Міфічний космічний двигун нарешті пройде справжнє випробування

З самого народження космічної епохи мрія проВід'їжджаючи до іншої сонячну системи утримувалася в «ракетної вузді», яка жорстко обмежує швидкість і розміри космічного корабля, який ми запускаємо в космос. За оцінками вчених, навіть при використанні самих потужних ракетних двигунів сьогодні потрібно близько 50 000 років, щоб досягти нашого найближчого міжзоряного сусіда - Альфи Центавра. Якщо люди коли-небудь сподіваються побачити схід інопланетного сонця, час транзиту має суттєво скоротитися.

Чи працює неможливий двигун EmDrive?

Серед передових концепцій двигуна, який мігб зрушити все це з мертвої точки, далеко не всі викликали стільки ж хвилювання - і протиріч - як EmDrive. Вперше описаний майже двадцять років тому, EmDrive працює за рахунок перетворення електрики в мікрохвилі і напрямки цього електромагнітного випромінювання через конічну камеру. Теоретично, мікрохвилі можуть чинити тиск на стінки камери і створювати достатню тягу для руху космічного апарату, що знаходиться в космосі. На даний момент, однак, EmDrive існує тільки як лабораторний прототип, і до сих пір неясно, чи здатний він взагалі створювати тягу. Якщо і створює, то сили, які недостатньо сильні, щоб їх можна було побачити неозброєним оком, не кажучи вже про те, щоб рухати апарат.

Однак за останні кілька років кількавчених, в тому числі і NASA, стверджували, що успішно провели тягу з EmDrive. Якщо це правда, нас чекає один з найбільших проривів в історії освоєння космосу. Проблема в тому, що тяга, яка спостерігається в цих експериментах, настільки мала, що важко сказати, чи існує вона взагалі.

Рішення полягає в розробці інструменту,який зможе виміряти ці незначні прояви тяги. Тому команда фізиків з німецького Technische Universität Dresden вирішила створити пристрій, яке дозволило б вирішити цю проблему. Проект SpaceDrive, очолюваний фізиком Мартіном Таймаром, полягає в створенні інструменту, настільки чутливого і невосприимчивого до перешкод, що він раз і назавжди покладе край дискусії. У жовтні Таймар і його команда представили свій другий набір експериментальних вимірювань EmDrive на Міжнародному астронавтичному конгресі, і їх результати будуть опубліковані в Acta Astronautica вже в цьому серпні. Відштовхуючись від результатів експериментів, Таймар каже, що дозвіл саги з EmDrive чекає нас через пару місяців.

Багато вчених і інженери не вірять в EmDrive,оскільки він порушує закони фізики. Мікрохвилі, що штовхають стінки камери EmDrive, по всій видимості, генерують тягу ex nihilo, тобто з нічого, яка йде врозріз із збереженням імпульсу - дія і ніякої протидії. Прихильники EmDrive, в свою чергу, шукають відповіді в хитрих інтерпретаціях квантової механіки, намагаючись зрозуміти, як міг би працювати EmDrive без порушення ньютонівської фізики. «З теоретичної точки зору ніхто не сприймає це всерйоз», говорить Таймар. Якщо EmDrive здатний генерувати тягу, як стверджують деякі групи, «ніхто й гадки не має, звідки вона береться». Коли в науці є теоретичний розрив такого масштабу, Таймар бачить лише один спосіб його закрити: експериментальний.

В кінці 2016 року Таймар і 25 інших фізиківзібралися в Естес Парку, штат Колорадо, на першу конференцію, присвячену EmDrive і пов'язаним з ним екзотичним руховим системам. Одне з найцікавіших виступів зробив Пол Марш, фізик лабораторії NASA Eagleworks, в якій він зі своїм колегою Гарольдом Уайтом тестував різні прототипи EmDrive. Згідно з презентацією Маршу і подальшого доповіддю, опублікованою в Journal of Propulsion and Power, він і Уайт спостерігали кілька десятків мікроньютонов тяги в своєму прототипі EmDrive. Для порівняння, один двигун SpaceX Merlin виробляє близько 845 000 ньютонів тяги на рівні моря. Однак проблема для Маршу і Уайта полягала в тому, що їх експериментальна установка включала кілька джерел перешкод, тому вони не могли стверджувати напевно, ніж була обумовлена ​​тяга, яка конкретна перешкода.

