ImDrive umulig motor: ind i rummet uden brændstof

Den første artikel kan læses her.

En artikel om en mærkelig og kontroversiel enhed, EmDrive-motoren, er blevet offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift for American Institute of Aeronautics and Cosmonautics. Ifølge nogle fysikere kan dette design i princippet ikke fungere. Dette ville være i strid med den grundlæggende naturlov og bevarelse af fart. Andre forsøger at finde en rimelig forklaring på, hvorfor EmDrive stadig fungerer, eller i det mindste pålidelige bevis for dens ydeevne. De tiltrækkes af det rystende, men storslåede mål - en motor, der kan omdanne elektricitet til trækkraft uden brændstof eller en jetstrøm. Eller den endelige lukning af en langvarig konflikt.

Videnskabelig publikation kan være et vigtigt skridt i historien om den "umulige" motor. På trods af tilstedeværelsen af ​​snesevis af eksperimentelle kontroller blev deres resultater ikke offentliggjort i peer-reviewede tidsskrifter. Dette hindres af manglen på teoretiske fundamenter, der forklarer, hvordan EmDrive fungerer. Derudover kan mange eksperimenter ikke kaldes "ren" - der er mange faktorer, der kan skabe udseendet af motorens drift. Vi vil tale mere om dem, men vi vil starte med andre spørgsmål.

Hvad er dette?

Dette er en hypotetisk motor foreslået af den britiske opfinder Roger Scheuer. At spise elektricitet skaber det (ifølge Scheuer og hans ikke alt for mange tilhængere) svag trækkraft uden brug af arbejdsvæske. Denne mærkelige kendsgerning er også indikeret af flere andre eksperimenter. En åbenlyst krænkelse af loven om bevarelse af momentum gør det imidlertid nødvendigt at omhyggeligt nærme sig sådanne udsagn - og mange eksperter påpeger fejl i design af eksperimenter, der kunne skabe illusionen om en svag, men eksisterende trang.

Mirakelmotoren er simpelthen arrangeret, enhver entusiast, der har mestret styringen af ​​et loddejern, kan samle den. Det består af to hoveddele: en magnetron og en resonator. En magnetron er et vakuumrør, der bruges til at generere stråling i en konventionel mikrobølgeovn. Den består af en hul cylinderanode og en central hårkatode. Under påvirkning af spænding flyver elektroner ud af katoden og begynder at bevæge sig langs komplekse stier inde i cylinderen og udsender mikrobølger. De overføres gennem bølgelederen fra magnetronen til resonatoren, svarende til en kobberspand dækket med et låg. Ifølge motor opfinderen Roger Scheuer er det her, det sjove begynder.

Ifølge Scheuer er hovedtræk ved EmDrive formen på resonatoren. Opfinderen antyder, at de på grund af forskellen i diameteren på for- og bagvæggen (som bunden af ​​skovlen og dens låg) påvirkes af kræfter af forskellig størrelse, der er forårsaget af en stående elektromagnetisk bølge i resonatoren. Deres resulterende og skubber motoren fremad og skaber trækkraft, der er rettet mod "bunden". Efter flere meddelelser, der argumenterede for denne idé, klarede Scheuer derefter, at den virkelige mekanisme er noget mere kompliceret og kan være forbundet med manifestationen af ​​virkningerne af den specielle relativitetsteori (SRT).

Hvad er der galt med ham?

Faktisk, hvis man ser på den første forklaring af motorens mekanisme, viser det sig, at den ligner historien om Baron Munchausen, der trak sig selv og sin hest ud af sumpen ved håret. EmDrive er et lukket system, der ikke smider noget i miljøet. Et sådant objekt kan ikke øge sin fart uden ekstern påvirkning, ligesom Munchausen ikke kunne øge sin egen, uanset hvor hårdt den trækker. Tilhængere af motoren parry disse argumenter ved at sige, at det er muligt at lade resonatoren udvises fra vakuumtilstand eller at involvere SRT i forklaringen. Imidlertid har fysikere gentagne gange bemærket uhøfligheden i sådanne estimater eller fraværet af fysisk betydning i dem.

motorapparattrækkeArbejdsprincip
Ion-motorDawn (3 stk ombord)0, 030 NArbejdsvæske: ioniseret xenon
FotonmotorPrototype YK Bae Corp0, 035 NArbejdsmedium: fotoner af en 500 kilowatt laser
SolsejlIKAROS0, 002 NSolvindpartikeltryk
Flydende raketmotorF-1 LRE (5 stk. På 1. trin i Saturn V LV)6.700.000 NBrændstofpar: parafin, ilt
EmDrive *-0, 00002 til 0, 4 N *Trækkraftkilde (hvis nogen) ukendt
* Ifølge forskellige kilder er det endnu ikke bekræftet.

