Badacze z Uniwersytetu Technicznego w Dreźnie zmierzyli ciąg „niemożliwego silnika” EmDrive, który nie wymaga paliwa do pracy i narusza prawo zachowania pędu, i doszli do wniosku, że nie ma tu magii. Eksperyment wykazał, że zarejestrowany ciąg tłumaczy się niewystarczającym ekranowaniem instalacji, aw konsekwencji nieuwzględnionym wcześniej wpływem pola magnetycznego Ziemi. Naukowcy podzielili się swoimi odkryciami na konferencji dotyczącej napędu kosmicznego.
Naukowcy pod kierunkiem Martina Taimara mierzyli ciąg EmDrive za pomocą platformy skrętnej, którą doskonaliła konsekwentnie przez cztery lata. Zasada działania tej instalacji przypomina równowagę skrętną, wynalezioną pod koniec XVIII wieku i używaną do eksperymentalnego testowania praw Coulomba i Newtona. Równowaga skrętna to wyważone ramię zawieszone na pionowej nitce. Kiedy na dźwignię działają siły zewnętrzne, obraca się, a kąt ugięcia może być użyty do oceny wielkości przyłożonych sił. W instalacji niemieckich naukowców zamiast gwintu zastosowano czułe sprężyny skrętne, które trzymały kamerę z silnikiem, a przemieszczenie kamery mierzono interferometrem laserowym. Umożliwiło to ustalenie siły ciągu rzędu kilku mikronawonów.
Komora do eksperymentu i jej układ.
Oczywiście badacze starali się maksymalnie ograniczyć możliwy wpływ sił zewnętrznych, który można by pomylić z ciągiem „niemożliwego silnika”. W tym celu kamera została zainstalowana na oddzielnym betonowym bloku, który tłumi drgania fundamentu. Komorę ewakuowano do ciśnienia około jednego paskala (100 tys. Razy mniej niż atmosferyczne), wszystkie ważne części instalacji zabezpieczono przed zewnętrznym promieniowaniem elektromagnetycznym za pomocą blach, a także starano się zapobiec przegrzaniu elektroniki kontrolując jej temperaturę za pomocą kamer na podczerwień.
Przed wykonaniem podstawowych eksperymentów fizycy skalibrowali konfigurację, aby upewnić się, że naprawdę wykluczyli wszystkie czynniki zewnętrzne. Na koniec, podczas pomiaru ciągu, naukowcy obrócili silnik wewnątrz komory, aby sprawdzić, czy jakiekolwiek nie uwzględnione czynniki wpływają na wyniki. W idealnej sytuacji, gdy nie ma takich czynników, kierunek przesunięcia kamery powinien być przeciwny do kierunku ciągu silnika - np. Przy kącie obrotu silnika 0 stopni przemieszczenie kamery jest dodatnie, przy 180 stopni ujemne, a przy kącie 90 stopni jest całkowicie nieobecne.
Pomiary z EmDrive wykazały nieco inne zachowanie. Oczywiście przy zerowym kącie ciąg osiągnął cztery mikroniki przy mocy wzmacniacza rzędu dwóch watów, a po obróceniu silnika o 180 stopni przesunięcie zmieniło znak. Okazało się więc, że stosunek ciągu do mocy jest w przybliżeniu równy dwóm milionom na kilowat, czyli prawie dwa razy więcej niż w wynikach poprzednich eksperymentów. Mimo to fizycy pod kątem 90 stopni nadal rejestrowali przemieszczenie kamery, chociaż powinno być nieobecne. Ponadto, gdy siła oscylacji elektromagnetycznych wewnątrz silnika została stłumiona prawie sto tysięcy razy, wartość ciągu praktycznie się nie zmieniła. Oznacza to, że w rzeczywistości ciąg obserwowany w eksperymencie był związany nie z silnikiem, ale z nieuwzględnionymi czynnikami zewnętrznymi.
Ziemskie pole magnetyczne może działać jako takie czynniki - zauważają naukowcy. Fizycy dodają, że wszystkie urządzenia biorące udział w eksperymencie były ekranowane, a kable koncentryczne były używane wszędzie tam, gdzie było to możliwe, ale pole nadal mogło przenikać do instalacji przez ich złącza. Oczywiście powinno być znacznie osłabione, ale wielkość mierzonego ciągu jest tak mała, że można go łatwo przypisać temu efektowi. W rzeczywistości siła pola magnetycznego Ziemi wynosi około 50 mikrotesli, a prąd zasilający wzmacniacz dochodził do dwóch amperów. Korzystając z prawa Ampera, łatwo obliczyć, że w takich warunkach nacisk o wartości około dwóch mikronów może utworzyć odcinek drutu o długości zaledwie dwóch centymetrów. Aby wyeliminować tę siłę, należy jednocześnie zasłonić wzmacniacz i kamerę,zwiększenie rozmiaru metalowej klatki Faradaya. Autorzy artykułu podkreślają, że we wszystkich dotychczasowych pomiarach ciągu EmDrive takiego ekranowania nie wykonywano, dlatego należy dokładnie sprawdzić ich wyniki.
Ludzie od dawna marzyli o podróżach międzygwiezdnych, ale wiele trudności technicznych uniemożliwia to marzenie. Jedną z największych jest potrzeba przewożenia ogromnej masy paliwa na pokładzie statku kosmicznego, ponieważ nie mamy jeszcze innych technologii, które pozwoliłyby nam rozwijać duże prędkości w kosmosie. Opieramy się na ciągach odrzutowych i to jest jeden z problemów.
Film promocyjny:
Aby statek kosmiczny mógł polecieć do najbliższej gwiazdy Układu Słonecznego - Proxima Centauri (odległość około 4,2 lat świetlnych), potrzebuje paliwa o masie porównywalnej z masą Słońca.
W tej chwili opracowano alternatywne sposoby przyspieszania statków kosmicznych, na przykład za pomocą tych samych żagli słonecznych, które do poruszania się wykorzystują energię wiatru słonecznego lub promieniowanie laserowe. Na przykład projekt Breakthrough Starshot proponuje wystrzelenie małych statków (o masie około jednego grama) na Proxima Centauri, które zostaną przyspieszone przez wiatr słoneczny i dotrą do gwiazdy w ciągu dwudziestu lat. Jednak takich technologii nie można skalować do rozmiarów ludzkich.
Silnik EmDrive, kolejna alternatywa dla napędu odrzutowego, okazał się obiecującą technologią, która otworzy nam drogę do podróży międzygwiezdnych. Silnik został zaproponowany przez Rogera Scheuera w 1999 roku. Składa się z asymetrycznego rezonatora i magnetronu, który kieruje do niego promieniowanie elektromagnetyczne i wzbudza stojące fale elektromagnetyczne. Z kolei ze względu na asymetrię konstrukcji fale wytwarzają różne naciski na ścianki silnika i są źródłem ciągu.
Działanie takiego silnika narusza prawo zachowania pędu, jedno z podstawowych praw fizyki. Jednak liczne eksperymenty wykazały, że EmDrive nadal zapewnia przyczepność. Na przykład w artykule opublikowanym w listopadzie 2016 r. Inżynierowie z NASA poinformowali o ciągu około 80 mikronów przy przyłożonej mocy elektrycznej około 60 watów. A we wrześniu ubiegłego roku chińscy badacze ogłosili również działający prototyp silnika, „niemożliwy” z naukowego punktu widzenia.
Nikolay Khizhnyak