Ракетный двигатель emdrive: Загадка двигателя, работающего без топлива, нарушающего законы физики

EmDrive и другие невозможные двигатели. Em drive -космический двигатель будущего (май ’17) Ядерные ракеты и «лампочки»

Экология познания.Наука и техника: EmDrive относится к категории гипотетических машин, использующих в своей работе модель «РЧ тягового полостного резонатора», такие устройства работают за счет магнетрона, испускающего микроволны в закрытую металлическую камеру в форме усеченного конуса, которые затем отражаются от ее задней стенки, передавая реактивную тягу аппарату.

Даже если вы не интересуетесь двигательными установками для космических аппаратов, вам наверняка приходилось слышать об устройстве EmDrive. Упоминание о двигателе часто встречается в заголовках, описывающих его как революционную технологию, способную перевернуть представления о межзвёздных путешествиях, критически сократить время полетов между планетами как внутри Солнечной системы, так и за ее пределами и воплотить в жизнь давние мечты человечества о доступном космосе.

Это достаточно громкие и амбициозные заявления и в свое время, комментируя подобные вещи, великий астрофизик и космолог, пионер в области экзобиологии Карл Саган (Carl Sagan) сказал, что «экстраординарные заявления требуют экстраординарных доказательств». Руководствуясь этим мы и попытаемся объяснить, что же на самом деле представляет собой этот нашумевший EmDrive, и действительно ли он является ключевой технологией, которая позволит людям покорить далекие звезды.

Итак, все что вам нужно знать о «невозможном» двигателе мы попытались изложить в одной непродолжительной статье, поехали.

ЧТО ТАКОЕ EMDRIVE?

EmDrive – это двигатель-загадка. Впервые разработка была представлена аэрокосмическим инженером Роджером Шоером (Roger Shawyer) в 2001 году, а суть технологии может быть описана, как «бестопливный ракетный двигатель», в том смысле, что для него не требуется горючего, в традиционном представлении. Отсутствие на борту больших объемов топлива сделает космические корабли более легкими, их будет проще приводить в движение и, теоритически, их производство станет намного дешевле. Кроме того, гипотетический двигатель позволит достигать неимоверно высоких скоростей: астронавты смогут добираться до внешних границ Солнечной системы всего лишь за считанные месяцы.

Все дело в том, что сама по себе концепция движения без реактивного выброса массы «не стыкуется» с ньютоновским Законом сохранения импульса, который утверждает, что внутри замкнутой системы линейный и угловой моменты остаются постоянными величинами, вне зависимости от изменений, происходящих внутри этой системы. Проще говоря, если к телу не приложить внешнюю силу, то сдвинуть его с места невозможно.

Загадочный электромагнитный двигатель, который создает тягу безо всяких реактивных процессов, также нарушает и Третий (не менее фундаментальный) закон Ньютона: «На каждое действие всегда есть равное и противоположное противодействие». Так как же тогда «действие» (реактивное движение космического аппарата) происходит без «противодействия» (сжигания топлива и реактивного выброса масс) и как вообще такое возможно? Если система работает, это значит в ней задействованы силы или явления неизвестной природы или же наше понимание законов физики абсолютно ошибочно.

ПРИНЦИП РАБОТЫ EMDRIVE

Оставив на некоторое время физическую «невозможность» технологии, давайте определимся, что она собой представляет. Итак, EmDrive относится к категории гипотетических машин, использующих в своей работе модель «РЧ тягового полостного резонатора» (RF resonant cavity thruster). Такие устройства работают за счет магнетрона, испускающего микроволны в закрытую металлическую камеру в форме усеченного конуса, которые затем отражаются от ее задней стенки, передавая реактивную тягу аппарату. Опять же, выражаясь обычным языком, тело просто «отталкивается» от самого себя (как всё-таки глупы были люди, не верившие Барону Мюнхгаузену, когда он рассказывал о том, как вытащил себя за волосы из болота).

Такой принцип движения в корне отличается от того, что используют современные космические корабли, сжигающие огромное количество топлива для производства энергии, подымающей в небо массивные аппараты. Одной из метафор, раскрывающих суть «невозможности» такой технологии, может также стать предположение, что сидящий в салоне незаведенного автомобиля водитель способен сдвинуть его с места — всего лишь надавив, как следует, на рулевое колесо.

Несмотря на то, что было проведено несколько успешных тестов экспериментальных прототипов – с очень небольшим, порядка нескольких десятков мкН, выделением энергии (вес мелкой монеты) – итоги ни одного из исследований не были опубликованы в каком-либо рецензируемом журнале. Это значит, что к любым положительным результатом нужно относится с долей здорового скептицизма, который допускает, что зафиксированная тяга могла быть неучтенной силой или ошибкой аппаратуры.

Пока технология не получила соответствующего научного подтверждения, логично было бы предположить, что EmDrive, на самом деле, не работает. Однако есть множество людей, которые опытным путем доказали, что «невозможный» электромагнитный двигатель все-таки работает:

В 2001
году Шойер получил от британского правительства грант в размере £45 000 на тесты для EmDrive. Он заявил, что в ходе испытаний была получена тяга силой 0,016 Н и для этого потребовалось 850 Вт энергии, однако не одна экспертная оценка не подтвердила результат. Причем цифры были настолько малы, что легко могли сойти за погрешность измерительной техники.

В 2008
году группа китайских ученых Северо-западного политехнического университета во главе с Ян Хуаном (Yang Juan), по их заявлению, подтвердила дееспособность технологии создания тяги за счет электромагнитного резонанса и позднее разработала свою собственную рабочую модель двигателя. С 2012 по 2014 год было проведено несколько удачных тестов, в которых удалось получить тягу силой 750 миллиньютон при затраченных на это 2500 ватт энергии.

В 2014
году исследователи NASA протестировали свою модель EmDrive, причем испытания проходили также и в условиях вакуума. И снова ученые отрапортовали об успешном эксперименте (они зафиксировали тягу в 100 мкН) результаты которого, опять, не были подтверждены независимыми экспертами. В тоже время, другая группа ученых космического агентства весьма скептично отозвалась о работе коллег – однако, ни опровергнуть, ни подтвердить возможность технологии так и не смогла, призвав к проведению более глубоких исследований.

В 2015
году эта же группа NASA протестировала другую версию двигателя Cannae Drive (бывший Q-drive), созданную инженером-химиком Гвидо Фетта (Guido Fetta) и заявила оположительном результате. Практически в одно время с ними, немецкие ученые из Дрезденского технологического университета также опубликовали результаты, в которых предсказуемо подтвердили наличие «невозможной» тяги.

И уже в конце 2015
, еще один эксперимент от НАСА, проведенный группой Eagleworks (космический центр имени Джонсона) окончательно подтвердил состоятельность технологии. Тестирование проводилось с учетом предыдущих ошибок и, тем не менее, результаты оказались положительными – двигатель EmDrive производит тягу. В то же время, исследователи допускают, что обнаружились новые неучтенные факторы, одним из которых может быть тепловое расширение, ощутимо влияющее на устройство в условиях вакуума. Будет ли передана работа на рассмотрение экспертам или нет, ученые из Исследовательского центра Гленна, Кливленд, штат Огайо, Лаборатории реактивного движения НАСА и Лаборатории прикладной физики университета Джонса Хопкинса уверены, что продолжать эксперименты стоит.

ЧЕМ НАМ «СВЕТИТ» EMDRIVE

Вообще научное сообщество очень осторожно воспринимает все, что связано с EmDrive и с электромагнитными резонансно полостными двигателями в целом. Но с другой стороны, такое количество исследований вызывает несколько вопросов. Почему к технологии такой повышенный интерес и почему столько людей хотят ее протестировать? Что на самом деле может предложить двигатель с таким привлекательным концептом?

От разного рода атмосферных спутников и до более безопасных и эффективныхавтомобилей – такую широкую сферу применения пророчат новому устройству. Но главным, по-настоящему революционным последствием его внедрения являются невообразимые горизонты, которые открываются для космических путешествий.

Потенциально, корабль, оснащенный двигателем EmDrive, способен добраться до Луны всего за несколько часов, до Марса – за 2-3 месяца и до Плутона – примерно за 2 года (для сравнения: на то, чтобы долететь до Плутона зонд New Horizons потратил более 9 лет). Это достаточно громкие заявления, однако, если выяснится, что технология имеет под собой реальное основание, эти цифры не будут настолько фантастическими. И это с учетом, того что нет нужды перевозить тонны горючего, производство космических аппаратов станет более простым, а сами они будут намного легче и значительно дешевле.

Для НАСА и подобных организаций, включая множество частных космических корпораций вроде SpaceX или Virgin Galactic легковесный и доступный корабль, способный быстро добираться до самых отдаленных уголков Солнечной системы, является вещью, о которой пока можно только мечтать. Тем не менее, для реализации технологии, науке еще придется потрудиться.

В то же время, Шойер твердо убежден, что для того, чтобы объяснить, как работает EmDrive, не требуется никаких псевдонаучных или квантовых теорий. Наоборот, он уверен, что технология не выступает за рамки действующей модели ньютоновской механики. В подтверждение своих слов он написал несколько статей, одна из которых сейчас находится на рецензировании. Ожидается, что документ будет опубликован в этом году. Вместе с тем, его прошлые работы подверглись критике за некорректные и непоследовательные научные изыскания.

Несмотря на его настойчивые утверждения о том, что двигатель работает в пределах существующих законов физики, Шойер умудряется делать и несколько фантастичные предположения относительно EmDrive. Например, он заявил, что новый двигатель работает за счет варп-поля и именно поэтому последние результаты NASA были успешными. Такие выводы привлекли массу внимания онлайн сообщества. Однако, опять-же, на сегодняшний день нет прозрачных и открытых подтверждающих данных, и для того чтобы технологию восприняла официальная наука нужно провести еще не одно глубокое исследование.

Колин Джонсон (Colin Johnston), сотрудник Планетария Арма, написал , в которой раскритиковал EmDrive и неубедительные результаты множества проведенных экспериментов. Кроме того, Кори С. Пауэлл (Corey S. Powell) из Discovery, вынес свой для двигателей EmDrive и Cannae Drive, точно также, как и для исследований NASA. Профессор математики и физики Джон С. Баэз вообще назвал концепцию этой технологии «вздором» и его заключения отражают настроения многих ученых.

Двигатель EmDrive был воспринят многими с воодушевлением, среди них – вебсайтNASASpaceFlight.com , где была размещена информация о последних экспериментах Eagleworks, и популярный журнал New Scientist , который написал положительный и оптимистический отзыв об электромагнитном двигателе, в котором, тем не менее, не забыл упомянуть о необходимости предоставления дополнительных фактов, обязательных для таких спорных вопросов. Кроме того, энтузиасты со всего мира принялись строить свои модели двигателей с тягой «неизвестного происхождения», одну из интересных рабочих версий , созданную в «гаражных» условиях, предложил румынский инженер Юлиан Берка (Iulian Berca).

Прежде чем делать однозначные выводы, важно помнить о том, что физика в принципе исключает появление какой-либо тяги в EmDrive и ему подобных устройствах. Тем не менее, действительно доказанные рабочие варианты двигателей на электромагнитных волнах могут отрыть до сих пор невиданные возможности как для космического, так и наземноготранспорта и перевернуть современную науку с ног на голову. А пока большинство ученых склонны относить EmDrive к категории научной фантастики. опубликовано

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

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»).