Таймар і Дрездені група використовували точнукопію прототипу EmDrive, використаного в лабораторії NASA. Вона являє собою мідний усічений конус - з обрізаним верхом - завдовжки трохи менше фута. Цю конструкцію придумав ще інженер Роджер Шойер, який першим описав EmDrive в 2001 році. Під час випробувань конус EmDrive поміщається у вакуумну камеру. За межами камери пристрій генерує мікрохвильовий сигнал, який передається по коаксіальним кабелям на антени всередині конуса.

Це не перший випадок, коли команда в Дрезденінамагається виміряти майже непомітну силу. Вони створювали подібні пристрої для роботи над іонними двигунами, які використовуються для точного позиціонування супутників в космосі. Ці мікроньютоновие двигуни допомагають супутникам виявляти слабкі явища, такі як гравітаційні хвилі. Але для вивчення EmDrive і подібних двигунів без палива буде потрібно наноньютоновое дозвіл.

Новий підхід полягав у застосуванні торсіоннихваг, балансу маятникового типу, який вимірює величину крутного моменту, прикладеного до осі маятника. Менш чутлива версія цього балансу також використовувалася командою NASA, коли вони вирішили, що EmDrive виробляє тягу. Щоб точно виміряти цю невелику силу, Дрездені команда використовувала лазерний інтерферометр для вимірювання фізичного усунення ваг балансу, виробленого EmDrive. За словами Таймара, їх торсіонні ваги володіють наноньютоновим дозволом і підтримують підрулюють пристрою вагою в кілька кілограмів, що робить ці ваги тяги найбільш чутливими з існуючих.

Але по-справжньому чутливі ваги тяги навряд чибудуть корисні, якщо ви не зможете визначити, чи є виявлена ​​сила тягою, а не проявом зовнішнього втручання. І існує безліч альтернативних пояснень спостережень Маршу і Уайта. Щоб визначити, чи проводить EmDrive тягу насправді, вчені повинні зуміти екранувати пристрій від інтерференції магнітних полів Землі, сейсмічних вібрацій навколишнього середовища і теплового розширення EmDrive, пов'язаного з нагріванням мікрохвилями.

За словами Таймара, внесення змін доконструкцію торсіонного балансу - щоб краще контролювати джерело живлення EmDrive і захистити його від магнітних полів - дозволить вирішити ряд інтерференційних проблем. Куди складніше було вирішити проблему «теплового дрейфу». Коли потужність подається на EmDrive, мідний конус нагрівається і розширюється, що зміщує його центр ваги настільки, що торсіонний баланс реєструє силу, яку помилково можна прийняти за силу тяги. Тайман і його команда сподівалися, що зміна орієнтації двигуна допоможе вирішити цю проблему.

В ході 55 експериментів Таймар і його колегизареєстрували в середньому 3,4 мікроньютона сили від EmDrive, що було дуже схоже на те, що виявили і в NASA. На жаль, ці сили, як видно, не прийшли випробування на теплове зсув. Вони були більш характерні для теплового розширення, ніж для тяги.

Але для EmDrive надія ще не втрачена. Таймар і його колеги також розробляють два додаткових типу ваг тяги, включаючи надпровідний баланс, який допоможе усунути помилкові спрацьовування, викликані тепловим дрейфом. Якщо вони виявлять силу від EmDrive на цих терезах, є велика ймовірність, що це дійсно поштовх. Але якщо ніякої тяги ваги не виявлять, це буде означати, що всі попередні спостереження тяги EmDrive були хибнопозитивними. Таймар сподівається отримати остаточний вердикт до кінця року.

Але навіть негативні результати не будутьозначати вирок для EmDrive. Є багато інших типів двигунів без палива. І якщо вчені коли-небудь розроблять нові форми руху на слабкій тязі, надчутливі тягові ваги допоможуть відокремити фантастику від факту.

А ви вірите в те, що EmDrive працює? Розкажіть в нашому чаті в Телеграма.