Emdrive двигатель


Картинки по запросу EmDrive конструкцияНаучная группа Дрезденского технического университета (Германия), возглавляемая профессором Мартином Таймаром, не нашла убедительных свидетельств работоспособности модели двигателя EMDrive. Соответствующее исследование представлено в мае 2018 года на конференции Space Propulsion 2018 в Севилье (Испания). Эксперименты, проведенные учеными в рамках проекта SpaceDrive, продемонстрировали наличие у EMDrive небольшой «тяги», величина которой оказалась сопоставима с погрешностью измерений. Специалисты полагают, что «тяга» у модельного двигателя обусловлена возникновением сил Лоренца, порожденных действием магнитного поля Земли на находящиеся под током кабели электрического усилителя, питающего EMDrive.

Картинки по запросу EmDrive конструкция


«Это четко показывает, что “тяга” происходит не от EMDrive, а некоторого электромагнитного взаимодействия. Несмотря на то, что мы использовали как можно больше закрученных или коаксиальных кабелей, в конечном итоге некоторые магнитные поля проникали через наши кабели и разъемы», — пишут авторы.

На конференции ученые также рассказали о проверке эффекта Вудворда, существование которого также не получило убедительных доказательств. Немецкие специалисты заявили, что продолжат исследования в рамках SpaceDrive.

EmDrive представляет собой устройство в форме конуса из магнетрона (генерирующего микроволны) и резонатора (накапливающего энергию их колебаний). Такая конструкция позволяет, по словам создателей, преобразовывать излучение в тягу.

Установка из-за противоречивых результатов испытаний встречает неоднозначную реакцию в научных кругах, поскольку ее действие при наивном рассмотрении предполагает нарушение законов сохранения.

Испытания EmDrive, проведенные в июне 2015 года Таймаром, также не смогли подтвердить (или опровергнуть) работоспособность модельного двигателя.

EmDrive – это двигатель-загадка. Впервые разработка была представлена аэрокосмическим инженером Роджером Шоером (Roger Shawyer) в 2001 году, а суть технологии может быть описана, как «бестопливный ракетный двигатель», в том смысле, что для него не требуется горючего, в традиционном представлении.
сутствие на борту больших объемов топлива сделает космические корабли более легкими, их будет проще приводить в движение и, теоритически, их производство станет намного дешевле. Кроме того, гипотетический двигатель позволит достигать неимоверно высоких скоростей: астронавты смогут добираться до внешних границ Солнечной системы всего лишь за считанные месяцы.

Картинки по запросу EmDrive конструкция

Все дело в том, что сама по себе концепция движения без реактивного выброса массы «не стыкуется» с ньютоновским Законом сохранения импульса, который утверждает, что внутри замкнутой системы линейный и угловой моменты остаются постоянными величинами, вне зависимости от изменений, происходящих внутри этой системы. Проще говоря, если к телу не приложить внешнюю силу, то сдвинуть его с места невозможно.

Загадочный электромагнитный двигатель, который создает тягу безо всяких реактивных процессов, также нарушает и Третий (не менее фундаментальный) закон Ньютона: «На каждое действие всегда есть равное и противоположное противодействие». Так как же тогда «действие» (реактивное движение космического аппарата) происходит без «противодействия» (сжигания топлива и реактивного выброса масс) и как вообще такое возможно? Если система работает, это значит в ней задействованы силы или явления неизвестной природы или же наше понимание законов физики абсолютно ошибочно.


ПРИНЦИП РАБОТЫ EMDRIVE

Оставив на некоторое время физическую «невозможность» технологии, давайте определимся, что она собой представляет. Итак, EmDrive относится к категории гипотетических машин, использующих в своей работе модель «РЧ тягового полостного резонатора» (RF resonant cavity thruster). Такие устройства работают за счет магнетрона, испускающего микроволны в закрытую металлическую камеру в форме усеченного конуса, которые затем отражаются от ее задней стенки, передавая реактивную тягу аппарату. Опять же, выражаясь обычным языком, тело просто «отталкивается» от самого себя (как всё-таки глупы были люди, не верившие Барону Мюнхгаузену, когда он рассказывал о том, как вытащил себя за волосы из болота).

Схема одного из рабочих прототипов EmDrive

Такой принцип движения в корне отличается от того, что используют современные космические корабли, сжигающие огромное количество топлива для производства энергии, подымающей в небо массивные аппараты. Одной из метафор, раскрывающих суть «невозможности» такой технологии, может также стать предположение, что сидящий в салоне незаведенного автомобиля водитель способен сдвинуть его с места – всего лишь надавив, как следует, на рулевое колесо.


Несмотря на то, что было проведено несколько успешных тестов экспериментальных прототипов – с очень небольшим, порядка нескольких десятков мкН, выделением энергии (вес мелкой монеты) – итоги ни одного из исследований не были опубликованы в каком-либо рецензируемом журнале. Это значит, что к любым положительным результатом нужно относится с долей здорового скептицизма, который допускает, что зафиксированная тяга могла быть неучтенной силой или ошибкой аппаратуры.

Пока технология не получила соответствующего научного подтверждения, логично было бы предположить, что EmDrive, на самом деле, не работает. Однако есть множество людей, которые опытным путем доказали, что «невозможный» электромагнитный двигатель все-таки работает:

В 2001 году Шойер получил от британского правительства грант в размере £45 000 на тесты для EmDrive. Он заявил, что в ходе испытаний была получена тяга силой 0,016 Н и для этого потребовалось 850 Вт энергии, однако не одна экспертная оценка не подтвердила результат. Причем цифры были настолько малы, что легко могли сойти за погрешность измерительной техники.


