Содержание
Новое объяснение принципа работы «невозможного» двигателя EmDrive: это все фотоны
Финские ученые считают, что EmDrive не нарушает закон сохранения импульса
Источник — https://geektimes.ru/post/277408/
(Продолжение темы. Предыдущие посты:
http://ru-universe.livejournal.com/934167.html , http://ru-universe.livejournal.com/903292.html .
Ссылки на материалы на эту тему, размещённые в нашем сообществе ранее, см. здесь.)
Эпопея с так называемым «невозможным» двигателем EmDrive на электромагнитных волнах продолжается. На данный момент ряд известных ученых и научных организаций подтвердили работоспособность EmDrive. Двигатель представляет собой систему, состоящую из резонатора (металлический усеченный конус) и магнетрона. Двигатель работает, это факт. Каким образом? Такая система каким-то образом создает тягу под влиянием электромагнитного излучения. Существует несколько гипотез, объясняющих появление тяги.
Пока что ни одна гипотеза не была доказана. Собственное объяснение принципа работы EmDrive в этом месяце предложили финские ученые.
По их мнению, образование тяги в этой системе объясняется определенным типом интерференции волн, а именно — деструктивной интерференцией. Под конструктивной интерференцией понимается такой тип комбинирования отраженных волн при резонансе, когда происходит усиление волнами друг друга. В случае деструктивной интерференции максимумы одних волн приходятся на минимумы других, при этом резонанс отсутствует. Если речь идет о волнах на воде, то при деструктивной интерференции они накладываются друг на друга, и поверхность воды выглядит спокойной.
Можно привести и другой пример, с электронами. Так, интерференция рамановских переходов электрона различной степени нелинейности является деструктивной.
А причем здесь фотоны?
По мнению физиков из Финляндии, в резонаторе этого двигателя из большого количества всех частиц выделяются пары фотонов, которые находятся в противофазе друг с другом.
Такие пары, считают ученые, уносят импульс в сторону, противоположную движению двигателя. Взаимодействие этих фотонов приводит в возникновению электромагнитной волны с нулевой поляризацией. Но импульс эта волна все же переносит.
«Принцип работы EmDrive можно сравнить с принципом работы реактивного двигателя самолета, когда газы, двигающиеся в одном направлении, толкают самолет в противоположном направлении», — говорит Арто Аннила (Arto Annila), представитель команды ученых из Финляндии. «Микроволновое излучение — это топливо, которое уходит в резонатор… а тягу в EmDrive создают пары фотонов. Когда два фотона движутся вместе, но имеют противоположные фазы, тогда у этой пары нет электромагнитного поля, следовательно, она не будет отражаться от металлических стенок, а уйдет».
По мнению исследователей, тяга в двигателе возникает под влиянием волн, длина которых не кратна расстоянию между стенками резонатора. Это возможно только в том случае, если резонатор несимметричен. Если бы он был полностью симметричным, то тяга бы не возникала.
В случае EmDrive тяга будет проявляться при любой асимметричной конфигурации. Вероятно, что эффективность работы двигателя зависит как от мощности микроволнового источника, так и от материала резонатора EmDrive, а также от его формы. И зависимость эта нелинейна.
Финны подчеркивают, что их идея — это всего лишь предположение, как и гипотезы их коллег, пытавшихся объяснить принцип действия EmDrive раньше. Физики из Финляндии надеются, что инженеры смогут создать тестовые системы для проверки их теории парных фотонов. Для этого нужно также устройство, которое называется интерферометром. Интерферометр — измерительный прибор, действие которого основано на явлении интерференции. Принцип действия интерферометра заключается в следующем: пучок электромагнитного излучения (света, радиоволн и т. п.) с помощью того или иного устройства пространственно разделяется на два или большее количество когерентных пучков. Каждый из пучков проходит различные оптические пути и направляется на экран, создавая интерференционную картину, по которой можно установить разность фаз интерферирующих пучков в данной точке картины.
Еще фотоны
В апреле работу EmDrive пытался связать с взаимодействием фотонов физик Майк Макалох (Mike McCulloch) из Плимутского университета. Макалох предлагает объяснить принцип работы двигателя при помощи эффекта Унру. Этот эффект был назван в честь физика Билла Унру, который открыл его в 1976 году. Он показал, что понимание вакуума зависит от типа движения наблюдателя через пространство-время. К примеру, если неподвижный наблюдатель находится в вакууме, то в случае ускорения этот наблюдатель увидит вокруг себя множество частиц, которые находятся в термодинамическом равновесии. Другими словами, о вакууме можно говорить только относительно определенного объекта. При этом инерция, по словам Махалоха — это давление теплового излучения на ускоряющееся тело. При малых ускорениях волны излучения Унру превышают размеры всей Вселенной, что позволяет говорить о квантовании инерции.