Men alligevel var essensen af ​​Scheuer's udsagn ikke så meget i teoretiske beskrivelser som i den kendsgerning, at han angiveligt registrerede reelle træk fra motoren. På sin hjemmeside indikerer forskeren et tryk på omkring 200-230 mN / kW - mere end for ionmotorer, der skubber rumfartøjer og skubber ud ladede partikler accelereret i et elektrisk felt.

Ved at beslutte, at forklaringen af ​​denne trang var op til teoretikerne, testede flere eksperimentelle grupper EmDrive i deres laboratorier. Sådant arbejde blev udført af forskere fra det kinesiske nordvest polytekniske universitet og det tekniske universitet i Dresden. For nylig blev de sammen med forfatterne af en artikel offentliggjort i Journal of Propulsion and Power, forskere fra NASA Eagleworks-divisionen, der traditionelt beskæftiger sig med agenturets mest kontroversielle og "futuristiske" projekter.

Ja, men lille?

De første tests gav tilsyneladende opmuntrende resultater: en vis kraft virkede på den tændte enhed. Det viste sig imidlertid at være meget mindre end den værdi, Scheuer forudsagde, og jo mere nøjagtigt eksperimentet blev udført, desto mindre blev trykket registreret. Men sagen er i princippet: hvor kan den endda komme fra? Hvis vi ikke overvejer Scheuer's forvirrede forklaringer, kan vi skelne adskillige sideprocesser, som teoretisk kan give trækkraft. Det kan være luftstrømme, der er forbundet med motoropvarmning, eller termisk udvidelse af selve det eksperimentelle opsætning. En svag kraft kan skabes ved frastødelse fra ladninger ", der sætter sig" på væggene i testkammeret, eller interaktion af EmDrive med magnetfelterne i ledningerne eller trykket fra strålingen, der forlader resonatoren.

Den nemmeste måde at håndtere luftstrømme på er at udføre test i vakuum. Sådanne test blev udført af forskere fra Dresden, der fandt skyvekraft i niveauet kun 0, 02-0, 03 mN / kW - ved grænseværdien for målefejl. Derudover bemærkede fysikere, at de brugte en resonator (den samme kobber "spand") med en lav kvalitetsfaktor. Strålingen forlod ham hurtigt, hvilket øgede chancerne for bidrag fra andre sideprocesser. NASA Eagleworks-medarbejdere modtog lidt højere tal - 1, 2 ± 0, 1 mN / kW. På samme tid hævder de, at de har sporet alle mulige kilder til sideprocesser.

Er det meget eller lidt?

Strengt taget er millinewton (mN) mindre end vægten af ​​et enkelt sukkerkorn. Men hvis vi taler om jetflyvning i rummet, tillader endda en drivkraft på 1 mN, der kontinuerligt kører i flere år, dig at accelerere et 100 pund køretøj til anstændige hastigheder.

Det kan estimeres, at i løbet af ti år vil en sådan sonde accelerere med 3 km / s, og (under hensyntagen til den lancerende anden rumhastighed) vil den overvinde ca. 3, 5 milliarder km. Men hvis vi vurderer drivkraften på det niveau, som Scheuer lover (200 mN / kW), får vi acceleration op til 600 km / s og en afstand på 660 astronomiske enheder - afstande fra solen til jorden.

Så - svagt, men meget lang og økonomisk konsumerende arbejdsvæske - ion- og fotonmotorer fungerer. Den første "skyde" ud i rummet med ladede ioner, spredt til flere titalls kilometer i sekundet. Deres drivkraft kan nå 60 mN / kW, men de kræver brug af en arbejdsvæske - normalt en inert gasforsyning. For eksempel blev Dawn, der for nylig afsluttede hovedmissionen med at forske i Ceres, tvunget til at tage 425 kg xenon om bord.

Photon-motorer har langt mindre tryk i størrelsesordenen adskillige mikroton pr. Kilowatt laserstråleeffekt. Kilden til trækkraft i dem er momentumet for fotoner, der flyver ud i det ydre rum. Men fotonmotorer kræver hverken brændstof eller arbejdsvæske med sig.