Роджер Шойер и его

В 2008 году группа китайских ученых Северо-западного политехнического университета во главе с Ян Хуаном (Yang Juan), по их заявлению, подтвердила дееспособность технологиисоздания тяги за счет электромагнитного резонанса и позднее разработала свою собственную рабочую модель двигателя. С 2012 по 2014 год было проведено несколько удачных тестов, в которых удалось получить тягу силой 750 миллиньютон при затраченных на это 2500 ватт энергии.

В 2014 году исследователи NASA протестировали свою модель EmDrive, причем испытания проходили также и в условиях вакуума. И снова ученые отрапортовали об успешном эксперименте (они зафиксировали тягу в 100 мкН) результаты которого, опять, не были подтверждены независимыми экспертами. В тоже время, другая группа ученых космического агентства весьма скептично отозвалась о работе коллег – однако, ни опровергнуть, ни подтвердить возможность технологии так и не смогла, призвав к проведению более глубоких исследований.


В 2015 году эта же группа NASA протестировала другую версию двигателя Cannae Drive (бывший Q-drive), созданную инженером-химиком Гвидо Фетта (Guido Fetta) и заявила о положительном результате. Практически в одно время с ними, немецкие ученые из Дрезденского технологического университета также опубликовали результаты, в которых предсказуемо подтвердили наличие «невозможной» тяги.

И уже в конце 2015, еще один эксперимент от НАСА, проведенный группой Eagleworks (космический центр имени Джонсона) окончательно подтвердил состоятельность технологии. Тестирование проводилось с учетом предыдущих ошибок и, тем не менее, результаты оказались положительными – двигатель EmDrive производит тягу. В то же время, исследователи допускают, что обнаружились новые неучтенные факторы, одним из которых может быть тепловое расширение, ощутимо влияющее на устройство в условиях вакуума. Будет ли передана работа на рассмотрение экспертам или нет, ученые из Исследовательского центра Гленна, Кливленд, штат Огайо, Лаборатории реактивного движения НАСА и Лаборатории прикладной физики университета Джонса Хопкинса уверены, что продолжать эксперименты стоит.

ЧЕМ НАМ «СВЕТИТ» EMDRIVE

Вообще научное сообщество очень осторожно воспринимает все, что связано с EmDrive и с электромагнитными резонансно полостными двигателями в целом. Но с другой стороны, такое количество исследований вызывает несколько вопросов. Почему к технологии такой повышенный интерес и почему столько людей хотят ее протестировать? Что на самом деле может предложить двигатель с таким привлекательным концептом?


От разного рода атмосферных спутников и до более безопасных и эффективных автомобилей – такую широкую сферу применения пророчат новому устройству. Но главным, по-настоящему революционным последствием его внедрения являются невообразимые горизонты, которые открываются для космических путешествий.

Потенциально, корабль, оснащенный двигателем EmDrive, способен добраться до Луны всего за несколько часов, до Марса – за 2-3 месяца и до Плутона – примерно за 2 года (для сравнения: на то, чтобы долететь до Плутона зонд New Horizons потратил более 9 лет). Это достаточно громкие заявления, однако, если выяснится, что технология имеет под собой реальное основание, эти цифры не будут настолько фантастическими. И это с учетом, того что нет нужды перевозить тонны горючего, производство космических аппаратов станет более простым, а сами они будут намного легче и значительно дешевле.

Для НАСА и подобных организаций, включая множество частных космических корпораций вроде SpaceX или Virgin Galactic легковесный и доступный корабль, способный быстро добираться до самых отдаленных уголков Солнечной системы, является вещью, о которой пока можно только мечтать. Тем не менее, для реализации технологии, науке еще придется потрудиться.


Двигатель на электромагнитной тяге прототип EmDrive

В то же время, Шойер твердо убежден, что для того, чтобы объяснить, как работает EmDrive, не требуется никаких псевдонаучных или квантовых теорий. Наоборот, он уверен, что технология не выступает за рамки действующей модели ньютоновской механики. В подтверждение своих слов он написал несколько статей, одна из которых сейчас находится на рецензировании. Ожидается, что документ будет опубликован в этом году. Вместе с тем, его прошлые работы подверглись критике за некорректные и непоследовательные научные изыскания.

Несмотря на его настойчивые утверждения о том, что двигатель работает в пределах существующих законов физики, Шойер умудряется делать и несколько фантастичные предположения относительно EmDrive. Например, он заявил, что новый двигатель работает за счет варп-поля и именно поэтому последние результаты NASA были успешными. Такие выводы привлекли массу внимания онлайн сообщества. Однако, опять-же, на сегодняшний день нет прозрачных и открытых подтверждающих данных, и для того чтобы технологию восприняла официальная наука нужно провести еще не одно глубокое исследование.

Колин Джонсон (Colin Johnston), сотрудник Планетария Арма, написал объемную статью, в которой раскритиковал EmDrive и неубедительные результаты множества проведенных экспериментов. Кроме того, Кори С. Пауэлл (Corey S. Powell) из Discovery, вынес свой обвинительный вердикт для двигателей EmDrive и Cannae Drive, точно также, как и для исследований NASA. Профессор математики и физики Джон С. Баэз вообще назвал концепцию этой технологии «вздором» и его заключения отражают настроения многих ученых.


Источник: https://lenta.ru/, digitaltrends.com

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

Источник: integral-russia.ru

История с получившим скандальную известность чудо-двигателем EmDrive, якобы нарушающим известные законы природы и потому способным значительно ускорить космические перелеты, получила продолжение — статья с результатами его испытаний опубликована в рецензируемом журнале.

