Двигатель типа emdrive: Двигатель EmDrive

Двигатель EmDrive

Успешное освоение космоса постоянно требует от человечества изучения и открытия новых технологий, которые позволили бы иметь более мощное оборудование и создавать системы обеспечения жизни экипажа для дальнейших космических полетов. Одной из таких революционных технологий может стать гипотетический электромагнитный двигатель EmDrive, который до недавнего времени считался невозможным. Однако в 2016-м году NASA опубликовало результаты исследования и проведенных экспериментов двигателя, которые доказывают его работоспособность. Следующий шаг американского космического агентства в исследовании данного вопроса – проведение экспериментов над двигателем EmDrive в открытом космосе.

Но начнем по порядку

Содержание:

• 1 Принцип работы реактивного двигателя
• 2 Двигатель EmDrive – что это и как работает?
• 3 Результаты экспериментов
• 4 Применение

Принцип работы реактивного двигателя

Прежде всего, кратко рассмотрим принцип работы рядового двигателя ракеты. Есть три наиболее популярных типа ракетных двигателей:

• Химический – наиболее распространенный тип ракетного двигателя. Его принцип работы следующий: в зависимости от агрегатного состояния топлива (твердотопливный или жидкостный двигатель) тем или иным способом окислитель смешивается с горючим, образуя топливо. После химической реакции — топливо сгорает, оставляя после себя продукты сгорания — быстро расширяющийся разогретый газ. Струя этого газа и выходит из сопла ракеты, формируя так называемое «рабочее тело», представляющее собой ту самую «огненную» струю, которую мы часто наблюдаем, например, в телепередачах или фильмах.
• Ядерный – тип двигателя, в котором газ (например, водород или аммиак) нагревается в результате получения энергии от ядерных реакций (ядерный распад или синтез).
• Электрический – двигатель, в котором разогревание газа происходит за счет электрической энергии. Например, термический тип такого двигателя разогревает газ (рабочее тело) при помощи нагревательного элемента, в то время как статический тип – ускоряет движение частиц газа при помощи электростатического поля.

Сборка реактивного двигателя

Корпус такого двигателя обязан состоять из неплавящегося металла.

Независимо от выбора типа двигателя, для его работы потребуется внушительный запас топлива, которое делает космический корабль значительно тяжелее и требует большей мощности от того же двигателя.

Двигатель EmDrive – что это и как работает?

В 2001-м году британский инженер Роджер Шойер предложил новый тип электрического двигателя, принцип которого в корне отличается от принципа работы перечисленных выше двигателей.

Конструкция представляет собой закрытую металлическую камеру (резонатор) в форме усеченного конуса (нечто вроде ведра с крышкой), который имеет определенный коэффициент отражения микроволнового излучения. Подключенный к конусу магнетрон генерирует электромагнитное излучение в микроволновом диапазоне, которое поступает в резонатор и создает там так называемую стоячую волну. За счет резонанса энергия колебания микроволн возрастает.

Как известно, свет, или электромагнитное излучение, оказывает давление на поверхность. По причине сужения камеры в одну сторону, давление микроволн на меньшее основание усеченного конуса – меньше, чем давление на большее основание. Если рассматривать камеру как закрытую систему, то результатом описанного выше эффекта будет лишь нагрузка на материал камеры, причем на одну ее сторону – больше. Однако, создатель концепции двигателя EmDrive утверждает, что данная система является открытой по причине предельной скорости движения электромагнитного излучения («скорость света»).

Зоны тяги, создаваемые частицами

Физический принцип действия такого двигателя не ясен в полной мере. Роджер Шойер убежден, что объяснения данной технологии возможно в рамках всем известной ньютоновской механики. Вероятно, в силу наличия коэффициента отражения микроволнового излучения в камере, некоторая малая часть излучение выходит наружу, за пределы резонатора, что делает систему открытой. В то же время, выход излучения со стороны большего основания усеченного конуса происходит в большей степени по причине большей площади основания. Тогда выходящее микроволновое излучение будет аналогом рабочего тела, которое и создает тягу, движущую космический корабль в обратном направлении от излучаемых микроволн.

В то же время, исследователи НАСА предполагают, что истинна действия двигателя лежит намного глубже, в квантовой механике, в общей теории относительности, согласно которой система является открытой. Максимально упростив теорию, можно сказать, что частицы могут исчезать и рождаться в замкнутом контуре пространства-времени.

Схема двигателя EmDrive

Возможность реализации двигателя подобным методом оценивали несколько научно-исследовательских организаций, в том числе и НАСА.