Теория несколько необычная, но она кроме принципа работы EmDrive объясняет еще один эффект — пролетные аномалии.
Пролётная аномалия — это неожиданное увеличение энергии во время гравитационных манёвров космических аппаратов около Земли. Эта аномалия наблюдалась как доплеровский уход частоты в S-диапазоне и X-диапазоне и дальней телеметрии.
Так вот, Макалох предположил, что у фотонов есть инертная масса. Фотоны отражаются внутри корпуса EmDrive, следовательно, они испытывают инерцию. Длины волн излучения Унру в этом случае очень малы, их размер сравним с размером корпуса двигателя. Если в широкой части конуса могут поместиться волны Унру, которые не помещаются в узкой части резонатора, то инерция фотонов, которые отражаются, должны меняться. А для сохранения импульса система создает тягу. По мнению автора этой теории, она согласуется с теми величинами тяги, которые были получены в экспериментах.
Проверить как теорию финнов, так и теорию англичанина можно экспериментально, проведя серию тестов с EmDrive. И если окажется, что тягу в «невозможном» двигателе создают именно фотоны, это позволит технологам создать EmDrive с иной формой резонатора, что приведет к созданию большей тяги у двигателя.
Что это может означать для космонавтики? Значительное сокращение времени полета космических аппаратов. Например, New Horizons с EmDrive мог бы добраться до Плутона всего за 18 месяцев вместо 9 лет. Если EmDrive получится масштабировать, то и полет к ближайшим звездам вместо сотен и тысяч лет мог бы занять всего несколько десятков лет. Это, конечно, тоже много, но уже более реально.
Невозможный двигатель EmDrive провалил новый самый точный тест
FUTURYCON
Автор:
FUTURYCON
03 апреля 2021 21:08
Метки: EmDrive будущее колонизация космоса космический корабль космос межзвездные перелеты технологии
4983
2
1
EmDrive — это гипотетический двигатель для космических ракет, который, как утверждают его энтузиасты и сторонники, может генерировать тягу без выхлопа.
Но это нарушило бы всю известную физику.
Когда в 2016 году команда из лаборатории НАСА Eagleworks заявила, что замерила тягу от устройства EmDrive, это вызвало настоящий переполох. Но последняя попытка воспроизвести шокирующие результаты привела к простому ответу: предыдущее измерение Eagleworks было связано с нагревом подвески двигателя, а не с какой-либо новой физикой.
EmDrive — относительно простое устройство: это пустая полость, которая не является идеально симметричной. По объяснению адептов технологии EmDrive, отражая электромагнитное излучение внутри, конусная форма полости приводит к чистой тяге двигателя, несмотря на то, что из привода ничего не проистекает. Была надежда, что результат с фиксацией чистой тяги привода EmDrive в 2016 году командой из лаборатории НАСА Eagelworks это начало революции в понимании физики и будущего космических полетов.
Но большинство физиков было настроено скептически.
Закон сохранения импульса (количества движения) утверждает, что изначально неподвижный объект не может начать двигаться без действующей на него внешней силы. Эксперимент Eagleworks нарушал этот закон.
Закон сохранения импульса подтверждался бесчисленное количество раз на протяжении веков — фактически, этот принцип лежит в основе почти каждой отдельной теории физики. Поэтому, по сути, почти каждый раз, когда подтверждается какая-либо физика, также проверяется сохранение количества движения.
Результаты эксперимента Eagleworks изначально выглядели не очень надежными. Хотя команда утверждала, что измерила тягу, это не была статистически значимая величина и, по-видимому, она явилась результатом наблюдения случайных колебаний, о которых и сообщили авторы.
Для проверки результатов 2016 года команда из Дрезденского технологического университета под руководством профессора Мартина Таймара переоборудовала экспериментальную установку Eagleworks.
И эта проверка многих разочаровала .
Сообщая о своих результатах на конференции Proceedings of Space Propulsion Conference 2020, профессор Таймар сказал:
«Мы обнаружили, что причиной «тяги» было тепловое воздействие. Для наших тестов мы использовали конфигурацию EmDrive, созданную группой Гарольда Уайта (которая использовалась в лабораториях Eagleworks, потому что она лучше всего задокументированв, и ее результаты опубликованы в Journal of Propulsion and Power).
С помощью новой конструкции измерительной шкалы и измененных точечных опор подвески того же двигателя мы смогли воспроизвести видимые силы тяги, аналогичные тем, которые были измерены командой НАСА, но также [смогли и] заставить их исчезнуть с помощью точечной подвески».