«Газета.Ru» разбиралась, что стоит за нашумевшей историей и кто эти таинственные естествоиспытатели, от лица NASA назвавшие аппарат рабочим.

История EmDrive началась еще в 2003 году, когда британский инженер Роджер Шойер представил общественности электромагнитный двигатель необычной конструкции. Он состоял из магнетрона — устройства, генерирующего микроволновое излучение, медного конического резонатора, напоминающего ведро, запаянное с обоих краев.


По словам изобретателя, двигатель способен создавать тягу без использования реактивного выброса.

Однако это утверждение напрямую противоречит закону сохранения импульса. Ведь если EmDrive — это закрытая система, она не может увеличить свой импульс без внешнего воздействия. С этим обстоятельством и связан ажиотаж в мировых СМИ вокруг непонятной разработки, длящийся уже несколько лет.

В последующие несколько лет изобретатель работал над усовершенствованием поделки, и в 2008 году началась его «независимая» проверка.

Сначала в китайском Северо-западном политехническом университете под руководством профессора Яна Цзюаня был создан работающий прототип, развивающий тягу в 72 грамма (около 360 мН на киловатт). Затем необычным двигателем заинтересовались и в NASA.

С 2013 года в лаборатории Eagleworks в космическом центре имени Джонсона под руководством Гарольда Уайта начались испытания EmDrive. Двигатель тестировался в герметичной камере на специальных крутильных весах, способных обнаруживать тягу в десятки микроньютонов. Полученная тяга оказалась гораздо меньше, чем в китайском эксперименте, но тем не менее утверждалось, что она присутствовала. Далее последовало еще несколько независимых проверок, включая эксперимент в высоком вакууме, выполненный физиками из Технического университета Дрездена.

Там использовался обычный магнетрон от микроволновой печи частотой 2,44 ГГц и все тот же медный резонатор-волновод. Ученые попытались максимально исключить возможные эффекты, которые могут дать дополнительную тягу во время измерения. Результатом стало обнаружение тяги в 20 микроньютонов при мощности магнетрона в 700 ватт. Благодаря достаточно простой конструкции собрать «невозможный» двигатель может практически любой. В интернете можно найти множество видеороликов, демонстрирующих EmDrive, сделанные своими руками.

Несмотря на множество сообщений о проведенных проверках, научное сообщество не спешит признавать работоспособность EmDrive. Одна из проблем заключается в том, что ни у кого нет понимания, как именно он работает, если вообще работает. Сам изобретатель дал достаточно расплывчатое объяснение, основанное на разнице между групповой и фазовой скоростью электромагнитных волн. Некоторые ученые считают, что его вычисления содержат ошибки. Звучали предположение, что двигатель создает тягу за счет взаимодействия с «виртуальными частицами вакуума».

Уайт использовал для объяснения работы двигателя такие слова: «Дополнительная тяга в двигателе получается с помощью магнито-гидродинамической силы, действующей в квантовой флуктуации вакуума, то есть за счет взаимодействия с «квантовой вакуумной виртуальной плазмой» путем создания виртуального плазменного тороида». «Слова очень умные, но не имеющие физического смысла», — считает научный журналист Валерий Лебедев, член Комиссии РАН по борьбе с лженаукой.

Также было высказано предположение, что часть микроволнового излучения все-таки выходит из резонатора, и именно из-за этого создается тяга. Но тяга EmDrive в экспериментах Уайта получается значительно выше, чем была бы у фотонного двигателя аналогичной мощности. По современным оценкам, фотонному двигателю нужно минимум 300 МВт (мощность небольшой электростанции) для создания тяги в 1 ньютон.

В сентябре 2016 года новая волна интереса к двигателю поднялась в связи с появлением в сети самой статьи, в которой ученые NASA описывают испытания двигателя.

Ожидалось, что публикация статьи в рецензируемом журнале должна состояться в декабре, однако сама работа уже просочилась в сеть. Авторы под руководством того же Уайта в очередной раз подтвердили наличие тяги, хотя пока не смогли объяснить, что ее вызывает.

Так что же было в попавшей в сеть статье? Лаборатория Eagleworks в 2015 году продолжила эксперименты с «невозможным» двигателем. Они, как и раньше, использовали вакуумную камеру (8 10-6Торр) и крутильные весы, однако на этот раз им удалось значительно повысить точность эксперимента. Измерения тяги были проведены для трех значений мощности магнетрона — 40, 60 и 80 Вт.

Результаты опытов показывают, что двигатель дает тягу в вакууме 1,2 миллиньютона на киловатт. Кстати, это значение в 42 раза больше, чем то, что наблюдалось в немецком эксперименте.

«Эксперимент включал в себя также тест нулевого усилия для определения возможных источников тяги, не связанных с деятельностью двигателя, но такие источники найдены не были», — говорилось в статье. Исследователи отмечали, что тяга «невозможного» двигателя меньше, чем у перспективного ионного двигателя на эффекте Холла (60 миллиньютонов на киловатт), однако значительно больше, чем тяга светового паруса (около 0,007 миллиньютона на киловатт), также рассматриваемого в качестве перспективного космического транспортного средства.

На сегодняшней день единственный используемый способ перемещения в космосе — это реактивное движение,

(если не брать доказавший свою применимость световой парус) в основу которого положен закон сохранения импульса. Ракета-носитель или космический корабль выбрасывают вещество в противоположную движению сторону, за счет этого и возникает тяга. Основная характеристика реактивного двигателя — удельный импульс, отношение создаваемого двигателем импульса к расходу топлива. Чем больше удельный импульс, тем меньше топлива надо потратить, чтобы изменить скорость. Очевидно, что чем быстрее происходит истечение вещества в двигателе, тем выше его удельный импульс. Именно поэтому в последнее время в непилотируемой космонавтике стали так популярны ионные двигатели.