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.

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

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 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.

Подводя итоги, следует отметить, что технология EmDrive способна значительно повысить скорость космических кораблей, сэкономить на эксплуатации аппаратов, а также топливе. Кроме того, данный двигатель позволяет человечеству осуществить те космические миссии, которые доселе были на границе возможного.

В прошлом году компания Volvo представила новое семейство 4-цилиндровых 2-литровых силовых агрегатов Drive-E . Линейка на данный момент включает два бензиновых мотора — Т5 мощнос­тью 245 л.с. и Т6, развивающий 306 л.с., а также дизель D4 с отдачей 181 л.с. В планах расширение этого ряда: мощность дизельных двигателей Drive-E будет составлять от 120 до 230 л.с., а бензиновых — от 140 до 306 л.с. (возможно, и более). Добиться этого будет несложно, применяя нагнетатели различной конст­рукции и производительнос­ти. Так, при одинаковом объеме бензиновых двигателей Т5 и Т6 первый снабжен турбонаддувом, а второй — комбинацией турбины и механического нагнетателя. Отсюда и разница в отдаче.

Что до нового турбодизеля Drive-E D4, то его изюминкой стала технология точного контроля впрыска топ­лива i-ART (intelligent Accuracy Refinement Technology). Главное ее отличие от распространенных сегодня систем Common Rail — в наличии индивидуальных датчиков давления и управляющих впрыском микроконтроллеров в каждой из четырех форсунок. Система i-ART, отслеживая давление в каждой форсунке, позволяет точнее дозировать подачу топлива в цилиндры двигателя. Это обеспечивает повышение экономичности и плавности работы мотора. Сокращению расхода топлива и вредных выб­росов способствует также повышенное до 2500 бар давление впрыска. К примеру, на модели Volvo XC70 с новым Drive-E D4 расход горючего составляет 4,9 л/100 км против 5,9 л/100 км с прежним дизелем.

Высокая экономичность, кстати, свойственна и бензиновым агрегатам линейки Drive-E. Так, у переднеприводного Volvo S60 с новым мотором Т5 расход бензина сократился с 8,6 л/100 км (с предыдущим Т5 — 249 л.с.) до 6,0 л/100 км в смешанном цикле, а на кроссовере XC60 тот же двигатель Drive-E Т5 выигрывает у предшественника (240 л.с.) почти два литра на сотню — 6,7 л/100 км против 8,5 л/100 км. Справедливости ради надо заметить, что существенный вклад в эту экономию вносит и новый 8-ступенчатый «автомат» Aisin.

В России новые моторы уже доступны. Правда, пока только два — на первых порах покупателям предлагают полноприводный универсал XC70 с дизелем D4 и модели S60, S80 и XC60 с бензиновым Т5 . Вместе с новыми силовыми агрегатами дебютировали также системы мониторинга полосы движения и помощи при параллельной парковке, а также электрический усилитель руля с тремя режимами настройки.

Всегда онлайн!

Мультимедийная система Sensus Connect — еще одна новинка, которая недавно появилась на российских моделях Volvo. Главная «фишка» — дос­туп к различным онлайн-сервисам и встроенный браузер для интернет-серфинга. Подключение к Всемирной паутине открывает, например, возможность слушать более 100 тыс. интернет-радиостанций с помощью сервиса TuneIn. Можно развернуть в автомобиле собственную точку доступа Wi-Fi, рассчитанную на подключение до восьми мобильных гаджетов. А можно, установив на смартфон специальное приложение, удаленно получать информацию о своем автомобиле. Карты в Sensus Navigation можно обновлять самостоятельно. В ближайшее время должна появиться возможность скачивать и устанавливать приложения. Ну а управление системой Sensus Connect организовано как посредством интерфейса на центральной консоли или на руле, так и с помощью голосового управления, что позволяет водителю не отвлекаться от дороги.

Независимые испытания двигателя с неизвестным принципом работы EmDrive, вроде бы подтвердившие существование его «аномальной» тяги, в очередной раз закончились крайне критическими отзывами со стороны научного сообщества. Дошло до того, что некоторые физики-теоретики предлагают вообще не рассматривать результаты эксперимента, потому что у них «нет внятного теоретического объяснения». «Лента.ру» решила разобраться и с тем, почему так получается, и с тем, какие еще необычные средства передвижения в космосе человечество придумало за свою историю.

Межзвездные путешествия при нынешнем состоянии технологий невозможны — говорит сама физика с ее законом сохранения импульса. Перефразируя известного персонажа, чтобы разогнать что-нибудь нужное, сперва следует выбросить в противоположном направлении что-нибудь ненужное — вроде ракетного топлива, которого не накопишь на путешествие за границы Солнечной системы.

Чтобы выйти из этого тупика, энтузиасты освоения космоса периодически анонсируют устройства вроде двигателя EmDrive — которые, как нам обещают, не нуждаются в выбросе топлива, чтобы набирать скорость. На вид гипотетический двигатель представляет собой ведро с магнетроном (генератором микроволн, как в СВЧ-печи) внутри. По утверждению изобретателей, раз микроволны не выходят из ведра, значит выброса чего-либо материального не происходит, при этом само «ведро» создает тягу, фиксируемую в экспериментах с 2002 года и по сей день. Причем один такой опыт проделали в НАСА, другой совсем недавно провел Мартин Таджмар (Martin Tajmar), глава немецкого Института аэрокосмического инжиниринга при Техническом университете в Дрездене. Оба учреждения трудно назвать прибежищем научных фриков — быть может, за аномальной тягой EmDrive что-то есть?

Их оппонентов, впрочем, это не смущает. Одни, как Шон Кэролл (Sean Carroll) из Калифорнийского технологического института, просто характеризует EmDrive словами , которые невозможно повторить в русскоязычных СМИ. Те, кто сдержаннее, высказывают ту же мысль иначе: EmDrive нарушает закон сохранения импульса . А Эрик Дэвис (Eric W. Davis) из Института продвинутых исследований в Остине (США) добавляет: даже если бы тяга действительно создавалась, но как в испытаниях обнаруживалась бы лишь десятками микроньютонов, то профессионалам, работающим в аэрокосмической отрасли, «вообще неинтересны новые методы передвижения, [. ..] порождающие тягу измеряемую лишь в микроньютонах» — слишком уж она невелика.

Здесь следует отметить, что последнее утверждение довольно рискованно. По данным упомянутых экспериментов НАСА, зарегистрированная тяга составила 0,4 ньютона на киловатт — и несмотря на то, что эта цифра действительно ничтожна, двигатель с такими параметрами доставил бы New Horizons к Плутону за полтора года, вместо десятилетия, потребовавшегося на практике. Иными словами, для действительно дальних перелетов ситуация крайне далека от «незаинтересованности».

Изображение: M. Tajmar and G. Fiedler / Institute of Aerospace Engineering, Technische Universität Dresden, 01062 Dresden, German

Сложнее вопрос о том, работает ли EmDrive на самом деле, или в экспериментах «регистрируется» несуществующая тяга. Мартин Таджмар — известный «разрушитель мифов», экспериментатор, поставивший несколько «аномальных» экспериментов, найдя источники их аномалий в трудно обнаруживаемых ошибках измерения. В этот раз он привлек крутильные весы и проводил сам эксперимент в глубоком вакууме, чтобы исключить влияние конвекции воздуха. Все это не помогло убрать аномальную тягу.

Однако оппоненты не утратили своего скепсиса. Тот факт, что тяга не исчезала сразу после выключения EmDrive, может указывать на то, что речь идет о каком-то тепловом эффекте, влияющем на показания регистрирующих приборов. Следует отметить, что Таджмар в своей работе детально описывает предпринятые меры по теплозащите и магнитному экранированию, которых его критики (являющиеся физиками-теоретиками) почему-то не замечают.

Более всего смущает тезис Эрика Дэвиса о том, что работа Таджмара «не будет принята рецензируемыми журналами», только потому, что она не предлагает теоретического механизма, который мог бы объяснять наблюдавшуюся аномальную тягу. Очевидно, Дэвис в курсе того, как в XIX веке Майкельсон и Морли в American Journal of Science описание эксперимента, также не предложив никакого внятного теоретического механизма, который мог бы объяснить его. Если бы тогда журнал стоял на позициях Дэвиса, результаты важнейшего эксперимента, вызвавшего кризис теории эфира и в конечном счете возникновение теории относительности, просто не были бы опубликованы. Эксперименты по бета-распаду в 1914-1930 годах формально и вовсе нарушали закон сохранения энергии, но трудно представить себе, как кто-то из физиков той поры говорит: «данные об этом не попадут в рецензируемые журналы, потому что не объяснены теоретически».

Изображение: M. Tajmar and G. Fiedler / Institute of Aerospace Engineering, Technische Universität Dresden, 01062 Dresden, German

Повторимся: отсутствие теоретического объяснения тяги EmDrive действительно означает, что, скорее всего, он не работает — по крайней мере, не работает так, как это описывает его создатель Роджер Шойер (Roger Shawyer). Но и позиция Дэвиса, сводящаяся к утверждению «не стоит тратить время на эксперименты, если у них нет теоретического объяснения», несомненно, необычна для ученого.

Впрочем, не только EmDrive пытается перевести космические полеты на принципиально новые рельсы. В конце концов, самый быстрый из запущенных людьми аппаратов «Гелиос-2 » с трудом преодолел рубеж в 70 километров в секунду. С такой скоростью полет к звездам займет тысячи лет, что лишает его практического смысла.

Первая серьезная попытка превысить скорость химических ракет была предпринята в американском проекте «Орион» еще в 1950-х. В его рамках предлагалось подрывать небольшие водородные бомбы метрах в ста за кормовой амортизирующей плитой космического корабля. Плиту для этого покрывали тонким слоем графитовой смазки, после взрыва испарявшейся, но не дававшей кораблю перегреться. Мы не случайно написали «покрывали»: помимо расчетов, проводились и опыты по такому взрыво-импульсному полету, хотя и с помощью обычной взрывчатки:

Ключевая проблема «Ориона» очевидна: при взлете он должен был вызвать радиоактивные осадки. Конечно, его можно было собирать в космосе и отправлять лишь в дальние путешествия. По расчетам, сделанным Фрименом Дайсоном в 1960-х, беспилотный «Орион» мог достигнуть Альфа Центавра за 133 года — вот только стоил бы он несколько сот миллиардов долларов.

После сворачивания «Ориона» у ученых в США и СССР возникла другая мысль: использовать вместо термоядерных взрывов обычный ядерный реактор, нагревающий водород до 2-3 тысяч градусов. Самый эффективный двигатель такого типа, советский РД-0410 прошел испытания в Казахстане и в принципе позволял сравнительно чистый ядерный старт космического корабля с Земли. Поскольку из урана можно извлечь значительно больше энергии, чем из химтоплива, в теории такие средства разгона позволяли совершить пилотируемый полет к Марсу («Марс-94»)

Возникла и конкурирующая концепция – так называемой «ядерной лампочки ». В ней активная зона реактора закрывалась кварцевой оболочкой, через которую излучение нагревало газ в рабочей зоне двигателя до 25 тысяч градусов. При такой температуре активная зона реактора излучает в ультрафиолете, для которого кварц прозрачен, что исключало его перегрев. Нагреваемый газ, увлекаемый генерируемым вихрем, в свою очередь не должен был дать перегреться оболочке двигателя. Повышение рабочей температуры на порядок резко улучшало все параметры двигателя — но при СССР дальше проработки концепции дело не ушло, а после он и вовсе потерял какие-либо перспективы на финансирование.