Результаты экспериментов

В течение 15-ти лет было проведено множество экспериментов. И хотя результаты большинства из них подтверждали работоспособность концепции двигателя, мнение независимых экспертов отличалось от мнения экспериментаторов. Главной причиной опровержения результатов экспериментов является факт неверной постановки и осуществления эксперимента.

Наконец-то за исследования двигателя EmDrive взялось американское космическое агентство, которое обладает достаточными ресурсами для создания эксперимента, способного вынести окончательный вердикт. А именно — экспериментальная лаборатория НАСА – Eagleworks, где был сконструирован прототип двигателя EmDrive. Двигатель помещался в вакуум, где исключена какая-либо тепловая конвекция, и оказалось, что прототип действительно способен выдавать тягу. Согласно недавнему отчету НАСА, в лаборатории удалось получить тягу, имеющую коэффициент мощности 1,2±0,1 мН/кВт. Этот показатель пока значительно ниже, нежели мощность используемых сегодня ракетных двигателей, однако примерно в сто раз выше, чем мощность фотонных двигателей и солнечных парусов.

С выходом отчета об эксперименте, вероятно, эксперимент над двигателем в земных условиях окончен. Дальнейшие эксперименты над EmDrive НАСА планирует провести в космосе.

Применение

Принцип работы EmDrive

Наличие подобного двигателя в руках человечества значительно расширяет возможности освоения космоса. Начиная с относительно малого – EmDrive, установленный на МКС, значительно понизил бы запасы топлива на станции. Это позволило бы продлить срок эксплуатации станции, а также в разы сократить грузовые миссии по доставке топлива. Следовательно, сократиться финансирование миссий и поддержка работоспособности станции.

Если рассмотреть рядовой геостационарный спутник, на который будет установлен данный двигатель, то масса аппарата уменьшится более чем в два раза. Подобным образом наличие EmDrive скажется и на пилотируемом космическом корабле, который будет двигаться заметно быстрее.

Если еще поработать над мощностью двигателя, то согласно расчетам, потенциал EmDrive позволяет доставить на Луну шестерых астронавтов и некоторое оборудование, после чего – вернуться на Землю – примерно за 4 часа. Аналогично полет до Марса, с подобной технологией, займет пару-тройку месяцев. Полет же до Плутона займет около двух лет. К слову, станции New Horizons потребовалось на это – 9 лет.

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 5555

Запись опубликована: 21.11.2016
Автор: Владимир Соловьев

Первый в истории человечества межзвёздный зонд может быть
оснащён двигателем EmDrive

Эмсисо | ПРОДУКЦИЯ

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ РЕШЕНИЯ

• Датчик уровня топлива для легковых автомобилей

• Электронный блок для измерения уровня СПГ в цилиндрическом резервуаре

• Автономная мультисенсорная система регистрации для автошкол

• Автомобильное устройство для системы дорожных билетов

• Высокотемпературный контроллер мотора BLDC, установленный в моторном отсеке

• Аналоговый интерфейс для диагностики автомобилей

• HW Design для автомобильных светодиодных стоп-сигналов

• Распознавание управления жестами в операционной

• Оптическая обработка изображения в глюкометре

• Устройство для ультразвуковой кавитации, используемое в косметике

• Устройство для лечения недержания мочи у женщин на основе магнитного поля

• Система терапии вращательным магнитным полем, встроенная в медицинскую кровать

• Система сбора данных для регистрации движения суставов пациента

• Система для измерения ЭКГ человека и передачи данных на телефоны iOS и Android

• Система дистанционного измерения различных характеристик поведения животных

• Регулятор отопления для кают корабля

• Система оптического распознавания количества предметов в ящике и автоматического порядка инвентаризации

• Аппаратная платформа системы мониторинга сетевых принтеров

• Система видеонаблюдения для автодорожных тоннелей

• Регистратор данных M-BUS

• Поставка HW оборудования для ядерных ускорителей

• Конструкция безопасности машины согласно EN/ISO 13849

• ПО для интеллектуального регулирующего клапана отопления

• Защищенное от окружающей среды расширение Satellite/Iridium для мобильных телефонов с BLE 4. 2

• Модернизация существующей системы водяного орошения с электронным управлением

• Автономная система видеонаблюдения сельскохозяйственных угодий

• Прибор для анализа моторного масла на основе оптики/проницаемости

• Система обнаружения подделок банкнот

• Расширенный контроллер торгового автомата

• Схема энергосбережения для холодильников

• Специализированный металлодетектор для гостиниц/ресторанов

• Беспроводное зарядное устройство для мобильных телефонов

• Система RFID и контроль шкафов для ценных вещей

• Устройство потокового аудио и группового мониторинга для туристического рынка

• Промышленный высокоэффективный контроллер светодиодного освещения

• Электронный предохранитель для охотничьего ружья

• Контроллер вентиляции для дома

• Умная мышеловка

• Электрическая система противолавинной подушки безопасности

• Полная электрическая цепь для бритвы

• Цифровой сильноточный датчик для приложений с батарейным питанием

• Высокоскоростной регистратор данных датчика для измерения переходных процессов в военном секторе