Они обладают низкой тягой, но очень большой скоростью истечения вещества, что делает их эффективными для длительных космических миссий. Но и их запас топлива не безграничен. Ионный двигатель не может работать постоянно, а значит, добиться значительных изменений в скорости у космического аппарата будет проблематично. Если бы EmDrive и в самом деле работал, это позволило бы ускорять космический аппарат практически в непрерывном режиме, используя лишь энергию солнечных батарей или реактора на борту.

Автоматическая станция с таким двигателем могла бы долететь до Марса за 70 дней или доставить груз в 2000 кг на 0,1 св. года за 15 лет.

Однако большинство ученых относятся к «невозможному» двигателю скептически. Они отмечают, что ни сам создатель EmDrive, ни специалисты NASA не могут внятно объяснить принцип его работы.

Вновь разгоревшаяся дискуссия по поводу EmDrive среди ученых уже перетекла в плоскость рассуждений о том, как в современных СМИ формируются подобные «информационные пузыри» и должны ли научные журналисты вообще реагировать на подобные сенсации.

«NASA получает свою порцию позора не совсем зря — она содержит группу фриков в виде лаборатории, может быть за былые инженерные заслуги, может быть, чтобы не расползались. Но зачем этот позор нужен нашим СМИ, перепечатывающим с серьезной миной эту бредятину, я не понимаю», — считает ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН, главный редактор газеты «Троицкий вариант — Наука» Борис Штерн.

Оставив за СМИ право решать, на какие информационные поводы реагировать, «Газета.Ru» попыталась разобраться, кто стоит за странной лабораторией, дающей путевку в жизнь такому спорному проекту. Обращает на себя внимание тот факт, что в отличие от большинства серьезных специалистов NASA Гарольд Уайт даже не имеет своей странички, через которую с ним можно связаться и узнать о направлениях работы.

По электронной почте Уайт не ответил «Газете.Ru» на просьбу рассказать о деталях эксперимента, впрочем, как и другие члены группы Eagleworks, работающей в Космическом центре имени Джонсона.

Известность в СМИ Уайт получил несколько лет назад благодаря истории с полуфантастическим Warp-двигателем, который должен передвигаться в пространстве за счет искривления пространства-времени.

Рассказать о скрытном изобретателе на условиях анонимности «Газете.Ru» согласился специалист NASA, знакомый со спецификой работы в области новых перспективных космических проектов.

«Это Сонни Уайт.Сидят они в космическом центре имени Джонсона.

Про проект EmDrive никто ничего не знает, потому что такого проекта реально нет.

Подразделение Eagleworks ничего собой не представляет, какая-то маленькая контора, сама себя так назвавшая. Группа людей, которые исследуют кучу теорий на границе или за границей реальности, используя имеющиеся у них железяки. Человек убедил каких-то людей, получил деньги и наштамповал чего-то, что никто не может понять. Тут не стоит напрягаться. Они традиционно печатают какое-то фуфло, вот недавно печатали историю с Warp-drive. Они получают финансирование из каких-то внутренних резервов и постоянно получают какие-то сказочные результаты, тут это называется «внутренние деньги для спонтанных идей».

Пока эта лаборатория не сделала ничего, что бы использовалось хоть в одной экспедиции NASA.

Тут это никто даже не обсуждает, нет ни конференций, ни релизов. И, кстати, это не означает, что разработки секретны. Просто никто под этим не хочет подписываться. Я не специалист по двигателям, нарушающим законы сохранения, поэтому, когда вижу такие статьи, у меня не возникает желания их читать. Это сенсационная вещь, не имеющая под собой никакого основания. Если бы такая штука работала, наша Солнечная система давно развалилась, стабильность бы нарушилась. Ведь сила, которую они намерили, — огромнейшая! А в других проявлениях такая сила отсутствует, ее нет. Я считаю, что они неправильно интерпретировали результаты, не провели изначальное планирование эксперимента. Они эксперимент описали, но не посчитали ожидаемую оценку тяги, не показали ожидаемый бюджет ошибок.

Расслабьтесь, Сонни — известный потусторонщик. Про Warp-drive даже релиз был в NASA, и ничего страшного.

Это делалось, чтобы быть востребованным молодежью, чтобы молодые люди интересовались. Я не вижу тут репутационных издержек для NASA. Ничего плохого в этом нет, это значит, что люди занимаются тут не только суперсерьезными вещами, но и теми, что имеют намек на интересность. Это же тоже здорово», — рассказал ученый.

То, что ученые, придерживающиеся альтернативных взглядов на современную физику, зачастую работают в известных институтах, — не секрет. Так, сторонники теории эфира, например, есть и в стенах Физического факультета МГУ.

В случае с EmDrive критики уповали на отсутствие публикации о нем в рецензируемых научных журналах — все основывалось на слухах да утечках информации.

И все-таки публикация в таком журнале состоялась — 17 ноября статья Уайта появилась в рецензируемом журнале Journal of Propulsion and Power, издающемся Американским институтом аэронавтики и астронавтики.

«Этот журнал не пользуется авторитетом среди ученых, рецензенты там фиговые, часто публикуют непроверенные вещи, вот и пропустили чушь», — пояснил источник «Газеты.Ru».