Изображение: NASA

Тем не менее, ядерная лампочка выглядит весьма реалистичным проектом, позволяющим добиться высоких скоростей для массивных космических кораблей на базе уже существующих технологий. Увы, ее тяга хороша для быстрых межпланетных путешествий, но слабовата для межзвездных перелетов.

150 лет тому назад, после описания Максвеллом природы света, Жюль Верн предположил, что для межзвездных путешествий лучше всего подойдет парус, отражающий свет — тогда вместо топлива корабль будут разгонять фотоны. По прибытии в систему ближайшей звезды тот же парус затормозит его, так же без топлива.

Технически проект ограничен одним фактором: корабль со скоростью, близкой к световой, должен иметь паруса в десятки квадратных километров, массой не более 0,1 грамма на квадратный метр, что чрезвычайно трудно реализовать на практике.

Но еще в 1970-х годах был предложен так называемый лазерный парус : отражатель куда меньших размеров, разгоняемый лазерным излучателем с околоземной орбиты. Многие годы лазеры требуемой мощности просто не удавалось построить. Однако несколько лет назад Филип Лубин (Philip Lubin) из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (США) предложил вместо них создать группы из множества более мелких излучателей, действующих по принципу фазированной антенной решетки, с итоговой мощностью, ограниченной лишь их числом. В рамках его концепта DESTAR-6 разгон космического зонда массой 10 тонн до околосветовой скорости может быть осуществлен в пределах Солнечной системы — до 30 астрономических единиц от Солнца (дальше проблемы с фокусировкой лазеров не дадут разгонять корабль).

Иллюстрация: Philip M. Lubin

Конечно, DESTAR-6 должна быть огромной группировкой. Каждый из ее элементов по проекту Лубина должен питаться от солнечных батарей, из-за чего общие размеры такой группы — тысяча на тысячу километров. При сегодняшних ценах вывода грузов на орбиту, это те же сотни миллиардов долларов, что и для проектов типа «Ориона».

Поэтому летом 2015 года Лубин предложил использовать зонды минимальной массы: полупроводниковые пластины больших размеров, на которых предлагается расположить все необходимые зонду электронные и оптические компоненты. Их будет достаточно, чтобы делать снимки в оптическом диапазоне, обрабатывать и отправлять их на Землю, используя для этого энергию солнечных батарей с лицевой поверхности пластин. Толщина пластин может быть такой же, как у современных кремниевых подложек — менее миллиметра. Уменьшив массу зонда до десятка килограмм, можно будет доставить зонд к Альфа Центавра всего за 20 лет (0,2 скорости света). Размеры разгоняющей группировки спутников с лазерами на борту при этом могут быть уменьшены до 33 на 33 километра. Конечно, снимки на нем не смогут быть идеальными, да и затормозиться там зонду не удастся, из-за чего первая миссия к звездам будет напоминать пролет New Horizons возле Плутона. Впрочем, на фоне наших нынешних знаний о системе Альфа Центавра и это было бы манной небесной.

Все предложенные выше варианты требуют как минимум десятков лет ожидания. Нет ли более быстрого способа? В первой половине 90-х годов этот вопрос пришел в голову мексиканскому физику Мигелю Алькуберре (Miguel Alcubierre). Если окажется возможным получить отрицательную массу/энергию, ее можно использовать для создания «пузыря», сжимающего пространство прямо перед собой и расширяющего его позади себя, предположил ученый. Идея была чисто теоретической и даже фантастической. Даже при существовании отрицательной энергии, перемещение пузыря диаметром в 200 метров потребует энергии, эквивалентной массе Юпитера. Однако в последние несколько лет были предложены модификации его идеи, в которой «пузырь» , сравнивая параметры двух половин расщепленного лазерного луча, одну из которых он подвергает воздействию, теоретически способному искривлять пространство. В 2013 году в таком эксперименте были получены признаки искривления пространства — причем безо всякой материи с отрицательной массой. Увы, результаты не были окончательными: слишком много помех действует на интерферометр, чувствительность которого требуется существенно повысить.

И кстати об EmDrive: чтобы найти объяснение аномальной тяге, создаваемой «ведром», группа Уайта провела эксперимент с резонирующей полостью EmDrive, пропуская через нее лазерный луч своего интерферометра. Исследователи заявили, что луч в ряде случаев определенно проходил через полость за разное время. Сам Уайт склонен трактовать это как признак того, что по каким-то причинам внутри полости существуют слабые искривления пространства, что может быть как-то связано с аномальной тягой EmDrive.

Любой двигатель, к разработке которого не предпринимают никаких шагов, является невозможным. Первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания поехал еще в 1807 году, однако отсутствие интереса к изобретению (и целому ряду ему подобных), привело к тому, что большинство населения Земли считает изобретателем автомобиля то ли Форда, то ли Даймлера. Сходная история случилась с паровым двигателем и турбиной, все компоненты которых были изготовлены еще во времена Римской империи. Если мы будем считать межзвездные путешествия невозможными, они несомненно останутся таковыми.

И все же надежда есть. Достаточно безопасные ядерные ракетные двигатели испытывались еще десятилетия назад, они, как и технологии лазерного паруса, вполне реальны уже сегодня — было бы желание за них взяться. Возможно, нам повезет и физики откроют новые явления, которые позволят повторить историю открытия ядерной энергии. Когда Эйнштейн в 1934 году сообщал миру, что «нет ни малейших признаков, что атомную энергию когда-либо удастся использовать», Лео Силлард как раз разрабатывал концепцию цепной ядерной реакции, а до запуска основанного на ней атомного реактора оставалось всего восемь лет.

Спутник компании Cannae из шести юнитов CubeSat. Рендер: Cannae Inc.

Что такое Em-Drive — комментарий специалиста

— кандидат технических наук

Em-Drive
, ElectroMagnetic Drive
, элетромагнитный движитель — это эфирный двигатель на основе магнетрона, который представляет собой загадку для физиков, пораженных релятивистской идеологией. Впервые разработка была представлена аэрокосмическим инженером Роджером Шоером
(Roger Shawyer) в 2001 году, а суть технологии может быть описана, как «бестопливный ракетный двигатель», в том смысле, что для него не требуется горючего, рабочего тела, создающего традиционную реактивную тягу.

Китайские ученые заявили, что создали рабочую версию бестопливного двигателя EmDrive, чей принцип действия до сих пор остается неизвестным. Аппарат испытали на борту космической лаборатории «Тяньгун-2» и теперь собираются использовать на орбитальных спутниках.

Схема одного из рабочих прототипов EM-Drive

Em-Drive, ElectroMagnetic Drive, элетромагнитный движитель — это эфирный двигатель на основе магнетрона, который представляет собой загадку для физиков, пораженных релятивистской идеологией. Впервые разработка была представлена аэрокосмическим инженером Роджером Шоером (Roger Shawyer) в 2001 году, а суть технологии может быть описана, как «бестопливный ракетный двигатель», в том смысле, что для него не требуется горючего, рабочего тела, создающего традиционную реактивную тягу.

Отсутствие на борту больших объемов рабочего тела сделает космические корабли более легкими, их будет проще приводить в движение и, теоретически, их производство станет намного дешевле. Кроме того, такой двигатель позволит достигать неимоверно высоких скоростей: космонавты смогут добираться до внешних границ Солнечной системы всего лишь за считанные месяцы.

Все дело в том, что сама по себе концепция движения без реактивного выброса массы, если считать, что вакуум — это ничто, «не стыкуется» с законом сохранения импульса, который утверждает, что внутри замкнутой системы линейный и угловой моменты остаются постоянными величинами, вне зависимости от изменений, происходящих внутри этой системы. Проще говоря, если к телу не приложить внешнюю силу, то сдвинуть его с места невозможно.

Загадочный электромагнитный двигатель, который создает тягу безо всяких реактивных процессов, также нарушает и Третий (не менее фундаментальный) закон динамики: «На каждое действие всегда есть равное и противоположное противодействие». Так как же тогда «действие» (реактивное движение космического аппарата) происходит без «противодействия» (сжигания топлива и реактивного выброса масс) и как вообще такое возможно? Если система работает, это значит в ней задействованы силы или явления неизвестной природы или же наше понимание законов физики абсолютно ошибочно.

Принцип работы EM-Drive

Оставив на некоторое время релятивистскую «невозможность» технологии, давайте определимся, что она собой представляет. Итак, EM-Drive относится к категории машин, использующих в своей работе модель «СВЧ тягового полостного резонатора» (RF resonant cavity thruster). Такие устройства работают за счет магнетрона, испускающего микроволны в закрытую металлическую камеру в форме усеченного конуса, которые затем отражаются от ее задней стенки, передавая реактивную тягу аппарату. Опять же, выражаясь обычным языком, тело просто «отталкивается» от самого себя (как всё-таки глупы были люди, верившие Альберту Эйнштейну, а не Барону Мюнхгаузену, когда он рассказывал о том, как вытащил себя за волосы из болота).

Такой принцип движения в корне отличается от того, что используют современные космические корабли, сжигающие огромное количество топлива для производства энергии, подымающей в небо массивные аппараты. Одной из метафор, раскрывающих суть «невозможности» такой технологии, может также стать предположение, что сидящий в салоне незаведенного автомобиля водитель способен сдвинуть его с места — всего лишь надавив, как следует, на рулевое колесо.

Несмотря на то, что было проведено несколько успешных тестов экспериментальных прототипов – с очень небольшой, порядка нескольких грамм, тягой (вес мелкой монеты) – итоги ни одного из исследований не были опубликованы в каком-либо рецензируемом журнале, которые строго блокируют любые публикации, подрывающие релятивистские догматы. Это значит, что любые положительные результаты и описания технологии можно найти только в Интернете.

Роджер Шойер и его EM-Drive

Пока технология не получила соответствующего официального академического подтверждения, логично было бы предположить, что EM-Drive, на самом деле, не работает. Однако есть множество людей, которые опытным путем доказали, что «невозможный» электромагнитный двигатель все-таки работает:

В 2001 году
Шойер получил от британского правительства грант в размере 45 тыс. евро на тесты для EM-Drive. Он заявил, что в ходе испытаний была получена тяга силой 0,016 Н (~1,5 Г) и для этого потребовалось 850 Вт энергии, однако экспертные оценки релятивистов, естественно, опровергают этот результат. Причем цифры были настолько малы, что легко могли сойти за погрешность измерительной техники.

В 2008 году
группа китайских ученых Северо-западного политехнического университета во главе с Ян Хуаном
(Yang Juan), по их заявлению, подтвердила дееспособность технологии создания тяги за счет электромагнитного резонанса и позднее разработала свою собственную рабочую модель двигателя. С 2012 по 2014 год было проведено несколько удачных тестов, в которых удалось получить тягу силой 0,75Н при электрической мощности питания 2,5 Квт.

