкритому космосі.
Але почнемо по порядку
Насамперед, коротко розглянемо принцип роботи рядового двигуна ракети. Є три найбільш популярні типи ракетних двигунів:
- Хімічний – найпоширеніший тип ракетного двигуна. Його принцип роботи наступний: залежно від агрегатного стану палива (твердопаливний або рідинний двигун) тим чи іншим способом окислювач поєднується з пальним, утворюючи паливо. Після хімічної реакції — паливо згоряє, залишаючи після себе продукти згоряння — розігрітий газ, що швидко розширюється. Струмінь цього газу і виходить із сопла ракети, формуючи так зване «робоче тіло», що являє собою той самий «вогненний» струмінь, який ми часто спостерігаємо, наприклад, у телепередачах або фільмах.
- Ядерний тип двигуна, в якому газ (наприклад, водень або аміак) нагрівається в результаті отримання енергії від ядерних реакцій (ядерний розпад або синтез).
- Електричний – двигун, у якому розігрів газу відбувається за рахунок електричної енергії. Наприклад, термічний тип такого двигуна розігріває газ (робоче тіло) за допомогою нагрівального елемента, в той час як статичний тип– прискорює рух частинок газу за допомогою електростатичного поля.
Складання реактивного двигуна
Корпус такого двигуна повинен складатися з металу, що не плавиться.
Незалежно від вибору типу двигуна, для його роботи буде потрібний значний запас палива, яке робить космічний корабель значно важчим і вимагає більшої потужностівід того ж двигуна.
Двигун EmDrive – що це та як працює?
2001-го року британський інженер Роджер Шойєр запропонував новий тип електричного двигуна, принцип якого докорінно відрізняється від принципу роботи перелічених вище двигунів.
Конструкція є закритою металевою камерою (резонатором) у формі зрізаного конуса (щось на зразок відра з кришкою), який має певний коефіцієнт відображення мікрохвильового випромінювання. Підключений до конуса магнетрон генерує електромагнітне випромінювання в мікрохвильовому діапазоні, яке надходить у резонатор і створює там так звану хвилю стоячу. За рахунок резонансу енергія коливання мікрохвиль зростає.
Як відомо, світло, або електромагнітне випромінювання, чинить тиск на поверхню. Через звуження камери в один бік, тиск мікрохвиль на меншу основу усіченого конуса – менше, ніж тиск на більшу основу. Якщо розглядати камеру як закриту систему, то результатом описаного вище ефекту буде лише навантаження на матеріал камери, причому на одну сторону – більше. Однак, творець концепції двигуна EmDrive стверджує, що дана системає відкритою через граничної швидкостірухи електромагнітного випромінювання («швидкість світла»).
Фізичний принцип дії такого двигуна не зрозумілий повною мірою. Роджер Шойєр переконаний, що пояснення даної технології можливе в рамках відомої ньютонівської механіки. Ймовірно, через наявність коефіцієнта відображення мікрохвильового випромінювання в камері, деяка мала частина випромінювання виходить назовні, за межі резонатора, що робить систему відкритою. У той же час, вихід випромінювання з боку більшої основи усіченого конуса відбувається більшою мірою через більшу площу основи. Тоді мікрохвильове випромінювання, що виходить, буде аналогом робочого тіла, яке і створює тягу, що рушить космічний корабель у зворотному напрямку від випромінюваних мікрохвиль.
У той же час, дослідники НАСА припускають, що істинна дія двигуна лежить набагато глибше, в квантовій механіці, у загальній теорії відносності, згідно з якою система є відкритою. Максимально спростивши теорію, можна сказати, що частки можуть зникати і народжуватися у замкнутому контурі простору-часу.
Можливість реалізації двигуна подібним методом оцінювали кілька науково-дослідних організацій, у тому числі НАСА.
Результати експериментів
Протягом 15 років було проведено безліч експериментів. І хоча результати більшості з них підтверджували працездатність концепції двигуна, думка незалежних експертів відрізнялася від думки експериментаторів. Головною причиноюспростування результатів експериментів є факт неправильної постановки та здійснення експерименту.
Нарешті за дослідження двигуна EmDrive взялося американське космічне агентство, яке має достатні ресурси для створення експерименту, здатного винести остаточний вердикт. А саме – експериментальна лабораторія НАСА – Eagleworks, де було сконструйовано прототип двигуна EmDrive. Двигун поміщався у вакуум, де виключено будь-яку теплову конвекцію, і виявилося, що прототип дійсно здатний видавати тягу. Згідно з нещодавнім звітом НАСА, в лабораторії вдалося отримати тягу, що має коефіцієнт потужності 1,2±0,1 мН/кВт. Цей показник поки що значно нижчий, ніж потужність ракетних двигунів, що використовуються сьогодні, однак приблизно в сто разів вища, ніж потужність фотонних двигунівта сонячних вітрил.
З виходом звіту про експеримент, ймовірно, експеримент над двигуном у земних умовах закінчено. Подальші експерименти над EmDrive НАСА планує провести у космосі.
Застосування
Наявність подібного двигунау руках людства значно розширює можливості освоєння космосу. Починаючи з відносно малого – EmDrive, встановлений на МКС, значно знизив запаси палива на станції. Це дозволило б продовжити термін експлуатації станції, а також скоротити вантажні місії з доставки палива. Отже, скоротиться фінансування місій та підтримка працездатності станції.
Якщо розглянути рядовий геостаціонарний супутник, на який буде встановлено даний двигун, То маса апарату зменшиться більш ніж удвічі. Подібним чином наявність EmDrive позначиться і на пілотованому космічному кораблі, який рухатиметься помітно швидше.
Якщо ще попрацювати над потужністю двигуна, то згідно з розрахунками, потенціал EmDrive дозволяє доставити на шістьох астронавтів і деяке обладнання, після чого повернутися на Землю приблизно за 4 години. Аналогічно політ до Марса, з подібною технологією, займе кілька місяців. А політ до Плутона займе близько двох років. До речі, станції New Horizons знадобилося цього – 9 років.
Підсумовуючи, слід зазначити, що технологія EmDrive здатна значно підвищити швидкість космічних кораблів, заощадити на експлуатації апаратів, а також паливі. Крім того, цей двигун дозволяє людству здійснити ті космічні місії, які досі були на межі можливого.