Кстати, в августе 2016 года создатель похожего на EmDrive двигателя Гвидо Фетта (Guido Fetta) объявил, что намерен провести испытания своего устройства в космосе. В качестве возможной даты запуска называют 2017 год.

Источник: www.gazeta.ru

Обычная ракета приводится в движение за счет реактивной тяги, возникающей вследствие потери аппаратом части своей массы. Однако двигатель EmDrive создает тягу, но не производит выбросов каких-либо частиц. Это означает, что он нарушает закон сохранения импульса. 

 

Пустое ведро

Двигатель EmDrive представляет собой устройство из магнетрона (генерирующего микроволны) и резонатора (накапливающего энергию их колебаний). Внешне агрегат напоминает положенное на бок ведро. Такая конструкция позволяет, по словам создателей, преобразовывать излучение в тягу. Развиваемая EmDrive тяга имеет порядок долей микроньютона или миллиньютона. Из резонатора двигателя при его работе не зафиксированы выбросы фотонов или других частиц — то, что объяснило бы возможное появление тяги и выполнение закона сохранения импульса.

Прототип силовой установки впервые продемонстрировал в 2002 году инженер Роджер Шойер. С тех пор EmDrive привлек внимание многих ученых, инженеров и энтузиастов. Большинство экспериментов обнаружило небольшую тягу и не смогло подтвердить или опровергнуть работоспособность агрегата. Это связано с предельной точностью измерений тяги и недостаточным учетом флуктуаций (в том числе тепловых).

 

Массивный фотон

Cвою версию объяснения работы двигателя EmDrive предложил физик Майкл Маккалош из Плимутского университета (Великобритания). Ученый предположил существование модифицированной массы фотона, обусловленной эффектом Унру — появлении теплового излучения в ускоренно движущейся системе отсчета при его отсутствии в инерциальной (то есть движущейся равномерно и прямолинейно, в частности, покоящейся). Это явление носит квантовый характер, связано с перестройкой физического вакуума и является, по-видимому, единственным приемлемым объяснением механизма излучения черных дыр, впервые описанного Хокингом.

У основания резонатора излучение Унру имеет меньшую длину волны, а у вершины — большую. Эта разница обусловлена различием эффективных масс фотонов. К движению полости EmDrive в направлении ее вершины, по мнению Маккалоша, приводит именно закон сохранения импульса. Физик привел расчеты тяги, которую способен развивать EmDrive согласно представленной им теории. Предсказываемые ею значения тяги составляют 3.8, 149, 7.3, 0.23, 0.57, 0.11, 0.64 и 0.02 миллиньютона. По порядку это совпадает со значениями, измеренным ранее другими специалистами в ходе экспериментов с EmDrive (16, 147, 9, 0.09, 0.05, 0.06, 0.03, и 0.02 миллиньютона).

Кроме того, что работа Маккалоша позволяет получить порядки значений тяги EmDrive, она предполагает два опыта, позволяющие проверить справедливость теории ученого. Во-первых, в случае, если длина оси полости равна диаметру малого основания (вершины), то развиваемая EmDrive тяга будет иметь противоположное направление. Во-вторых, введение диэлектрика в полость повышает тягу.

Emdrive двигатель
Демонстрационный образец EmDrive развивает тягу 96 миллиньютонов при входной мощности 334 ватт

Гипотеза Маккалоша использует собственную теорию о ненулевой инертной (то есть обусловленной не тяготением, а движением) массе фотона. Кроме того, в работе ученого предполагается, что скорость света внутри полости меняется (по крайней мере, эффективно). Эти предположения противоречат современной физике и, вероятно, с трудом найдут понимание ученых.

 

Фотоны без волн

Другое объяснение работы EmDrive предложили финские физики. Возникновение тяги в двигателе они объяснили деструктивной интерференцией микроволн (то есть их гашением — наложением колебаний с противоположными фазами). Это приводит к выделению из множества всех частиц в резонаторе EmDrive пар фотонов, находящихся в противофазе друг с другом. Они, по мнению ученых, и уносят импульс в сторону, обратную к наблюдаемому в экспериментах движению агрегата.

Взаимодействие таких фотонов приводит к появлению электромагнитной волны с нулевой поляризацией, которая тем не менее переносит импульс. Природу явления удобно пояснить на примере деструктивной интерференции волн на поверхности воды. В этом случае минимум одной волны накладывается на максимум другой, и, несмотря на наличие волн, на поверхности воды их не заметно. В случае, рассматриваемом финнами, возникает ситуация, когда в полости как будто нет электромагнитных волн (они гасят друг друга), но есть движение фотонов (а значит, и перенос импульса).

Проверить наличие волн в EmDrive, по мнению физиков, можно, однако это потребует слишком тонких экспериментов все с той же интерференцией. По мнению ученых, тягу производят волны, длина которых не кратна расстоянию между стенками полости. Направление тяги определяется асимметричной геометрией полости EmDrive. Если бы она была симметричной (например, строго цилиндрической, а не конусообразной), тяги бы не возникло. Ученые отмечают, что любая асимметричная полость EmDrive способна воспроизвести тягу. В этом смысле работа финских физиков подтверждает выводы Маккалоша о важности геометрии резонатора для создания тяги двигателя.

Ее величина не может превышать значения, определяемого разностью объемной плотности энергий микроволн внутри полости и вакуума вне ее. КПД двигателя зависит нелинейным образом от мощности микроволнового источника, а также формы и материала полости EmDrive. Ученые осторожно отмечают, что их объяснение работы EmDrive наверняка не является окончательным и следует из переосмысления представлений о физическом вакууме (все том же эффекте Унру), правда, не столь радикального, как у Маккалоша.