В 2014 году
исследователи NASA протестировали свою модель EM-Drive, причем испытания проходили также и в условиях вакуума. И снова ученые отрапортовали об успешном эксперименте (они зафиксировали тягу в 0,0001Н) результаты которого, опять, не были подтверждены независимыми экспертами. В тоже время, другая группа ученых космического агентства весьма скептично отозвалась о работе коллег – однако, ни опровергнуть, ни подтвердить возможность технологии так и не смогла, призвав к проведению более глубоких исследований.

В 2015 году
эта же группа NASA протестировала другую версию двигателя Cannae Drive (бывший Q-drive), созданную инженером-химиком Гвидо Фетта
(Guido Fetta) и заявила о положительном результате. Практически в одно время с ними, немецкие ученые из Дрезденского технологического университета также опубликовали результаты, в которых предсказуемо подтвердили наличие «невозможной» тяги.

И уже в конце 2015, еще один эксперимент от НАСА, проведенный группой Eagleworks (космический центр имени Джонсона) окончательно подтвердил состоятельность технологии. Тестирование проводилось с учетом предыдущих ошибок и, тем не менее, результаты оказались положительными – двигатель EM-Drive производит тягу. В то же время, исследователи допускают, что обнаружились новые неучтенные факторы, одним из которых может быть тепловое расширение, ощутимо влияющее на устройство в условиях вакуума. Будет ли передана работа на рассмотрение экспертам или нет, ученые из Исследовательского центра Гленна, Кливленд, штат Огайо, Лаборатории реактивного движения НАСА и Лаборатории прикладной физики университета Джонса Хопкинса уверены, что продолжать эксперименты стоит.

Чем нам «светит» EM-DRIVE

Вообще научное сообщество очень осторожно воспринимает все, что связано с EM-Drive и с электромагнитными резонансно полостными двигателями в целом. Но с другой стороны, такое количество исследований вызывает несколько вопросов. Почему к технологии такой повышенный интерес и почему столько людей хотят ее протестировать? Что на самом деле может предложить двигатель с таким привлекательным концептом?

От разного рода атмосферных спутников и до более безопасных и эффективных автомобилей – такую широкую сферу применения пророчат новому устройству. Но главным, по-настоящему революционным последствием его внедрения являются невообразимые горизонты, которые открываются для космических путешествий.

Потенциально, корабль, оснащенный двигателем EM-Drive, способен добраться до Луны всего за несколько часов, до Марса – за 2-3 месяца и до Плутона – примерно за 2 года (для сравнения: на то, чтобы долететь до Плутона зонд New Horizons потратил более 9 лет). Это достаточно громкие заявления, однако, если выяснится, что технология имеет под собой реальное основание, эти цифры не будут настолько фантастическими. И это с учетом, того что нет нужды перевозить тонны горючего, производство космических аппаратов станет более простым, а сами они будут намного легче и значительно дешевле.

Для НАСА и подобных организаций, включая множество частных космических корпораций вроде SpaceX или Virgin Galactic легковесный и доступный корабль, способный быстро добираться до самых отдаленных уголков Солнечной системы, является вещью, о которой пока можно только мечтать. Тем не менее, для реализации технологии, науке еще придется потрудиться.

В то же время, Шойер твердо убежден, что для того, чтобы объяснить, как работает EM-Drive, не требуется никаких псевдонаучных или квантовых теорий. Наоборот, он уверен, что технология не выступает за рамки действующей модели механики. В подтверждение своих слов он написал несколько статей, одна из которых сейчас находится на рецензировании. Ожидается, что документ будет опубликован в этом году. Вместе с тем, его прошлые работы подверглись критике за некорректные и непоследовательные научные изыскания.

Несмотря на его настойчивые утверждения о том, что двигатель работает в пределах существующих законов физики, Шойер умудряется делать и несколько фантастичные предположения относительно EM-Drive. Например, он заявил, что новый двигатель работает за счет варп-поля и именно поэтому последние результаты NASA были успешными. Такие выводы привлекли массу внимания онлайн сообщества. Однако, опять-же, на сегодняшний день нет прозрачных и открытых подтверждающих данных, и для того чтобы технологию восприняла официальная наука нужно провести еще не одно глубокое исследование.

Колин Джонсон (Colin Johnston), сотрудник Планетария Арма, написал объемную статью, в которой раскритиковал EM-Drive и неубедительные результаты множества проведенных экспериментов. Кроме того, Кори С. Пауэлл (Corey S. Powell) из Discovery, вынес свой обвинительный вердикт для двигателей EM-Drive и Cannae Drive, точно также, как и для исследований NASA. Другая сановная обезьяна — профессор математики и физики Джон С. Баэз вообще назвал концепцию этой технологии «вздором» и его заключения отражают настроения многих так называемых ученых, на самом деле вздорных начетчиков, думающих, что если они всю жизнь зубрили релятивистский вздор, то стали учеными.

Двигатель EM-Drive был воспринят многими с воодушевлением, среди них – вебсайт NASASpaceFlight.com, где была размещена информация о последних экспериментах Eagleworks, и популярный журнал New Scientist, который написал положительный и оптимистический отзыв об электромагнитном двигателе, в котором, тем не менее, не забыл упомянуть о необходимости предоставления дополнительных фактов, обязательных для таких спорных вопросов. Кроме того, энтузиасты со всего мира принялись строить свои модели двигателей с тягой «неизвестного происхождения», одну из интересных рабочих версий, созданную в «гаражных» условиях, предложил румынский инженер Юлиан Берка
(Iulian Berca).

Нужно понимать, что релятивистская физика (физика Эйнштейна и его апологетов) в принципе исключает появление какой-либо тяги в EM-Drive и ему подобных устройствах, так как начисто отрицает эфир, а если признает, то распишется в своем вековом мошенничестве, обмане человечества. Тем не менее, действительно доказанные рабочие варианты двигателей на электромагнитных волнах могут отрыть до сих пор невиданные возможности как для космического, так и наземного транспорта и перевернуть современную науку с ног на голову
, а вернее снова поставить ее на ноги после столетия релятивистского шулерства.

О проекте EM-Drive несколько лет назад

На сайте computerra.ru 14 февраля 2013 года была опубликована обозревателя ИД Компьютерра Евгения Золотова «Провал как топливо успеха: почему китайцы поступают правильно, финансируя лженаучный двигатель?

», в которой ещё тогда был сделан вывод:

«… китайцы наверняка придут к цели первыми, вне зависимости от того, заработает ли электромагнитный двигатель в космосе или останется неподвижным. В отличие от автора EmDrive, они работают в государственном вузе, на государственные деньги: коммунистическая Поднебесная хорошо выучила уроки бизнес-школы. Там не боятся ставить на рисковые проекты».

Ниже статья приводится в сокращённом виде.

«Что ни говори, а британскому инженеру-изобретателю Роджеру Шаеру повезло больше многих его коллег. Когда в начале нулевых он получил небольшой государственный грант на постройку прототипа инновационного ракетного двигателя, то едва ли мог представить, сколько кругов ада придётся пройти, прежде чем его идея будет всерьёз воспринята хоть кем-нибудь. Сегодня, больше десяти лет спустя, он по-прежнему ограничивается лабораторными опытами, но его упрямство разожгло интерес нескольких научных коллективов по миру и того и гляди привлечёт, наконец, какого-нибудь венчурного инвестора. Отсутствие которых — пожалуй, самая большая загадка в этой истории.

Проект Шаера, периодически, примерно раз в несколько лет, попадающий на первые страницы научно-популярной прессы, необычен, если не сказать экстравагантен. Суть вкратце такова. Отработав двадцать лет в европейском космическом гиганте Astrium, он основал собственное ООО «Satellite Propulsion Research» и при уже упоминавшейся денежной поддержке занялся фантастической темой: двигателем, создающим тягу без выброса рабочего вещества. Физически подкованный читатель после этих слов должен изобразить гримасу недоверия, поскольку вся физика, начиная от ньютоновской механики и заканчивая механикой квантовой, подобный фокус запрещает: чтобы образовалась тяга, нужно выбросить что-нибудь за пределы корабля, от чего-нибудь оттолкнуться. А уж отталкиваться от воды, земли, струи сгоревшего или ионизированного газа — дело десятое.

Шаер не стал утверждать, что законы физики ошибаются, — он предположил, что ошибаются учёные, их трактующие. И на выделенные деньги построил пару прототипов своего EmDrive (сокращение от «электромагнитный двигатель»). По его же собственным измерениям, прототипы развивали тягу в доли грамма (технические подробности см. в статье Андрея Василькова «Краткая история смелых проектов«).

EmDrive — это, грубо говоря, конусообразная микроволновая печь, за пределы которой также ничего не просачивается, но тяга в которой якобы создаётся по направлению к широкому концу за счёт некой несбалансированности электромагнитного излучения.

Всё, что требуется для работы такого движка, — это электричество. Тягу можно наращивать бесконечно, увеличив размеры и задействовав сверхпроводники. А применяться он может практически везде, начиная от космических кораблей и заканчивая левитирующими автомобилями. Заманчиво, что и говорить, но почему же тогда до сих пор не построен полномасштабный, практически полезный образец? Дело в том, что Шаер столкнулся с недоверием. Из научного сообщества его не поддержал почти никто. Критики объясняют возникающую тягу ошибками в расчётах и погрешностью при измерениях: мол, на стенде такой «двигатель» работать будет, но вот в космосе, где он не подвешен на шарнирах, а предоставлен сам себе, тяга окажется нулевой.

Так что же это? Заблуждение? Обман? Да очень может быть! Но чтобы понять и оценить всю прелесть ситуации, нужно взглянуть на неё не глазами учёного, а глазами инвестора. Наука на сомнительные проекты ставить не может. А вот венчурный капиталист не только может, но и должен! И Шаер, по-хорошему, должен был быть профинансирован уже после демонстрации первых положительных результатов».

Пришло время положить конец спорам

Окончательную точку в спорах намерен поставить Гвидо Петта
(Guido Fetta) — единомышленник Шойера и конструктор ещё одного гипотетического двигателя Cannae Drive, который работает на том же принципе: генерация микроволн и создание тяги в замкнутом контуре без выхлопа.

17 августа 2016 года Гвидо Петта объявил, что намерен запустить экспериментальный образец Cannae Drive на орбиту — и проверить его в действии. Гвидо Петта является исполнительным директором компании Cannae Inc. Сейчас компания Cannae Inc. лицензировала технологию электромагнитного двигателя фирме Theseus Space Inc., которая выведет на низкую околоземную орбиту спутник CubeSat.

Среди основателей компании Theseus Space — сама Cannae Inc., а также малоизвестные фирмы LAI International, AZ и SpaceQuest.

Дата запуска пока не объявлена. Возможно, энтузиастам удастся собрать деньги и построить экспериментальный аппарат в 2017 году.

Единственная задача этого спутника — испытания двигателя Cannae Drive в течение шести месяцев. Спутник попробует передвинуться с помощью электромагнитной тяги Cannae Drive.

Разработчики Cannae Drive заявляют, что их двигатель способен генерировать тягу до нескольких ньютонов и «более высоких уровней», что лучше всего подходит для использования в маленьких спутниках. Двигателю не требуется топлива, у него нет выхлопа.