I slutningen af ​​2016 meddelte det kinesiske akademi for rumteknologi (CAST), at det i flere år har foretaget sin egen undersøgelse af de potentielle kapaciteter ved EmDrive og dens anvendelse. Ifølge en af ​​CAST-ledere, Chen Yue, gennemførte organisationen sine egne "mange år og mange gange gentagne" eksperimenter, der bekræftede tilstedeværelsen af ​​trækkraft i EmDrive. Den prototype, der blev brugt i Kina, skabte kun et par millinewtons, men nye design designet til 100 mN og mere vil blive udviklet i den nærmeste fremtid. Måske vil de allerede blive testet i kredsløb.

Vi må ikke glemme passive motorer, der hverken kræver el eller brændstof til deres arbejde - solsejl. Den drivkraft, de udvikler, bestemmes af sejlområdet og afstanden til solen. I nærheden af ​​Jorden udvikler 1 m² reflekterende materiale et træk på 0, 1 mN. Det samlede drivkraft for det japanske forsøgsapparat IKAROS med et sejl på 200 m² nåede kun 2 mN. For at forstå skalaen tilføjer vi, at drivkraften fra motorerne i den supertunge raket Saturn V, der sendte astronauter til månen, var 34.000.000 N.

Måske har de forkert?

Offentliggørelsen af ​​arbejde i en peer-reviewet videnskabelig tidsskrift betyder, at artiklen er blevet testet af flere uafhængige eksperter på det relevante felt. Denne procedure opretholder et forholdsvis højt niveau af artikler, men endda undgår det ikke fejl.

Du kan huske, hvordan det internationale samarbejde BICEP i 2014 offentliggjorde resultaterne af dets mange års forskning i en af ​​de mest prestigefyldte videnskabelige tidsskrifter Physical Review Letters. Forskere hævdede, at de fandt spor af tyngdekraftsbølger i studiet af relikviestråling. Imidlertid var denne fortolkning forkert, og de sensationelle resultater blev påvirket af galaktisk støv.

Magasinet, hvor Eagleworks-teamet offentliggjorde deres arbejde, kan prale af et syv gange lavere citeringsindeks end Physical Review Letters. Derfor er der endda en mening om, at gennemgangsproceduren i den ikke er så streng og kunne springe ud over arbejde på trods af manglerne. Det er værd at bemærke, at NASA Eagleworks-divisionen i sig selv er et meget lille laboratorium med finansiering på niveauet $ 50.000 pr. År. Dette kan næppe være nok til at udføre højpræcisionsundersøgelser og købe det nødvendige udstyr.

Det fungerer - og okay?

Hvis der eksisterede et absolut bevis på EmDrive's funktionsevne, ville de kræve seriøst arbejde af teoretikere. Men mens manglen på forklaring er en urimelig klippe, hvorpå alle argumenter fra for store entusiaster fra den "umulige motor" brydes. Det blev endda et argument for at nægte at offentliggøre tidlige artikler i seriøse videnskabelige tidsskrifter.

Folk kan mere simpelt lide at bemærke, at "det fungerer godt, det er ikke nødvendigt at vide, hvordan." Imidlertid kan denne tilgang føre til uventede problemer i langvarige rummissioner. For eksempel, hvis motoren er forbundet med et magnetfelt, kan den uforudsigeligt opføre sig mellem magnetiske felter i det ydre rum. Ingen har brug for enheden for at miste sin eneste kilde til trækkraft et sted halvvejs til Mars eller de fjerne objekter fra Kuiper-bæltet. Så det klassiske krav om at præsentere pålidelig bevis må også ledsages af kravet om at forklare alt, hvad der sker i motoren - men indtil videre kan skaberne af EmDrive ikke vise det ene eller det andet.

Det er interessant at se, hvorfor professionelle forskere arbejder med så tvivlsomme projekter. På den ene side kan opdagelsen af ​​reel trækkraft i EmDrive indikere grundlæggende nye effekter og den længe ventede “nye fysik” ud over eksisterende modeller. På den anden side, ved at "lukke" drivkraften fra en umulig motor, vil videnskabsfolk endelig kunne løse den længe kede tvist. Og undervejs - at skabe nye ultrapræcise metoder til studiet af ultra-små kræfter.

Artiklen “Det, der ikke kan”, blev offentliggjort i tidsskriftet Popular Mechanics (nr. 2, februar 2017).

Anbefalet

Sådan høres SamSat-218D, og ​​hvorfor den ikke svarer: analyse
2019
Ødelagt absolut hastighedsrekord for en produktionsbil
2019
"Niva" i den biologiske kuvert: Lada Gorbi
2019