 

Пришло время положить конец спорам

С одной стороны, этот двигатель вроде бы нарушает закон сохранения импульса, на что указывают многие физики. С другой стороны, британский изобретатель Роджер Шойер (Roger Shawyer) свято верит в работоспособность своего EmDrive — и у него много сторонников.

Несмотря на ничтожно малую тягу, двигатель EmDrive позволил бы небольшому космическому кораблю достигнуть края Солнечной системы не за несколько десятилетий, а за несколько месяцев. В случае работоспособности агрегата он бы позволил за короткое время и небольшие деньги детально исследовать все планеты и их спутники.

Экспериментальные проверки EmDrive не позволяют сделать однозначных выводов о работоспособности двигателя. Окончательную точку в спорах намерен поставить Гвидо Петта (Guido Fetta) — единомышленник Шойера и конструктор ещё одного гипотетического двигателя Cannae Drive, который работает на том же принципе: генерация микроволн и создание тяги в замкнутом контуре без выхлопа.

17 августа 2016 года Гвидо Петта объявил, что намерен запустить экспериментальный образец Cannae Drive на орбиту — и проверить его в действии. Гвидо Петта является исполнительным директором компании Cannae Inc. Сейчас компания Cannae Inc. лицензировала технологию электромагнитного двигателя фирме Theseus Space Inc., которая выведет на низкую околоземную орбиту спутник CubeSat.

Дата запуска пока не объявлена. Возможно, энтузиастам удастся собрать деньги и построить экспериментальный аппарат в 2017 году. Единственная задача этого спутника — испытания двигателя Cannae Drive в течение шести месяцев. Спутник попробует передвинуться с помощью электромагнитной тяги Cannae Drive. Разработчики Cannae Drive заявляют, что их двигатель способен генерировать тягу до нескольких ньютонов и «более высоких уровней», что лучше всего подходит для использования в маленьких спутниках. Двигателю не требуется топлива, у него нет выхлопа. Объём двигателя на спутнике CubeSat — не более 1,5 юнитов, то есть 10×10×15 см. Источник питания — менее 10 Вт. Сам спутник будет состоять из шести юнитов.

Emdrive двигатель
Спутник компании Cannae из шести юнитов CubeSat. Рендер: Cannae Inc.

Сразу после успешной демонстрации на орбите компания Theseus Space намерена предложить новый двигатель сторонним производителям для использования на других спутниках. По расчётам Cannae, более массивная версия электромагнитного двигателя весом 3500 кг способна доставить груз массой 2000 кг на расстояние 0,1 светового года за 15 лет. Общая масса такого аппарата вместе с системами охлаждения и другими деталями составит 10 тонн.

Если работоспособность двигателя подтвердится в результате надёжного повторяемого научного эксперимента, то учёным придётся найти объяснение этому феномену. Сам Роджер Шойер предполагает, что принцип работы двигателя основан на специальной теории относительности. Двигатель преобразовывает электричество в микроволновое излучение, которое испускается внутри закрытой конической полости, что приводит к тому, что микроволновые частицы прилагают к большей, плоской части поверхности полости, большее усилие, чем в более узком конце конуса, и тем самым создают тягу. Шойер уверен, что такая система не противоречит закону сохранения импульса.

Исследователи НАСА, которые испытывают EmDrive, предполагают, что тяга создаётся благодаря «квантовому вакууму виртуальной плазмы» частиц, которые появляются и исчезают в замкнутом контуре пространства-времени. То есть система на самом деле не изолированная, поэтому она не нарушает закон сохранения импульса благодаря эффектам квантовой физики.

Emdrive двигатель
EmDrive

Разработка EmDrive в целом игнорируется научным сообществом, хотя некоторые эксперименты всё-таки проводятся. Энтузиасты уверены: если EmDrive работает, то в перспективе станет возможным создание не только эффективных космических двигателей, но и летающих автомобилей, а также кораблей, самолётов — любого транспорта на электромагнитной тяге. Компания Cannae — не единственная, кто хочет проверить работу электромагнитного двигателя в космосе. Немецкий инженер Пол Коцыла (Paul Kocyla) сконструировал маленький карманный EmDrive, а сейчас собирает деньги в рамках краудфандинговой кампании. Чтобы запустить прототип в космос на мини-спутнике PocketQube, требуется 24 200 евро. За три месяца удалось собрать 585 евро.

Emdrive двигатель
Прототип EmDrive немецкого инженера Пола Коцылы

Недавно научные работы Шойера были опубликованы в открытом доступе. «По всему миру люди измеряли тягу. Одни строили двигатели у себя в гаражах, другие — в крупных организациях. Все они выдают тягу, тут нет великой тайны. Кто-то думает, что здесь некая чёрная магия, но это не так. Любой нормальный физик должен понять, как оно работает. Если кто не понимает, ему пора менять работу», — категорично заявил британский инженер.

Источники: lenta.ru  geektimes.ru

Источник: ineednews.ru

Первую статью можно прочесть здесь.

В научном журнале Американского института аэронавтики и космонавтики вышла статья, посвященная странному и спорному устройству — двигателю EmDrive. По мнению ряда физиков, эта конструкция в принципе не может работать. Это нарушало бы фундаментальный закон природы, сохранение импульса. Другие пытаются найти разумное объяснение того, почему EmDrive все-таки работает, или хотя бы надежные доказательства его работоспособности. Их привлекает зыбкая, но грандиозная цель — двигатель, способный превращать электричество в тягу без топлива или реактивной струи. Или же — окончательное закрытие многолетнего спора.