По сути, кажущаяся тяга Eagleworks привода EmDrive возникла из-за нагрева шкалы, которую они использовали для измерения тяги, а не из-за какого-либо движения самого привода.
«Когда мощность поступает на EmDrive, двигатель нагревается.
Это также вызывает деформацию крепежных элементов на шкале, в результате чего шкала перемещается к новой нулевой точке. Мы смогли предотвратить это с помощью улучшенной конструкции», — продолжил профессор Таймар.
Его заключение ставит крест на мечтах об EmDrive:
«Наши измерения опровергают все утверждения EmDrive как минимум на 3 порядка».
Но убедит ли это сторонников EmDrive и заставит ли их отказаться от продолжения экспериментов по модернизации этой «невозможной технологии»?
Источник:
АНТИФИШКИ
Всё о политике в мире
Ссылки по теме:
Реалистичные секс-роботы — конец человеческих отношений
Как в 1900-е годы люди представляли себе путешествия будущего
Китайцы доставили на Землю лунный груз
Самый большой в мире дрон будет запускать спутники на орбиту
Спутник от Capella Space может видеть сквозь стены
Метки: EmDrive будущее колонизация космоса космический корабль космос межзвездные перелеты технологии
Новости партнёров
реклама
НАСА публикует документ EmDrive, показывающий работу двигателя
Долгожданный и долгожданный документ НАСА по ЭМ (электромагнитному приводу), в котором подробно описаны испытания двигателя, бросающего вызов законам физики, наконец-то прошел рецензирование и опубликован.
В статье НАСА под названием «Измерение импульсной тяги от закрытой радиочастотной полости в вакууме» рассмотрены и опубликованы усилия, предпринятые лабораторией NASA Eagleworks по тестированию двигательной установки EmDrive, впервые предложенной британским изобретателем Роджером Шойером в 1919 году.99.
Команда Eagleworks выдвинула гипотезу о том, как EmDrive может создавать тягу, что противоречит нынешнему пониманию физики человечеством.
Двигатель рекламировался как новый способ движения без топлива, при котором силовая установка производит 1,2 миллиньютона силы на каждый киловатт тяги.
Первоначальные испытания EmDrive показали, что он бросает вызов законам физики, поскольку противоречит третьему закону Ньютона, который гласит, что все должно иметь равную и противоположную реакцию.
Законы физики гласят, что для того, чтобы система создавала тягу, она должна что-то отталкивать в сторону, тогда как EmDrive достигает тяги, не делая этого.
Если EmDrive докажет свою эффективность в качестве жизнеспособного источника для космических путешествий, он сделает космические корабли намного быстрее, легче и дешевле, поскольку вместо использования тяжелого ракетного топлива для движения и переноски топлива он может использовать свой инновационный метод отражения микроволновых фотонов.
внутри металлического барабана миллионы раз в секунду.
Этот метод движения создает небольшую толкающую силу на каждом конце барабана, приводимую в движение фотонами, прыгающими туда-сюда с молниеносной скоростью.
EmDrive противоречит установленным законам физики, поскольку он создает тягу и энергию из ничего. Но с его средствами самодвижения даже без использования энергии, такой как топливо, EmDrive, похоже, идет вразрез с общепризнанной мудростью третьего закона Ньютона.
В статье НАСА, которая была опубликована в Интернете в Журнале движения и мощности Института аэронавтики и астронавтики 17 ноября, в качестве части своих выводов подчеркивается, что испытательная кампания для EmDrive состояла из элемента обратной тяги, который отражал прямую тягу. элемент, который включал в себя испытание нулевой тяги из трех испытаний, проведенных в вакууме при мощности 80 Вт, чтобы попытаться определить любые мирские источники импульсной тяги, которые не были идентифицированы.
В то же время данные по тяге вперед, назад и нуль показали, что система постоянно работала очень близко к средней импульсной производительности, измеренной в воздухе.
По словам британского изобретателя Роджера Шойера, который первым предложил такую двигательную установку, EmDrive может быть настолько эффективным благодаря своей движущей силе, что сможет доставить людей на Марс всего за 70 дней.
Чтобы объяснить, как EmDrive может достичь тяги, не используя традиционную силовую установку и игнорируя законы физики, команда NASA Eagleworks предлагает гипотезу в своей недавней статье, объясняя, что: «вспомогательная физическая модель, используемая для получения силы, основанной на на рабочих условиях в тестовом изделии можно отнести к категории нелокальной теории скрытых переменных или, для краткости, теории пилотной волны».
Теория пилотных волн предполагает, что частицы действительно имеют точное положение, а импульсы во все времена считаются скрытыми переменными.