Объём двигателя на спутнике CubeSat — не более 1,5 юнитов, то есть 10×10×15 см. Источник питания — менее 10 Вт. Сам спутник будет состоять из шести юнитов.

Спутник компании Cannae. Рендер: Cannae Inc.

Сразу после успешной демонстрации на орбите компания Theseus Space намерена предложить новый двигатель сторонним производителям для использования на других спутниках.

По расчётам Cannae, более массивная версия электромагнитного двигателя весом 3500 кг способна доставить груз массой 2000 кг на расстояние 0,1 светового года за 15 лет. Общая масса такого аппарата вместе с системами охлаждения и другими деталями составит 10 тонн.

Испытания электромагнитного двигателя Cannae с гелиевым охлаждением. Фото: Cannae

Если работоспособность двигателя подтвердится в результате надёжного повторяемого научного эксперимента, то учёным придётся найти объяснение этому феномену. Сам Роджер Шойер предполагает, что принцип работы двигателя основан на специальной теории относительности. Двигатель преобразовывает электричество в микроволновое излучение, которое испускается внутри закрытой конической полости, что приводит к тому, что микроволновые частицы прилагают к большей, плоской части поверхности полости, большее усилие, чем в более узком конце конуса, и тем самым создают тягу.

Шойер уверен, что такая система не противоречит закону сохранения импульса.

Гвидо Петта предлагает похожее объяснение в описании патента США № 20140013724, упоминая силу Лоренца — силу, с которой электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу.

Исследователи НАСА, которые испытывают EmDrive, предполагают, что тяга создаётся благодаря «квантовому вакууму виртуальной плазмы» частиц, которые появляются и исчезают в замкнутом контуре пространства-времени. То есть система на самом деле не изолированная, поэтому она не нарушает закон сохранения импульса благодаря эффектам квантовой физики.

Прототип EmDrive немецкого инженера Пола Коцылы

Разработка EmDrive в целом игнорируется научным сообществом, хотя некоторые эксперименты всё-таки проводятся. Например, в 2012 году группа китайских физиков опубликовала результаты измерений тяги электромагнитного двигателя, которая составила 70-720 мН при мощности микроволнового излучателя 80-2500 Вт, при ошибке измерений менее 12%. Это слегка превышает тягу ионного двигателя.

Энтузиасты уверены: если EmDrive работает, то в перспективе станет возможным создание не только эффективных космических двигателей, но и летающих автомобилей, а также кораблей, самолётов — любого транспорта на электромагнитной тяге.

Компания Cannae — не единственная, кто хочет проверить работу электромагнитного двигателя в космосе. Немецкий инженер Пол Коцыла
(Paul Kocyla) сконструировал маленький карманный EmDrive, а сейчас собирает деньги в рамках краудфандинговой кампании. Чтобы запустить прототип в космос на мини-спутнике PocketQube, требуется 24 200 евро. За три месяца удалось собрать 585 евро.

«По всему миру люди измеряли тягу. Одни строили двигатели у себя в гаражах, другие — в крупных организациях. Все они выдают тягу, тут нет великой тайны. Кто-то думает, что здесь некая чёрная магия, но это не так. Любой нормальный физик должен понять, как оно работает. Если кто не понимает, ему пора менять работу
»

Общая оценка материала: 4.5

АНАЛОГИЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ (ПО МЕТКАМ):

Графен прозрачный, магнитный и фильтрующий воду

Учёные разоблачили «нарушающий законы физики» ракетный двигатель?

?

Previous Entry | Next Entry

Представители научных кругов Дрезденского технического университета провели исследования двигателя EmDrive, который, как заявили его разработчики, действует на принципе, «нарушающем законы физики».

Источник — https://topwar.ru/141717-uchenye-razoblachili-narushayuschiy-zakony-fiziki-raketnyy-dvigatel.html

О сути заявления разработчиков: коническая камера-резонатор с магнетроном, генерирующим электромагнитные волны, «способна преобразовать эти волны в тягу». Заявлено, что если подобрать «правильную» геометрию усечённого конуса двигателя, то система начнёт движение в сторону узкой его части благодаря наличию микроволн внутри всей системы. При этом разработчики всякий раз добавляли, что это противоречит законам физики, а именно – закону сохранения импульса, так как нет затрат топлива и нет генерации направленного пучка волн.

Двигатель, как было заявлено, при доведении до «технического совершенства», можно использовать в космических программах.

Дрезденские учёные решили подробно изучить систему EmDrive и в итоге пришли к выводу о том, что никаких нарушений законов физики при работе двигателя нет по той простой причине, что, по сути, нет и самой работы.

Эффект тяги возникает, но, во-первых, он критически минимален, во-вторых, его причиной является не сам EmDrive, а взаимодействие магнитных полей, создающихся током, идущим по кабелям, с магнитным полем Земли.

Результаты исследований опубликованы в SpaceDriveProject.

Из материала:

«Несмотря на то, что мы использовали как можно больше скрученных или коаксиальных кабелей, некоторые магнитные поля в конечном итоге просачиваются через наши кабели и разъемы. Учитывая напряженность магнитного поля Земли 48 μT с наклоном 70° в центральной Европе, несколько сантиметров кабелей и ток 2A (аналогично тому, что требуется для питания усилителя), получаем возникновение силы Лоренца, аналогичной нашим наблюдаемым значениям «тяги». Поэтому мы подозреваем, что взаимодействие подачи энергии для усилителя с магнитным полем Земли маскировало любое реальное движение, которое могло быть ниже нашего наблюдаемого значения. В следующей установке мы расширяем наш экспериментальный блок таким образом, чтобы конфигурация полости и усилителя могла быть полностью экранирована листами металла, чтобы значительно уменьшить этот эффект. (…) После нашего улучшения настроек мы попробуем конфигурацию диэлектрического диска, различные геометрии, а также более высокие уровни мощности.»

В итоге эксперименты привели к тому, что никакого прорыва в физике конструкция EmDrive не представляет.

Предположение о том, что этот ракетный двигатель в реальности ничего не нарушает или не работает, было высказано ещё осенью прошлого года учёным из США Брайсом Кассенти:

«Работа EmDrive нарушает третий закон Ньютона, говорящий о том, что сила не может возникать сама по себе без взаимодействия физических тел. И действие, и противодействие являются прямым результатом работы закона сохранения импульса. Если этот закон будет нарушаться, то тогда вся современная физика, построенная на его базе, будет неправильной. Поэтому многие из нас считают, что все утверждения о работе EmDrive являются продуктом ошибочных замеров.»

Результаты исследований эту гипотезу подтвердили. Однако это не снижает интерес специалистов и «любителей» к конфигурации двигателя.

• xteoretegx : (без темы) [+2]
• real_wass : (без темы) [+0]
• kvakosavrus_q : (без темы) [+0]
• vasha_rasha : (без темы) [+0]
• filosof_a : (без темы) [+0]
• simsun : (без темы) [+0]
• roving_wiretrap : (без темы) [+0]

2mars — Сообщество добровольцев для путешествия на Марс
4humanity — Проблема выживания человечества
ru_fenomen — Охотники за феноменами
ru_spacegiraffe — Сообщество для родителей, чьи дети интересуются космосом

Разработано LiveJournal. com

К звездам на микроволновке: загадочная история EmDrive : kiri2ll — LiveJournal

Уверен, что многие интересующиеся технологическими новинками и изобретениями хотя бы раз, но слышали про EmDrive. Он же «невозможный двигатель», «двигатель нарушающий законы физики», «двигатель который изменит весь мир» и т.д. и т.п. Ничего удивительного, ведь эпопея с EmDrive длится уже 16 лет и конца и края ей пока что не видно.

И вот, по просьбе одной известной IT-компании, попросившей сохранить свое имя в секрете (да, белорусский маркетинг настолько суров), я сделал небольшой обзор, посвященный этому изобретению. Без ухода в квантово-механические дебри — просто история появления двигателя, хронология связанных с ним событий, что известно о его авторах, и как он воспринимается научным сообществом. Т.е. чтобы каждый мог составить общее представление о том, как началась вся эта история, и кто в ней участвует. По интересному совпадению, буквально в тот день, когда я взялся за этот материал, об EmDrive снова заговорили в СМИ. Так что мне даже не пришлось искать повода для публикации — он сам пришел в руки. Что ж, начнем, пожалуй, с самых основ.

Что такое EmDrive и на что он может быть способен?

С технической точки зрения EmDrive представляет собой достаточно простое устройство: выполненную в форме конуса медную камеру-резонатор с подключенным к ней магнетроном (генератором микроволнового излучения, который можно найти в любой микроволновке). Дальше начинается самое интересное. Если включить магнетрон, установка начинает двигаться в направлении узкой части. Но дело то в том, что конус является закрытым. Т.е. получается, что тяга создается в замкнутой и полностью изолированной от внешней среды системе, не имеющей выхлопа. Это как если поставить реактивный двигатель внутрь герметичной коробки на колесиках, включить его и ожидать, что коробка поедет вперед. С одной стороны, налицо явное нарушение закона сохранения импульса. С другой, испытания показывают, что EmDrive работает. Вроде бы.

К последнему мы еще вернемся, ну а пока что стоит сказать пару слов про то, для чего может пригодиться EmDrive. При условии, что он действительно работает. Итак, мы имеем установку, которая генерирует хоть и крайне малую, но постоянную тягу без использования какого-либо рабочего тела (топлива). Самое очевидное ее применение — космические аппараты. Думаю, не нужно объяснять какое количество прекрасных миссий пришлось прекратить из-за полного исчерпания запасов горючего для коррекций курса. EmDrive же не нужно топливо, лишь источник энергии (солнечные батареи или ритэг). А поскольку устройство постоянно создает тягу, оно может использоваться в качестве замены ионным двигателям.

Энтузиасты уверяют, что «невозможный» двигатель произведет настоящую революцию в сфере освоения космоса. Согласно их расчетам аппарат «Новые горизонты» с установленным на борту EmDriv с тягой в 0.4 Н/кВт добрался бы до Плутона всего за 18 месяцев. Более мощное устройство якобы позволило бы достигнуть Альфа Центравра за десятки лет. Некоторые идут еще дальше и рисуют совершенно фантастические картины будушего, в котором эта технология позволит создать не только космические двигатели, но и летающие автомобили, корабли, поезда, велосипеды… в общем вы поняли.

Перед тем как последовать дальше, думаю, стоит сказать пару слов про создателя EmDrive — британца Роджера Шойера.

Ху из мистер Шойер?

Удивительно, но об отце EmDrive, можно найти не так уж и много информации — в основном лишь то, что он сам рассказывал о себе в интервью. Так что относиться к этому нужно соответствующим образом.

Итак, Роджер Джон Шойер родился в июле 1947 года. По образованию он сертифицированный инженер-электрик (certified chartered electrical engineer). Большую часть своей жизни Шойер посвятил работе на аэрокосмическую и оборонную индустрию Великобритании. В частности, он был сотрудником таких компаний, как BAE Systems и Matra Marconi Space (MMS).