Emdrive двигатель

Научная публикация может стать важным шагом в истории «невозможного» двигателя. Несмотря на наличие десятков экспериментальных проверок, их результаты не были опубликованы в рецензируемых журналах. Этому мешает отсутствие теоретических основ, объясняющих работу EmDrive. К тому же многие эксперименты нельзя назвать «чистыми» — есть множество факторов, которые могут создать видимость работы двигателя. О них мы еще поговорим, а начнем с других вопросов.

Что это такое?

Это гипотетический двигатель, предложенный британским изобретателем Роджером Шойером. Питаясь электричеством, он (по утверждению Шойера и его не слишком многочисленных сторонников) создает слабую тягу без использования рабочего тела. На этот странный факт указывают и некоторые другие эксперименты. Однако вопиющее нарушение закона сохранения импульса заставляет с особой тщательностью подходить к таким заявлениям — и многие эксперты указывают на ошибки в постановке опытов, которые могли создать иллюзию слабой, но существующей тяги.

Устроен чудо-двигатель просто, собрать его может любой энтузиаст, осиливший управление паяльником. Он состоит из двух основных деталей: магнетрона и резонатора. Магнетрон — это вакуумная трубка, используемая для генерации излучения в обычной микроволновке. Она состоит из полого цилиндра-анода и центрального волоска-катода. Под действием напряжения с катода вылетают электроны и начинают двигаться по сложным траекториям внутри цилиндра, испуская микроволны. По волноводу они передаются от магнетрона в резонатор, похожий на медное ведро, закрытое крышкой. Как утверждает изобретатель двигателя Роджер Шойер, тут-то и начинается самое интересное.

Emdrive двигатель

По словам Шойера, главная фишка EmDrive — это форма резонатора. Изобретатель предполагает, что из-за разницы в диаметре передней и задней стенок (как у дна ведра и его крышки) на них действуют разные по величине силы, вызванные стоячей электромагнитной волной в резонаторе. Их равнодействующая и толкает двигатель вперед, создавая тягу, которая направлена в сторону «дна». Впоследствии, после нескольких спорящих с этой идеей сообщений, Шойер уточнил, что реальный механизм несколько сложнее и может быть связан с проявлением эффектов специальной теории относительности (СТО).

Что с ним не так?

В самом деле, если взглянуть на первое объяснение механизма работы двигателя, то окажется, что оно напоминает историю барона Мюнхгаузена, вытащившего себя и коня из болота за волосы. EmDrive — замкнутая система, которая ничего не выбрасывает в окружающее пространство. Такой объект не может увеличивать свой импульс без внешних воздействий, как и Мюнхгаузен не мог увеличить свой, как бы сильно он ни тянул. Сторонники двигателя парируют эти аргументы тем, что можно допустить отталкивание резонатора от вакуумного состояния или же привлечь к объяснению СТО. Однако физики неоднократно отмечали грубость таких оценок или отсутствие в них физического смысла.

Двигатель Аппарат Тяга Принцип работы
Ионный двигатель Dawn (3 шт. на борту) 0,030 Н Рабочее тело: ионизированный ксенон
Фотонный двигатель Прототип Y.K. Bae Corp 0,035 Н Рабочее тело: фотоны 500-киловаттного лазера
Солнечный парус IKAROS 0,002 Н Давление частиц солнечного ветра
Жидкостный ракетный двигатель ЖРД F-1 (5 шт. на 1-й ступени РН Saturn V) 6 700 000 Н Топливная пара: керосин, кислород
EmDrive* От 0,00002 до 0,4 Н* Источник тяги (если она есть) неизвестен
* По разным данным, до сих пор не подтверждено.

Но все-таки суть заявлений Шойера состояла не столько в теоретических описаниях, сколько в том, что он якобы зафиксировал реальную тягу от двигателя. На своем сайте исследователь указывает величину тяги примерно в 200−230 мН/кВт — больше, чем у ионных двигателей, которые толкают космические аппараты, выбрасывая ускоренные в электрическом поле заряженные частицы.

Решив, что объяснять эту тягу — дело теоретиков, несколько групп экспериментаторов проверили EmDrive в своих лабораториях. Такую работу проделали исследователи из китайского Северо-Западного политехнического университета и Технического университета Дрездена. Недавно к ним присоединились и авторы статьи, вышедшей в Journal of Propulsion and Power, исследователи из подразделения NASA Eagleworks, которые традиционно занимаются наиболее спорными и «футуристическими» проектами агентства.

Emdrive двигатель

Есть, но маленькая?

Первые тесты дали вроде бы обнадеживающие результаты: на включенное устройство действовала некая сила. Однако ее значение оказалось намного меньше, чем предсказанная Шойером величина, причем чем аккуратнее был поставлен эксперимент, тем меньшая регистрировалась тяга. Но ведь дело в принципе: откуда она может вообще браться? Если не рассматривать путаных объяснений Шойера, то можно выделить несколько побочных процессов, которые теоретически могут обеспечить тягу. Это могут быть потоки воздуха, связанные с нагревом двигателя, или тепловое расширение самой экспериментальной установки. Слабую силу способно создавать отталкивание от зарядов, «оседающих» на стенах тестовой камеры, или взаимодействие EmDrive с магнитными полями проводов, или давление излучения, покидающего резонатор.