• Система измерения сверхвысокого сопротивления

• Измеритель мощности для солнечного шлюза

• ​Обнаружение утечки воды в сантехнике большого радиуса действия

• Электропривод BLDC для чувствительных к стоимости потребительских приложений

• Интегрированная сенсорная и безсенсорная система управления двигателем и аккумулятором для лесозаготовительной промышленности

• Блок управления двигателем для различных электровелосипедов

• Система управления батареями для электровелосипедов

• Блок управления двигателем для различных дверей и окон

• Моторные приводы в авиации (электрические планеры и дроны)

• Электрический внедорожный мотоцикл

• Полностью электрический гидроцикл

• Моторный привод и BMS для электролодки

• Зарядная станция (для телефонов/планшетов) в общественных местах

• Устройство для хранения энергии от солнечных батарей до батарей и обеспечения энергией дома

• Активный фильтр на 1200В 70А

• Различные блоки питания мощностью от 5 до 2000 Вт

• Ручной инструмент BLDC драйвер

• Трансмиссия для самолетов

• Устройство сбора полевых данных с возможностью подключения 2G, 3G, LTE, несколькими камерами, локальным хранилищем, внешними датчиками

• Устройство автоматического заказа с подключением 2G/3G

• Умная мышеловка

• Система для измерения ЭКГ человека с подключением BT (телефоны iOS и Android)

• Система дистанционного измерения различных характеристик поведения животных с возможностью подключения 2G/3G, BT

• Система контроля плавучести при подводном плавании с аквалангом

• Подводный модуль беспроводной связи

• Компьютер для подводного плавания Платформа HW

• Электромагнитная совместимость для всех специально разработанных продуктов, а также для различных устройств, разработанных сторонними производителями

• Испытательное оборудование, разработанное для большинства продуктов, разработанных по индивидуальному заказу, упомянутых выше, и различных систем, разработанных третьими сторонами

Могут ли двигатели EmDrive работать по-настоящему? Мы скоро узнаем, что

Таймар и дрезденская группа использовали точную копию прототипа EmDrive, который Гарольд и Уайт использовали в своих испытаниях в НАСА. Он состоит из медного усеченного конуса — конуса с обрезанной вершиной, длиной чуть меньше фута. Эта конструкция восходит к инженеру Роджеру Шойеру, который впервые описал EmDrive в 2001 году. Во время испытаний конус EmDrive помещается в вакуумную камеру. Снаружи камеры устройство генерирует микроволновый сигнал, который по коаксиальным кабелям передается на антенны внутри конуса.

Дрезденская команда уже не в первый раз пытается измерить почти незаметную силу. Они построили аналогичные приспособления для работы с ионными двигателями, которые используются для точного позиционирования спутников в космосе. Эти микроньютоновские двигатели использовались в миссии LISA Pathfinder, которая нуждается в чрезвычайно точном позиционировании для обнаружения слабых явлений, таких как гравитационные волны. Но для изучения EmDrive и подобных безтопливных двигательных установок, по словам Таймара, требовалось наноньютоновое разрешение.

Их подход заключался в использовании крутильных весов, маятникового типа, которые измеряют величину крутящего момента, приложенного к оси маятника. Менее чувствительная версия этого баланса также использовалась командой НАСА, когда они думали, что их EmDrive создает тягу. Чтобы точно измерить небольшую силу, команда из Дрездена использовала лазерный интерферометр для измерения физического смещения весов баланса, создаваемого EmDrive. По словам Таймара, их торсионная шкала имеет разрешение в наноньютон и поддерживает двигатели весом в несколько фунтов, что делает ее самым чувствительным балансом тяги из существующих.

Но действительно чувствительный баланс тяги бесполезен, если вы не можете также определить, действительно ли обнаруженная сила является тягой, а не артефактом внешнего вмешательства. И есть множество альтернативных объяснений наблюдениям Гарольда и Уайта. Чтобы определить, действительно ли EmDrive создает тягу, исследователи должны быть в состоянии защитить устройство от помех, вызванных магнитными полюсами Земли, сейсмическими колебаниями окружающей среды и тепловым расширением EmDrive из-за нагрева от микроволн.