По утверждению Шойера, идея, впоследствии приведшая его к созданию EmDrive, впервые появилась у него еще в 1974 году. В то время он входил в состав группы инженеров, работавших над повышением надежности системы наведения межконтинентальных баллистических ракет. По словам Шойера, отчаянно желавшее добиться нужного результата начальство дало группе установку продумывать любые, даже самые невероятные варианты решения проблемы. И вот, во время просмотра рождественской лекции «отца маглева» профессора Эрика Лайтвейта, Шойеру пришла в голову идея создать электромагнитный двигатель на базе гироскопа.

В 1980-е годы в составе группы военных инженеров Шойер отправился в командировку на Ближний Восток в зону Ирано-Иракского конфликта. Судя по всему, увиденное в зоне боевых действий не пришлось ему по душе. Вернувшись домой, Шойер решил завязать с военными проектами и перейти в аэрокосмическую отрасль.

В последующие годы он поучаствовал в создании ряда космических аппаратов, включая военный спутник связи Skynet 4 и телекоммуникационный Euteselat Hot Bird. Параллельно в своем гараже он занимался разработкой прототипа EmDrive. По словам Шойера, когда он рассказал о своей идее руководству MMS, там напрочь отвергли ее, пригрозив, что если он еще раз заикнется о двигателе, то это не лучшим образом скажется на его карьере. Сам изобретатель списывает все на то, что компания вложила большие деньги в проект ракеты «Ариан-5» и ей были не нужны конкуренты. В итоге, Шойер принял решение уволиться и самостоятельно заняться разработкой и внедрением EmDrive. Для этого в 2000 году он основал компанию Satellite Propulsion Research (SPR). Так началась его многолетняя борьба за признание EmDrive.

Хронология EmDrive

Итак, основав SPR, Шойер принялся за разработку EmDrive. В 2002 году он создал действующий прототип двигателя и тогда же про EmDrive впервые упомянули в журнале Eureka! Годом спустя Шойер смог выбить грант на развитие технологии.

Первое серьезное упоминание о EmDrive датировано 2006 годом, когда в журнале New Scientist была опубликована большая статья об устройстве с его фотографией на развороте. Статья, мягко говоря, вызвала весьма бурную реакцию. Очень многие обвиняли редакцию в публикации непроверенного материала ради погони за дешевой сенсацией.

По утверждениям Шойера, уже с самого начала военные пристально следили за его проектом. В 2008 году изобретатель был приглашен в Пентагон, где устроил презентацию своего проекта для больших шишек из американских ВВС и DARPA. Итогом этого стало соглашение с Boeing, в результате которого в 2010 году аэрокосмическому гиганту был передан образец EmDrive. По словам Шойера, вскоре после этого Boeing разорвал с ним все контакты, а сам он был связан условиями подписки о неразглашении, и потому не мог комментировать ситуацию. В доказательство своих слов он приводит документ о поставке Boeing демонстратора EmDrive.

В самой компании подтвердили, что подразделение Boeing Phantom Works действительно некоторое время занималось изучением «невозможного» двигателя, но затем оставило проект и больше не собирается к нему возвращаться.

Сам же Шойер придерживается иной точки зрения. В своих интервью он регулярно намекает на то, что правительство и военщина уже давно оценили все выгоды от EmDrive. Дескать, прямо сейчас Пентагоном строятся, а уже и возможно запущены спутники с «невозможным» двигателем. Но, конечно же, военные не хотят, чтобы у других стран появилась эта технология, так что они всячески пытаются дискредитировать его исследования и выставить чудаком, несущим всякий бред.

Как бы там ни было, в том же 2008 году интерес к EmDrive проявили в Китае. В Северо-западном политехническом университете под руководством профессора Ян Цзюан был создан работающий образец устройства. В 2010 году его испытали и через некоторое время объявили о том, что двигатель развил тягу порядка 290 миллиньютонов на киловатт.

Вскоре на рынке появился еще один игрок — некий Гвидо Фетта — независимый американский изобретатель, инвестор, гений, миллиардер, плейбой, филантроп, железный человек. К сожалению, информации про него удалось найти еще меньше, чем про Шойера. С уверенностью можно сказать лишь то, что он создал модификацию EmDrive, назвал ее Cannae Drive и в настоящее время активно занимается продвижением устройства.

В 2015 году в Дрезденском университете была проведена серия испытаний EmDrive. По ее результатам был опубликован достаточно противоречивый отчет. В нем отмечалось, что во время опытов вроде бы была зафиксирована тяга порядка 30 – 50 микроньютонов на киловатт. В то же время, авторы подчеркнули, что собранных данных недостаточно, чтобы сделать какой-то определенный вывод о том, действительно ли работает двигатель. Попытка усидеть на двух стульях оказалась неудачной. На группу все равно обрушилась масса критики, касающейся методологии эксперимента и анализа результатов. С другой стороны, не утруждавшая себя особым анализом пресса подала новость в стиле «ученые доказали».

В этом году про EmDrive заговорили снова. Осенью в новостях можно было увидеть немало сообщений в духе «NASA подтвердило эффективность невозможного двигателя». На практике все как обычно оказалось не так просто.

Испытаниями занималась лаборатория Eagleworks при космическом центре имени Линдона Джонсона. Согласно их отчету, двигатель выдал среднюю тягу в 1,2 миллиньютона на киловатт. И все вроде бы хорошо, но и этот результат, мягко говоря, был встречен с большим скепсисом.

Во-первых, многих смутило то, что зафиксированная тяга в 40 раз превосходила данные по немецким экспериментам (но тут нужно сказать, что в лаборатории проверяли EmDrive собственного дизайна).

Схемы испытательной установки в эксперименте Eagleworks

Во-вторых, Eagleworks это весьма небольшой коллектив ученых работающих с теориями на «грани» типа WARP-двигателей. Так что многие в научной среде воспринимают их не иначе как группу фриков, которых держат лишь потому, что они берутся за цепляющие СМИ темы, что способствует привлечению внимания общественности к организации (в конце концов, в борьбе за финансирование все средства хороши).

Ну и в третьих, претензии как обычно возникли к самому опыту и интерпретации результатов.

На фоне этого совершенно незамеченной прошла новость о том, что китайцы перепроверили результаты своего эксперимента 2010 года и пришли к не очень обнадеживающим выводам: исследование было проведено некорректно, и замеренная тяга укладывается в пределы статпогрешности.

Теория и практика EmDrive

Перечитав все вышесказанное можно задаться простым вопросом: неужели так сложно определить работает ли устройство, грудо говоря собранное на базе микроволновки и ведра? Но просто оцените известные факты об EmDrive с точки зрения научного сообщества, и я думаю, все станет очевидно.

Итак, вам сообщают о существовании чудо-устройства, которое можно сделать в гараже и которое способно изменить мир. Имя его создателя вам ни о чем не говорит, у него нет ни одной научной публикации, и при этом он еще и постоянно намекает на то, что правительство и военные не дают его изобретению попасть в массы. Мало нам этого, так еще и принцип работы устройства явно нарушает основополагающие законы физики. Уже проводившиеся эксперименты или не подтвердили его работоспособность или не вызывают особого доверия.

Насчет сделано в гараже это кстати не преувеличиние. Учитывая относительную простоту EmDrive, многие энтузисты построили подобные устройства. Как, например, этот румынский инженер, выложивший на youtube видео своих испытаний двигателя

Так что в глазах уважающего себя ученого EmDrive и его создатель будет смотреться ни чем не лучше, чем любой другой непризнанный гений, только что создавший полностью работоспособный вечный двигатель или генератор торсионных полей. Заниматься его изучением — не просто бессмысленная трата времени, но еще и риск оставить несмываемое пятно на своей репутации. Ровно по такому же принципу патентные бюро не регистрируют заявки на вечные двигатели.

В эпопее с EmDrive кстати можно провести явные параллели с «гравицапой». Так называли «новый революционный двигатель без выброса реактивной массы», работа которого противоречила уже знакомому нам закону сохранения импульса. Несмотря на многочисленные  предупреждения российских специалистов, утверждавших, что устройство никогда не сможет создать тягу в космосе, «гравицапу» установили на спутник «Юбилейный» для тестирования. Разумеется, вместо научного чуда и ниспровержения старика Ньютона из этой затеи в итоге вышло полное кю.

Так что в этом плане EmDrive еще можно сказать очень повезло, поскольку двигатель все время на слуху, и по нему все-таки проводятся исследования и они что-то показывают. Другое дело, что даже если допустить, что опыты проведены корректно, они никак не решают ключевую проблему — отсутствие какой-либо достоверной теории, объясняющей работу двигателя.

Красные линии обозначают электрическое поле нутри EmDrive, синии — магнитное поле

Нет, конечно же, существует большое количество весьма экзотических версий по этому поводу. Но пока что все они лишь на уровне догадок. Я просто перечислю некоторые из самых примечательных.

• Тяга в EmDrive появляется из-за виртуальных частиц, которые рождаются в квантовом вакууме и ведут себя так же, как рабочее тело в ионных двигателях.
• Из-за околосветовой скорости движения волн, они и отражательная камера должны рассматриваться как находящиеся в разных системах отсчета. Следовательно, EmDrive становится открытой системой и создает тягу без использования реактивного выброса.
• Стоячие электромагнитные волны в резонаторе создают различное давление на стенки двигателя (из-за их несимметричности), что и является источником тяги.
• Тяга возникает из-за деструктивной интерференции фотонов. EmDrive выделяет пары фотонов, которые уносят импульс в сторону, противоположную расположению двигателя. Поскольку фотоны находятся в противофазе, то «гасят» друг друга и поэтому их и не видно.
• Двигатель работает за счет т.н. квантового эффекта Унру.
• EmDrive входит в резонанс с гравитационными волнами высокой частоты, которые образовались при коллапсе Вселенной, предшествовавшей нашей.

Истина где-то там

Может показаться, что ситуация патовая. Большинство серьезных ученые не возьмутся за проверку EmDrive по озвученным выше причинам. Кроме того, учитывая малый размер тяги, даже при очень хорошо поставленном эксперименте всегда будет оставаться вероятность влияния посторонних факторов. Тут можно вспомнить историю о том, как в 1990-е NASA выделило финансирование на строительство антигравитационного устройства, созданного на базе вращающихся сверхпроводящих дисков. Результаты тестов были крайне перспективными, а потом оказалось что все дело в том, что помехи от устройства влияют на измерительную аппаратуру. Так что можно понять, почему никто не хочет рисковать снова сесть в ту же самую лужу.

Но один наглядный способ все же есть. Всего-то что и нужно — запустить на орбиту спутник с EmDrive, включить его и посмотреть, что будет дальше. Собственно говоря, еще в 2007 году Шойер обещал что «невозможный» двигатель отправится в космос уже через два года. Но что-то не срослось.

Пару месяцев назад Гвидо Петта анонсировал проект запуска спутника, созданного на базе Cubesat, предназначенного исключительно для испытания двигателя. По его словам, старт намечен на 2017 – 2018 год.

Но куда более неожиданным стало недавнее заявление одного из представителей Китайской академии космических технологий. Это дочернее предприятие аэрокосмической корпорации CAST, занимающееся созданием спутников. В сообщении было сказано, что в настоящее время Китай уже испытывает EmDrive в космосе. На каком именно аппарате не уточняется, но западная пресса упорно называет недавно запущенную орбитальную станцию «Тяньгун-2».