С потоками воздуха бороться проще всего — достаточно проводить испытания в вакууме. Такие тесты были проделаны учеными из Дрездена, которые обнаружили тягу на уровне всего 0,02−0,03 мН/кВт — на пределе погрешности измерений. Кроме того, физики отметили, что использовали резонатор (то самое медное «ведро») с невысокой добротностью. Излучение быстро покидало его, увеличивая шансы на вклад других побочных процессов. Сотрудники NASA Eagleworks получили немного бóльшие цифры — 1,2±0,1 мН/кВт. При этом они утверждают, что отследили все возможные источники побочных процессов.

Emdrive двигатель

Это много или мало?

Строго говоря, миллиньютон (мН) — это меньше, чем вес одной песчинки сахара. Но если говорить о реактивном полете в космосе, то даже тяга 1 мН, непрерывно действуя на протяжении нескольких лет, позволяет разогнать 100-килограммовый аппарат до приличных скоростей.

Можно подсчитать, что за десять лет такой зонд разгонится на 3 км/с и (с учетом стартовой второй космической скорости) преодолеет порядка 3,5 млрд км. Но если мы оценим тягу на уровне, который обещает Шойер (200 мН/кВт), то получим ускорение уже до 600 км/с и дистанцию в 660 астрономических единиц — расстояний от Солнца до Земли.

Так — слабо, но очень долго и экономно расходуя рабочее тело — действуют ионные и фотонные двигатели. Первые «выстреливают» в пространство заряженными ионами, разогнанными до десятков километров в секунду. Их тяга может достигать 60 мН/кВт, однако они требуют использовать рабочее тело — обычно запас инертного газа. К примеру, аппарат Dawn, который недавно завершил основную миссию по исследованию Цереры, был вынужден взять на борт 425 кг ксенона.

Emdrive двигатель

Фотонные двигатели обладают несравненно меньшей тягой, порядка нескольких микроньютонов на киловатт мощности лазерного излучения. Источником тяги в них выступает импульс фотонов, вылетающих в космическое пространство. Зато фотонные двигатели не требуют брать с собой ни топлива, ни рабочего тела.

В самом конце 2016 года Китайская академия космических технологий (CAST) сообщила, что уже несколько лет проводит собственные исследования потенциальных возможностей EmDrive и его применения. По словам одного из руководителей CAST Чэня Юэ, организация провела собственные, «многолетние и многократно повторенные» эксперименты, подтвердившие наличие у EmDrive тяги. Использованный в Китае прототип создавал всего несколько миллиньютонов, но в ближайшее время будут разработаны новые конструкции, рассчитанные на 100 мН и больше. Возможно, они будут испытаны уже на орбите.

Нельзя забывать о пассивных двигателях, не требующих ни электроэнергии, ни топлива для своей работы, — о солнечных парусах. Тяга, которую они развивают, определяется площадью паруса и расстоянием до Солнца. Около Земли 1 м² отражающего материала будет развивать тягу в 0,1 мН. Суммарная тяга японского экспериментального аппарата IKAROS с парусом в 200 м² достигала как раз 2 мН. Для понимания масштаба добавим, что тяга двигателей сверхтяжелой ракеты Saturn V, отправлявшей астронавтов на Луну, составляла 34 000 000 Н.

Может, они ошибаются?

Публикация работы в рецензируемом научном журнале означает, что статья прошла проверку несколькими независимыми экспертами в соответствующей области. Эта процедура поддерживает достаточно высокий уровень статей, но даже она не позволяет избежать ошибок.

Emdrive двигатель

Можно вспомнить, как в 2014 году международная коллаборация BICEP опубликовала результаты своих многолетних исследований в одном из самых престижных научных журналов Physical Review Letters. Ученые утверждали, что обнаружили следы гравитационных волн при изучении реликтового излучения. Однако эта трактовка была неверной, и сенсационные результаты оказались влиянием галактической пыли.

Журнал, в котором команда Eagleworks опубликовала свою работу, может похвастаться в семь раз меньшим индексом цитирования, чем Physical Review Letters. Поэтому существует даже мнение о том, что процедура рецензирования в нем не столь строга и могла пропустить работу, несмотря на огрехи. Стоит отметить, что и само подразделение NASA Eagleworks — совсем небольшая лаборатория с финансированием на уровне $50 000 в год. Этого с трудом может хватить на выполнение высокоточного исследования и покупку нужного оборудования.

Emdrive двигатель

Работает — и ладно?

Если б стопроцентные доказательства работоспособности EmDrive существовали, они потребовали бы серьезной работы теоретиков. Но пока отсутствие объяснения — незыблемая скала, о которую разбиваются все доводы слишком больших энтузиастов «невозможного двигателя». Оно даже стало аргументом для отказа в публикации ранних статей в серьезных научных журналах.

Люди попроще любят замечать, что «работает и ладно, не обязательно же знать как». Однако такой подход может привести к неожиданным проблемам в долгосрочных космических миссиях. Например, если работа двигателя связана с магнитным полем, то он может непредсказуемо повести себя среди магнитных полей открытого космоса. Никому не нужно, чтоб аппарат потерял свой единственный источник тяги где-нибудь на полпути к Марсу или далеким объектам пояса Койпера. Так что к классическому требованию предъявить надежные доказательства обязательно должно прилагаться и требование объяснить все происходящее в двигателе — но пока создатели EmDrive не могут показать ни того, ни другого.

Интересно проследить, зачем профессиональные ученые работают с такими сомнительными проектами. С одной стороны, открытие реальной тяги в EmDrive может указать на принципиально новые эффекты и долгожданную «новую физику» за границами существующих моделей. С другой стороны, «закрыв» тягу невозможного двигателя, ученые смогут наконец разрешить давно надоевший всем спор. А по пути — создать новые сверхточные методы для исследования сверхмалых сил.

Источник: www.PopMech.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.