Это поднимает вопрос о том, что невидимый элемент, такой как темная материя, действительно может быть необнаруженной реакцией, приводящей в действие EmDrive, и, следовательно, фактически соответствует третьему закону Ньютона. Также было выдвинуто несколько других теорий о том, как может работать устройство.
EmDrive потенциально может стать движущей силой будущих космических путешествий, обладая многими преимуществами по сравнению с предыдущими двигательными установками, использовавшимися на космических кораблях. НАСА намерено испытать EmDrive в космосе в ближайшие месяцы.
Мифическая форма космического движения наконец-то получает настоящее испытание
С момента зарождения космической эры мечте о поездке в другую солнечную систему мешала «тирания ракетного уравнения», которое устанавливает жесткие ограничения от скорости и размера космического корабля, который мы запускаем в космос. Ученые подсчитали, что даже с самыми мощными на сегодняшний день ракетными двигателями потребуется 50 000 лет, чтобы добраться до нашего ближайшего межзвездного соседа, Альфы Центавра.
Если люди когда-нибудь надеются увидеть инопланетный рассвет, время в пути должно будет значительно сократиться.
Из передовых концепций двигателей, которые теоретически могли бы осуществить это, немногие вызвали столько ажиотажа и споров, как EmDrive. Впервые описанный почти два десятилетия назад, EmDrive работает путем преобразования электричества в микроволны и направления этого электромагнитного излучения через коническую камеру. Теоретически микроволны могут воздействовать на стенки камеры, чтобы создать достаточную тягу для приведения в движение космического корабля, когда он окажется в космосе. Однако на данный момент EmDrive существует только в качестве лабораторного прототипа, и до сих пор неясно, способен ли он вообще создавать тягу. Если это так, силы, которые он генерирует, недостаточно сильны, чтобы их можно было заметить невооруженным глазом, не говоря уже о том, чтобы приводить в движение космический корабль.
Однако за последние несколько лет несколько исследовательских групп, в том числе одна из НАСА, утверждают, что им удалось создать тягу с помощью EmDrive.
Если это правда, то это станет одним из крупнейших прорывов в истории освоения космоса. Проблема в том, что тяга, наблюдаемая в этих экспериментах, настолько мала, что трудно сказать, реальна ли она.
Technische Universität Dresden
Решение заключается в разработке инструмента, который может измерять эти мизерные величины тяги. Поэтому группа физиков из Немецкого технического университета в Дрездене решила создать устройство, которое удовлетворило бы эту потребность. Возглавляемый физиком Мартином Таймаром проект SpaceDrive направлен на создание инструмента, настолько чувствительного и невосприимчивого к помехам, что он раз и навсегда положит конец спорам. В октябре Таймар и его команда представили свой второй набор экспериментальных измерений EmDrive на Международном астронавтическом конгрессе, и их результаты будут опубликованы в Acta Astronautica в августе этого года. Основываясь на результатах этих экспериментов, Таймар говорит, что решение саги об EmDrive может появиться только через несколько месяцев.
Многие ученые и инженеры отвергают EmDrive, потому что он нарушает законы физики. Микроволны, давящие на стенки камеры EmDrive, похоже, создают тягу ex nihilo, которая противоречит закону сохранения импульса — все это действие и никакой реакции. Сторонники EmDrive, в свою очередь, апеллировали к интерпретациям квантовой механики, чтобы объяснить, как EmDrive может работать, не нарушая ньютоновской физики. «С теоретической точки зрения никто не воспринимает это всерьез, — говорит Таймар. Если EmDrive способен создавать тягу, как заявляют некоторые группы, он говорит, что они «понятия не имеют, откуда исходит эта тяга». Когда в науке возникает теоретический раскол такого масштаба, Таймар видит только один способ закрыть его: экспериментировать.
В конце 2016 года Таймар и еще 25 физиков собрались в Эстес-Парке, штат Колорадо, на первую конференцию, посвященную EmDrive и связанным с ним экзотическим двигательным установкам. Одна из самых захватывающих презентаций была сделана Полом Марчем, физиком из лаборатории NASA Eagleworks, где он и его коллега Гарольд Уайт тестировали различные прототипы EmDrive.
Согласно презентации Марча и последующей статье, опубликованной в Journal of Propulsion and Power , он и Уайт наблюдали тягу в несколько десятков микроньютонов в своем прототипе EmDrive. (Для сравнения, один двигатель SpaceX Merlin производит около 845 000 ньютонов тяги на уровне моря.) Проблема для Гарольда и Уайта, однако, заключалась в том, что их экспериментальная установка допускала несколько источников помех, поэтому они не могли сказать, наверняка, было ли то, что они наблюдали, тягой.
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, 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.