Уже сам по себе факт такого заявления является удивительным. В Поднебесной, мягко говоря, не отличаются особой открытостью в космической сфере. Там даже о запусках ракет зачастую сообщают по факту, что уж говорить о потенциально революционной технологии. При этом, в заявлении собственно даже и не было сказано об успешности космических тестов, лишь о самом факте их проведения (что конечно не помешало многим СМИ подать новость в духе «Невозможный двигатель успешно испытали в космосе»). Это даже более странно. Логичным было бы сообщить об успехе эксперимента, а не о том, что он просто осуществляется. И вдобавок ко всему, в оригинальном сообщении были упомянуты опыты Ян Цзюан 2010 года, после которых в Поднебесной всерьез заинтересовались двигателем. Те самые, результаты которых недавно перепроверили и сочли недостоверными.

Рискну сделать предположение. Законы физики они и в Китае законы физики. Сомневаюсь, что позиция большинства китайских ученых в отношении EmDrive должна сильно отличаться от их коллег из остальных стран мира, в основном считающих заявленные результаты работы двигателя ошибкой измерений, или вовсе хитроумной махинацией. Вполне вероятно, что заявление об испытаниях было сделано, чтобы привлечь побольше внимания к устройству и получить дополнительное финансирование под проект, или даже избежать его закрытия. В любом случае, это признание на удивление хорошо стыкуется с конспирологическими теориями Шойера и надо полагать, добавит энтузиазма лагерю сторонников «невозможного» двигателя.

Во все это мне нужно внести еще одну ложку дегтя. Допустим даже, EmDrive действительно покажет тягу на орбите. Но это никак не заменит факт отсутствия рабочей теории. А это важно, ведь не понимая принципа, по которому функционирует двигатель, как его можно использовать в межпланетных экспедициях? А что если для его успешного функционирования, скажем, необходимо планетарное магнитное поле и он не сможет работать за пределами земной орбиты?

Подводя итоги, скажу, что когда я начал писать про EmDrive эта тема представлялась мне, скажем так, не то чтобы простой, но однозначной. Казалось, что изучив ее, можно будет прийти к какому-то вполне определенному выводу. Однако, даже пересмотрев большое количество материалов по теме, ясности не прибавилось. На каждое доказательство, которое, казалось бы, должно поставить жирную точку во всей истории, всегда находился заставлявший призадуматься контраргумент.

Конечно, до сих пор ни одно из свидетельств в пользу EmDrive не выглядит особенно надежным. Но все же их уже накопилось достаточное количество, не позволяющее так просто отмахнуться от всей темы, не вникая в ее суть. Ну а если EmDrive все же мистификация, то носи я шляпу, я бы наверно снял ее перед Шойером & Co. Все-таки, заставить так много людей из разных стран поверить в то, что устройство на базе микроволновки может совершить переворот в космической индустрии, требует немалого таланта.

В любом случае вся эти история может послужить неплохой иллюстрацией принципов, на которых выстроена современная наука, и того, как популярные СМИ освещают научные исследования. Независимо от того, чем все это в итоге закончится, я уверен в одном: в ближайшие годы мы еще не раз еще не раз услышим новости о нарушающем законы физики «невозможном» двигателе и о том, что ученые что-то там доказали.

Двигатель будущего

Реактивные двигатели имеют свои ограничения. С их помощью можно добраться лишь до ближайших планет Солнечной системы – Марса, Венеры, и то крайне медленно, но о достижении других систем даже в пределах нашей Галактики речи не идет. Тому причиной и бешеное количество топлива, необходимое для маневрирования, и износ, и сложность управления. Впрочем, есть другой путь. Очень спорный. Очень подозрительный. Но… вдруг?

Тим Скоренко

Новость, всколыхнувшая научную общественность, прозвучала в конце июля 2014 года. Как утверждали многочисленные таблоиды, NASA одобрило и по итогам испытаний признало работающим двигатель, который совсем не использовал топлива и создавал тягу за счет генерируемых магнетроном микроволн.

Тут же посыпались опровержения и пояснения. Споры о странном силовом агрегате не утихают до сих пор и, видимо, не утихнут до создания полностью рабочей модели или до появления доказательств того, что устройство является мошенничеством. Так или иначе, налицо два факта: нет, специалисты NASA не объявили «волновой» двигатель работающим и не подтвердили, что с его помощью человечество полетит в дальний космос; да, специалисты NASA протестировали устройство и назначили даты новых испытаний. Значит, есть о чем поговорить.

Двигатель на микроволнах

Двигатель EmDrive британский инженер Роджер Шоуэр задумал еще в начале 2000-х годов и создал под его разработку небольшую компанию. Первое явление странного аппарата миру произошло шестью годами позже.

EmDrive представляет собой конусообразный резонатор, на более узком конце которого установлен мощный магнетрон — электронная лампа, генерирующая микроволны. Когда магнетрон работает, микроволны, отражаясь от тщательно рассчитанной формы резонатора, усиливаются от одного конца устройства к другому. По утверждению создателя, благодаря этому возникает едва заметный дисбаланс давлений, который и создает тягу — пусть крошечную, но зато не требующую огромного количества топлива и совершенно безотходную. Иначе концепт называется «резонансным двигателем» (а не «релятивистским», конечно, как не слишком метко обозвала его пресса).

А вот дальше начинается фантастика. Шоуэр утверждает, что благодаря непосредственному преобразованию электричества в тягу не происходит потери момента импульса, каковая неизбежно имела бы место при наличии промежуточных звеньев. И при этом двигатель будто бы не нарушает законов Ньютона. Звучит странно. Вообще-то любые электромагнитные волны имеют момент, и построить на этом принципе ракету можно, только вот сделано это задолго до Шоуэра, и эффективность такой системы практически равна нулю.

Волны Шоуэра заперты внутри резонатора — как он может передавать энергию внешнему устройству? Представьте себе радиоуправляемый вертолетик, к которому прикреплена коробка. Он взлетит и поднимет коробку. А теперь закрепите его внутри коробки, запустите и закройте крышку. Никакого полета не будет. Или другой вариант: представьте, что вы толкаете автомобиль, сидя внутри. Примерно так выглядит идея Шоуэра. Но британский департамент торговли и промышленности выделил инженеру грант, а NASA провела испытания как EmDrive Шоуэра, так и аналогичной системы, разработанной американским инженером Гвидо Феттой. Происходит что-то странное, но что?

Попытки построить движитель без расходования рабочего тела, то есть, по сути, без топлива, предпринимались и раньше. Известной псевдонаучной историей было создание и испытание четыре года назад устройства, прозванного в научных кругах «гравицапой», а полуофициально называвшегося гравитационным двигателем. Инициатором его создания стал физик Спартак Поляков, а разработчиком — заместитель генерального директора ГКЦ имени М.В. Хруничева Валерий Меньшиков.
В прессе в связи с появлением «гравицапы» поднялся значительный шум, а Меньшиков получил средства не только на разработку бестопливного движителя (о принципе работы которого не распространялся вообще), но и на испытательный запуск его в космос. Испытания состоялись на борту спутника «Юбилейный» в 2010 году — планировалось включить «гравицапу» суммарно на 207 секунд и отклонить спутник на 1 км. Но результат, как и следовало ожидать, оказался отрицательным. Комиссия РАН по борьбе с лженаукой по итогам испытаний добилась остановки финансирования псевдонаучного проекта, и о «гравицапе» с тех пор ничего не слышно.

Подозрительные испытания

Первая «ласточка», обозначившая научный интерес к EmDrive, пролетела в 2012 году, когда китайская команда, заинтересовавшаяся разработкой Шоуэра, построила собственный двигатель по такому же принципу и объявила, что в ходе испытаний получена тяга порядка 72 г. Этого, к слову, достаточно, чтобы приводить в движение небольшой испытательный спутник.

Параллельно аналогичное устройство представил американский разработчик Гвидо Фетта. Но после тестирования обеих систем специалисты NASA во главе с Гарольдом Уайтом выпустили официальный документ — тот самый, что поверг мировую общественность в шок. Озаглавлен он так: «Аномальное создание тяги с помощью опытного резонансного устройства». Да, в заголовке действительно есть слово «аномальный». Испытания показали следующие результаты: для CannaeDrive при частоте микроволн примерно 935 МГц была получена тяга около 30−50 мН (3−5 г), а для EmDrive при частоте 1933 МГц и напряжении 17 В тяга составила 91 мН. Испытания заняли восемь дней, шесть из них ушли на настройку и проверку оборудования, а два — непосредственно на замеры. Прибором для измерения послужил крутильный маятник, точнейшее из возможных устройств для подобных исследований, а проводили замеры в вакуумной камере, в которой обычно рассчитывают тягу ионных двигателей. Теоретическая мощность космического двигателя, основанного на этой технологии, может составлять до 0,4 Н на 1 кВт. Это позволяет в будущем построить корабль для полета на Марс — при наличии 2-мегаваттного реактора двигатель может создавать тягу в 800 Н, приводя в движение 90-тонный космический корабль, причем вся миссия с учетом 70-дневного пребывания на Красной планете займет всего восемь месяцев. Будущее уже здесь? Видимо, пока нет.

Здоровый скептицизм

Что же смущает скептиков в этих исследованиях? Во-первых, подозрительное научное обоснование. Трудно поверить, но и Шоуэр, и китайская группа, и лаборатория NASA объясняют наличие тяги совершенно по-разному! Причем ни одно объяснение толком не соотносится с современной наукой.

Одно из основных направлений деятельности лаборатории Eagleworks — исследование возможности создания варп-двигателей. Варп-двигатель — это гипотетическое устройство, которое, основываясь на искривлениях пространства-времени, способно перемещать космический корабль со скоростью, превышающей световую. Наиболее известен эксперимент лаборатории с интерферометром Уайта-Джудея. В ходе эксперимента сравниваются фазы двух лазерных лучей, один из которых прямой, а второй теоретически проходит через область искривления пространства, созданную тороидальным устройством разработки того же Уайта. Правда, к варп-двигателям лаборатория пока не приблизилась ни на шаг.

Да, с теорией плоховато. Но ведь результаты, показанные на серьезных тестах, казалось бы, налицо. Дело в том, что тут тоже не все просто. Говорить об «одобрении NASA» в полной мере нельзя, потому что в этой организации 18 000 сотрудников и сотни подразделений. Испытания же проводило подразделение Eagleworks Labs, состоящее из пяти человек и специализирующееся на нестандартных движителях, — то есть эта лаборатория в разное время испытывала даже вечные двигатели! Да и руководитель лаборатории Уайт известен своими неортодоксальными научными идеями и стремлением совершить прорыв в физике любой ценой. Поэтому корректной, а не «желтой» формулировкой была бы следующая: «Экспериментальная лаборатория провела предварительные исследования резонансного двигателя». Не более того.

Во-вторых, смущает и то, что даже в отчете NASA многовато белых пятен. Из отчета не очень понятно, какая часть исследований проводилась в вакууме, а какая — в атмосфере. Есть также и странные пассажи, например такой: «Тяга наблюдалась с обеих сторон устройства, в том числе и с той, где мы не ожидали ее зафиксировать». Это означает, что двигатель работает при правильной установке и… при неправильной тоже. А если его вверх ногами перевернуть, он тоже будет работать?

