изследване

Митичният космически двигател най-накрая преминава реалния тест

От раждането на космическата епоха, мечтата напътуването до друга слънчева система беше запазено в "ракетно ограничение", което сериозно ограничава скоростта и размера на космическия кораб, който пускаме в космоса. Учените смятат, че дори използването на най-мощните ракетни двигатели днес ще отнеме около 50 000 години, за да достигне до най-близкия междузвезден съсед, Alpha Centauri. Ако хората някога се надяват да видят изгрева на чуждото слънце, времето за преминаване трябва да бъде значително намалено.

Работи ли невъзможен двигател EmDrive?

Сред напредналите концепции на двигателя, които биха моглиза да се измъкнат от земята, много малко хора предизвикаха толкова вълнение - и противоречие - като EmDrive. Първо описан преди почти двадесет години, EmDrive работи чрез преобразуване на електричеството в микровълни и насочване на това електромагнитно излъчване през конична камера. На теория, микровълните могат да упражняват натиск върху стените на камерата и да създават достатъчен натиск за преместване на космически кораб в космоса. В момента обаче EmDrive съществува само като лабораторен прототип и все още не е ясно дали тя може да генерира сцепление. Ако се създаде, тогава силите, които не са достатъчно силни, за да се виждат с просто око, да не говорим за преместване на устройството.

Въпреки това, през последните няколко години няколкоучени, включително НАСА, твърдят, че успешно са произвели апетита с EmDrive. Ако това е вярно, ние очакваме един от най-големите пробиви в историята на космическите изследвания. Проблемът е, че наблюдаваният в тези експерименти натиск е толкова малък, че е трудно да се каже дали изобщо съществува.

Решението е да се разработи инструменткойто може да измери тези незначителни прояви на тяга. Ето защо, екип от физици от германския Технически университет в Дрезден реши да създаде устройство, което да реши този проблем. Проектът SpaceDrive, ръководен от физик Мартин Тимар, е да създаде инструмент, който е толкова чувствителен и неподатлив на намеса, че ще сложи край на дискусията веднъж завинаги. През октомври Тимар и неговият екип представиха втория си набор от експериментални измервания на EmDrive на Международния астронавтически конгрес, а резултатите от тях ще бъдат публикувани в Acta Astronautica през август. Въз основа на резултатите от експериментите, Тимар казва, че резолюцията на сагата с EmDrive ни очаква за няколко месеца.

Много учени и инженери не вярват в EmDrive,защото нарушава законите на физиката. Микровълните, които натискат стените на камерата EmDrive изглежда да генерират ex nihilo тяга, т.е. от нищо, което противоречи на запазването на импулса - действие и без противодействие. Поддръжниците на EmDrive от своя страна търсят отговори в хитри интерпретации на квантовата механика, опитвайки се да разберат как EmDrive може да работи, без да нарушава нютоновата физика. „От теоретична гледна точка никой не го възприема сериозно“, казва Тимар. Ако EmDrive може да генерира глад, както твърдят някои групи, „никой няма представа откъде идва.“ Когато науката има теоретична пропаст от такава величина, Тимар вижда само един начин да го затвори: експериментален.

В края на 2016 г. Tymar и още 25 физицисъбрани в Estes Park, Колорадо, за първата конференция на EmDrive и екзотични моторни системи. Едно от най-интересните изказвания бе направено от Пол Марш, физик в лабораторията на НАСА Игълкънс, в която той и колегата му Харолд Уайт изпробваха различни прототипи на EmDrive. Според представянето на Марш и последващия доклад, публикуван в Journal of Propulsion and Power, той и Уайт наблюдаваха няколко десетки микроелементи на тягата в своя прототип EmDrive. За сравнение, един SpaceX Merlin двигател произвежда около 845 000 нютона на морското равнище. Проблемът обаче за Марш и Уайт беше, че експерименталната им инсталация включваше няколко източника на смущения, така че те не можеха да кажат със сигурност какво е причината за натиска или специфичната намеса.

Tymamar и Дрезденската група използваха точникопие на прототипа EmDrive, използван в лабораторията на НАСА. Това е пресечен меден конус - с отрязан връх - малко по-малко от един метър дължина. Този дизайн дойде с друг инженер, Роджър Шюер, който за пръв път описва EmDrive през 2001 година. По време на изпитването EmDrive конусът се поставя във вакуумна камера. Извън камерата устройството генерира микровълнов сигнал, който се предава по коаксиални кабели към антените вътре в конуса.

Това не е първият отбор в Дрезденопитвайки се да измери почти незабележима сила. Те са създали подобни устройства за работа с йонни двигатели, които се използват за точно позициониране на спътниците в пространството. Тези двигатели с микроелектронна помощ помагат на спътниците да откриват слаби явления, като гравитационни вълни. Но за изучаване на EmDrive и подобни двигатели без гориво е необходима резолюция на нанотръб.

Нов подход е да се приложи усукваневезни, тип баланс на махалото, който измерва количеството на въртящия момент, приложено към оста на махалото. По-малко чувствителна версия на този баланс беше използвана и от екипа на НАСА, когато решиха, че EmDrive произвежда глад. За точно измерване на тази малка сила, екипът на Дрезден използва лазерен интерферометър за измерване на физическото изместване на балансовите тежести, произведени от EmDrive. Според Taymara, техните торсионни люспи имат резолюция нанонтона и поддържат тласкащи устройства с тегло няколко килограма, което прави тези скали най-чувствителните от съществуващите.

Но наистина чувствителните скали на тягата са малко вероятнище бъде полезно, ако не можете да определите дали откритата сила, а не проява на външна намеса. И има много алтернативни обяснения за наблюденията на Марш и Бяло. За да се определи дали EmDrive всъщност произвежда тяга, учените трябва да могат да предпазят устройството от намеса на магнитните полета на Земята, сеизмичните вибрации на околната среда и топлинното разширение EmDrive, свързано с микровълново загряване.

Според Теймар правите промениКонструкцията на торсионния баланс - за по-добър контрол на електрозахранването на EmDrive и за нейното предпазване от магнитни полета - ще реши редица проблеми със смущенията. Беше много по-трудно да се реши проблемът с „термичния дрейф“. Когато захранването се подава към EmDrive, медният конус се загрява и разширява, което измества центъра на тежестта си толкова много, че торсионният баланс регистрира сила, която може да бъде объркана за сила на натиск. Taiman и неговият екип се надяваха, че промяната на ориентацията на двигателя ще помогне за решаването на този проблем.

В хода на 55 експерименти Тимар и неговите колегирегистрира средно 3,4 силни микроелектроника от EmDrive, което е много подобно на това, което са открили в НАСА. Уви, тези сили, очевидно, не дойдоха на теста за термично изместване. Те са по-характерни за термичното разширение, отколкото за тягата.

Но за EmDrive надеждата не се губи. Тимар и неговите колеги също разработват два допълнителни вида теглилки, включително свръхпроводящ баланс, които ще помогнат за елиминирането на фалшивите аларми, причинени от топлинния дрейф. Ако открият сила от EmDrive на тези скали, има голяма вероятност това наистина да е тласък. Но ако не бъдат открити скали, това ще означава, че всички предишни наблюдения на EmDrive са фалшиво положителни. Тимар се надява да получи окончателна присъда преди края на годината.

Но дори и отрицателни резултати нямаозначава присъда за EmDrive. Има много други видове двигатели без гориво. И ако учените някога развият нова форма на движение на слаба тежест, свръхчувствителните теглителни люспи ще помогнат да се отдели фикция от фактите.

Вярвате ли, че EmDrive работи? Разкажете ни в нашия чат в Telegram.