"Niemożliwy silnik" okazał się naprawdę niemożliwe

Naukowcy z Drezdeńskiego uniwersytetu technicznego mierzyli pragnienia "niemożliwe silnika" EmDrive, który nie wymaga do pracy, paliwa i narusza prawo zachowania pędu, i doszli do wniosku, że żadnej magii tu nie ma. Eksperyment pokazał, że zarejestrowana wędka jest niewystarczająca osłanianie zabudowy, a w konsekwencji wcześniej неучтенным wpływem pola magnetycznego Ziemi. O swoich wnioskach naukowcy podzielili się na konferencji Space Propulsion Conference.

Naukowcy pod kierownictwem Martina Таймара mierzyli pragnienia EmDrive z pomocą крутильной zabudowy, którą konsekwentnie doskonaliła w ciągu czterech lat. Zasada działania tej instalacji przypomina крутильные wagi, wymyślone pod koniec XVIII wieku i stosowane do eksperymentalnej weryfikacji prawa Coulomba i Newtona. Крутильные wagi stanowią zrównoważony poprzeczny, zawieszony na pionowej nici. Gdy dźwignia działają siły zewnętrzne, obraca się i kąt odchylenia można sądzić o wielkości zastosowanych sił. W instalacji niemieckich naukowców zamiast nici używane wrażliwe крутильные sprężyny, które trzymały aparat z silnikiem, a przesunięcie kamery измерялось za pomocą interferometru laserowego. To pozwoliło ustalić siłę ciągu wielkości rzędu kilku микроньютонов.

Kamera do przeprowadzenia eksperymentu i jej schemat

Oczywiście, naukowcy starali się jak najwięcej, aby zmniejszyć potencjalne oddziaływanie zewnętrznych sił, które można by pomylić z ciągiem od "niemożliwe silnika". Do tego kamera została zainstalowana na osobnym betonowym bloku, zdecydowanej drgań fundamentu. Aparat pompowana do ciśnienia około jednego pascala (100 tysięcy razy mniej atmosferycznego), bronili wszystkie ważne części zabudowy od zewnętrznego promieniowania elektromagnetycznego za pomocą blach, a także starali się nie dopuścić do przegrzania elektroniki, kontrolując jego temperaturę za pomocą podczerwieni kamer.

Przed rozpoczęciem głównych eksperymentów fizyki откалибровали instalacji, aby upewnić się, że są one naprawdę wyeliminować wszystkie czynniki zewnętrzne. W końcu, po pomiarach poprzecznego badacze obracali silnik wewnątrz aparatu, aby sprawdzić, nie odbijają się, czy na wynikach jakieś pozaksięgowych czynniki. W idealnej sytuacji, kiedy czynników takich nie ma, kierunek przesunięcia aparatu powinno być przeciwnie do kierunku poprzecznego silnika — tak, przy kącie obrotu silnika 0 stopni przesunięcie kamery pozytywnie, w temperaturze 180 stopni negatywnie, a przy kącie 90 stopni — w ogóle nie ma.

Pomiary z silnikiem EmDrive wykazały nieco inne zachowanie. Oczywiście, przy zerowym kącie siła trakcji sięgała czterech микроньютонов przy mocy wzmacniacza około dwóch watów, a po włączeniu silnika o 180 stopni przesunięcie zmieniło znak. W ten sposób okazało się, że stosunek siły ciągu do mocy wynosi około dwóch миллиньютонам na kilowatów, że prawie dwa razy więcej, niż wyniki poprzednich eksperymentów. Jednak przy kącie 90 stopni fizyki tak samo rejestrowali przesunięcie aparatu, choć miało nie być. Ponadto, w przypadku siły tłumienia drgań elektromagnetycznych wewnątrz silnika prawie sto tysięcy razy wartość poprzecznego praktycznie nie zmieniała się. To znaczy, że w rzeczywistości obserwowane w eksperymencie drążek była związana nie z silnikiem, a z stanowiły odpowiednie naruszenie czynnikami zewnętrznymi.

Jako takich czynników może działać pole magnetyczne Ziemi, podkreślają badacze. Fizyki dodają, że wszystkie biorące udział w eksperymencie urządzenia ekranizowali, a także używane kable koncentryczne wszędzie, gdzie tylko można, jednak pole i tak mogło dostać się do środka instalacji przez miejsca ich połączeń. Oczywiście, musiało mocno się odłączyć, jednak wartość zmierzonej poprzecznego tak mała, że można odpisać na ten efekt. W rzeczywistości, natężenie pola magnetycznego Ziemi wynosi około 50 microtesla, a natężenie prądu zasilającego wzmacniacz, sięgała dwóch amperów. Korzystając z prawa Ampere, łatwo obliczyć, że w takich warunkach pragnienia około dwóch микроньютон może utworzyć odcinek przewodu o długości zaledwie dwa centymetry. W celu wyeliminowania tej siły należy ekranizować wzmacniacz i kamery jednocześnie, zwiększając rozmiar metalowej klatki Faradaya. Autorzy artykułu podkreślają, że we wszystkich poprzednich pomiarach poprzecznego EmDrive to maskowanie nie produkowano, a ponieważ ich wyniki należy dokładnie sprawdzić.

Ludzie od dawna marzą o międzygwiezdnej podróży, jednak spełnić to marzenie przeszkadza wiele trudności technicznych. Jedna z największych — konieczność ponoszenia na pokładzie statku kosmicznego ogromną masę paliwa, ponieważ innych technologii umożliwiających by rozwijać wysokie prędkości w przestrzeni kosmicznej u nas jeszcze nie. Polegamy na łącznik reakcyjny, i w tym właśnie zawarta jest jeden z problemów.

Aby statek mógł dolecieć do najbliższego układu Słonecznego gwiazdy — Проксиме Centauri, (odległość około 4,2 roku świetlnego), — konieczne jest masa paliwa, porównywalnej z masą Słońca.

W tej chwili są prowadzone rozwoju alternatywnych sposobów przyspieszania statków kosmicznych, na przykład, za pomocą tych samych słonecznych żagli, które wykorzystują do jazdy energię wiatru słonecznego lub promieniowania laserowego. Na przykład, projekt Breakthrough Starshot oferuje uruchomić do Проксиме Centauri małe statki (o masie około jednego grama), które będą przyspiesza z powodu wiatru słonecznego i osiągnięty gwiazdy w ciągudwadzieścia lat. Jednak takie rozwiązania nie można skalować na "ludzkie" wymiary.

Silnik EmDrive, jeszcze jedna alternatywa biernej trakcji, dawał nadziei jak technologia, która otworzy nam drogę do межзвездным podróży. Silnik został zaproponowany Rogerem Шойером jeszcze w 1999 roku. Składa się on z niesymetrycznego rezonatora i магнетрона, który celuje w niego promieniowanie elektromagnetyczne i pobudza stojące fale elektromagnetyczne. Z kolei, z powodu несимметричности konstrukcji fale tworzą różne ciśnienie na ścianki silnika i są źródłem poprzecznego.

Praca takiego silnika łamie prawo zachowania pędu, jeden z fundamentalnych praw fizyki. Jednak liczne eksperymenty twierdzili, że pragnienia EmDrive nadal tworzy. Na przykład w opublikowanym w listopadzie 2016 roku pracy inżynierowie z NASA informowali o ciągnieniu około 80 микроньютонов przy załączonej mocy elektrycznej około 60 watów. A we wrześniu ubiegłego roku o działającym prototypie silnika, "niemożliwe" z punktu widzenia nauki, ogłosili również .