Наконец, исследователи совершенно серьезно применяют термин «реактивная передача импульса через квантовый вакуум виртуальной плазмы», который не соотносится с современной физикой никоим образом. Потому что никакого «квантового вакуума виртуальной плазмы» не существует. В американских научных кругах применение такой терминологии называют эффектом «Стартрека», вспоминая легендарный научно-фантастический сериал «Звездный путь», сценарий которого пестрил псевдонаучными объяснениями различных технологий.

Борьба с лженаукой

От других подозрительных или откровенно псевдонаучных проектов и EmDrive Шоуэра, и CannaeDrive Фетты отличает одно: принцип работы озвучен, чертежи открыты, и любая лаборатория в мире может при желании построить аналог и испытать его (как и поступили китайцы). Зачем трем независимым и достаточно авторитетным группам исследователей в разное время объявлять об успехе проекта, если этот проект мошеннический?

На самом деле в современной теоретической физике множество белых пятен, и ученые этого не скрывают. Мы не знаем очень многого, в том числе связанного и с фундаментальными, основополагающими законами. Проблема в том, что «закрытие» этих пятен маленькими частными лабораториями маловероятно, зато информационная шумиха вокруг их работ может помешать более надежным научным изысканиям. Впрочем, наиболее вероятное объяснение полученных NASA результатов — это ошибка при исследованиях. Крутильный маятник — сверхчувствительный прибор, и он мог зафиксировать тягу, возникающую, например, при термальном расширении или сжатии устройства.

Работа продолжается

В EmDrive слишком много неясного, чтобы списывать этот двигатель со счетов. Исследователи пока не смогли доказать ни его несостоятельности, ни его работоспособности. Истина, как говорится, где-то рядом.

В 2015—2017 годах проводятся независимые тесты системы в одном из крупнейших исследовательских центров NASA, кливлендском Glenn Research Center. Там систему будут испытывать по схожей с Eagleworks Labs методике. Затем последуют испытания в лаборатории реактивного движения NASA близ Лос-Анджелеса. Наконец, в очередь на исследование встала еще одна группа независимых экспертов — лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (Балтимор), причем они будут использовать не крутильный маятник, а крутильные весы Кавендиша, то есть другой прибор.

Все это говорит о том, что уже к концу следующего года мы будем точно знать, является ли идея Шоуэра космическим прорывом или очередным псевдонаучным безумием. Мы искренне болеем за первое. Но счет, кажется, в пользу второго.

Двигатели, которые позволят покорить Галактику

Новая эра — старые двигатели

Даже если отбросить романтическо-утопические идеалы 60-х, предполагающие покорение человеком Млечного пути, то всё равно заметны «проседания» темпов современного прогресса на фоне ракетно-космической индустрии прошлого столетия. Основная его причина проста: и Советский Союз, и Соединенные Штаты хотели доказать друг другу, а также и сами себе, что они лучше, чем есть. За эту гонку заплатили сотнями миллиардов долларов (по современному курсу). Человечество получило выдающиеся для своего времени технологии, которые даже сейчас, спустя более чем полвека после их разработки, позволяют уверенно себя чувствовать в рамках стоящих перед нами практических задач. Один пример: для российских ракет «Союз» используют маршевый ракетный двигатель РД-107, разработанный в 50-е (сама ракета, если быть откровенными, тоже является версией баллистической Р-7, созданной тогда же).

Американцы активно работают над метановыми двигателями, имеющими ряд эксплуатационных характеристик, но, но сути, обладающие теми же ограничениями, что и старые разработки, использующие топливную схему керосин/жидкий кислород. Грубо говоря, химические ракетные двигатели во многих отношениях достигли вершины эволюции, а чисто концептуально — тупика. Дабы получить более высокое ускорение, нужно либо увеличить скорость истечения реактивного потока, которая ограничена энергией реакции окисления, либо увеличить массу сжигаемого топлива, что, опять же, приведет к увеличению массы всего комплекса. Подобного рода противоречий полным-полно. К счастью, выводу на орбиту коммерческих спутников связи это почти не мешает. А вот колонизация далеких планет — другой вопрос.

Ядерный ракетный двигатель

Продвигающий новый метановый двигатель Raptor Илон Маск предлагает в будущем создать множество космических заправочных станций для кораблей BFR. Однако ранее ученые представили и другие интересные варианты. В числе самых реалистичных идей — ядерный ракетный двигатель. Плюсы очевидны. Такой двигатель может дать требуемые для дальних полетов характеристики, а нужное для него топливо будет измеряться не десятками и сотнями тонн, как сейчас, а десятками и сотнями килограммов.

Энергия, которая будет выделяться при радиоактивном распаде тяжелых ядер, будет нагревать рабочее тело — дальше в дело вступает знакомая схема реактивного движения. В целом, из всех перспективных ракетных двигателей, не использующих «химию», ядерные/термоядерные двигатели являются самым продуманным и реалистичным вариантом. По оценкам ученых они позволят добраться до Плутона за два месяца и вернуться обратно за четыре: при этом придется затратить 75 тонн топлива. Достичь Альфы Центавра можно будет в теории за двенадцать лет. В качестве основного недостатка ядерного двигателя называют высокую радиационную опасность. Нужно сказать, что современная забота об экологии явно не прибавляет шансы на их скорое появление.

Ионный двигатель

Ионным двигателем называют тип электрического ракетного двигателя, принцип работы которого основывается на создании реактивной тяги на базе ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле. Назвать ионный двигатель «перспективным» было бы не очень правильно. Уже сейчас ему принадлежит рекорд негравитационного ускорения космического аппарата в космосе. В свое время экспериментальная станция Deep Space 1 увеличила скорость (масса аппарата составляла 370 кг) на 4,3 км/с, израсходовав 74 кг ксенона. Данный рекорд побил Dawn в 2010 году, при этом осенью 2016-го года удалось набрать скорость в 11,1 км/с. Сейчас, кстати, компанию аппарату Dawn составляет ионный Artemis, а потом к ним присоединится LISA.

Будущее у концепции определенно есть. Недостатки ионных ракетных двигателей тоже хорошо известны. Главный из них — чрезвычайно слабая тяга, достигающая в лучшем случае 100 миллиньютонов. При текущем уровне развития технологий произвести старт с Земли, используя такой двигатель, невозможно. Зато, по оценкам, в космосе, при условии, что ионный двигатель будет работать долго, космический корабль можно будет разогнать до очень приличных скоростей. Как минимум, такое устройство можно будет применять для корректировки курса.

Антиматерия

Куда более революционным видится перспективный двигатель, использующий антивещество. Как известно, при встрече античастиц и частиц обычной материи происходит аннигиляция с высвобождением колоссальной энергии. Один килограмм антивещества и один килограмм вещества могут выделить энергии на 43 мегатонны в тротиловом эквиваленте, что сравнимо со взрывом термоядерной советской «Царь-бомбы». Говорят, что полет к Марсу с таким двигателем занял бы в районе месяца. А там и до ближайших звезд, возможно, дело бы дошло.

Есть, увы, одно «но». Антивещество является самой дорогой субстанцией на планете — по оценкам NASA за 2006 год, производство миллиграмма позитронов (античастица электрона) стоило примерно 25 миллионов американских долларов. С учетом современного тренда на удешевление ракетных запусков концепция выглядит утопично. К счастью, наука на месте не стоит. Возможно, в будущем, появятся шансы реализовать такой двигатель на практике.

EmDrive

Самый же странный и фантастичный гость нашего списка — теперь уже широко известный EmDrive. Если кто забыл, напомним: он является экспериментальной установкой, поставивший многих ученых мира в тупик. Согласно точки зрения создателей, двигатель создает тягу, хотя не должен этого делать, по законам физики. Устройство состоит из магнетрона и резонатора. Магнетрон генерирует микроволны, энергия их колебаний накапливается в резонаторе высокой добротности, и, по заявлениям авторов, стоячая волна электромагнитных колебаний в замкнутом резонаторе служит источником тяги. Проблема в том, что отсутствие расходуемого рабочего тела у этого двигателя, по-видимому, идет в разрез с законом сохранения импульса.

В целом, достигаемый эффект незначителен и многие ученые связывают его с допущенными при исследованиях погрешностями или же откровенно грубыми ошибками в расчетах. Одно из последних исследований, проведенных немцами, гласит, что появляющаяся внутри двигателя EmDrive тяга является следствием взаимодействия между магнитным полем кабелей, усилителем и магнитными полями планеты. Туманное, но все же объяснение.

В целом, гегемонии химических ракетных двигателей на данном этапе ничего не угрожает. Они, как мы уже отмечали, вполне вписываются с текущие реалии и отвечают всем требованиям ракетно-космической индустрии. Ну а полеты к другим планетам и, тем более — к другим планетным системам — связаны не только с проблемой новых двигателей, но и с целым списком других вопросов, которые только предстоит решить.

Предложено простое объяснение принципа работы невозможного двигателя “EmDrive”

Научная группа Дрезденского технического университета (Германия), возглавляемая профессором Мартином Таймаром, не нашла убедительных и достоверных свидетельств работоспособности модели двигателя EMDrive. Соответствующее исследование недавно представлено на конференции Space Propulsion в Севилье (Испания). Эксперименты, проведенные учеными в рамках проекта SpaceDrive, продемонстрировали наличие у EMDrive небольшой «тяги», величина которой оказалась сопоставима с погрешностью измерений. Специалисты полагают, что «тяга» у модельного двигателя обусловлена возникновением сил Лоренца, порожденных действием магнитного поля Земли на находящиеся под током кабели электрического усилителя, питающего EMDrive. «Это четко показывает, что “тяга” происходит не от EMDrive, а некоторого электромагнитного взаимодействия. Несмотря на то, что мы использовали как можно больше закрученных или коаксиальных кабелей, в конечном итоге некоторые магнитные поля проникали через наши кабели и разъемы», — пишут авторы.

Воспользуйтесь нашими услугами

На конференции ученые также рассказали о проверке эффекта Вудворда, существование которого также не получило убедительных доказательств. Немецкие специалисты заявили, что продолжат исследования в рамках SpaceDrive.

EmDrive представляет собой устройство в форме конуса из магнетрона (генерирующего микроволны) и резонатора (накапливающего энергию их колебаний). Такая конструкция позволяет, по словам создателей, преобразовывать излучение в тягу.

Установка из-за противоречивых результатов испытаний встречает неоднозначную реакцию в научных кругах, поскольку ее действие при наивном рассмотрении предполагает нарушение законов сохранения.

Испытания EmDrive, проведенные в июне 2015 года Таймаром, также не смогли подтвердить (или опровергнуть) работоспособность модельного двигателя.

EmDrive – это двигатель-загадка. Впервые разработка была представлена аэрокосмическим инженером Роджером Шоером (Roger Shawyer) в 2001 году, а суть технологии может быть описана, как «бестопливный ракетный двигатель», в том смысле, что для него не требуется горючего, в традиционном представлении. Отсутствие на борту больших объемов топлива сделает космические корабли более легкими, их будет проще приводить в движение и, теоритически, их производство станет намного дешевле. Кроме того, гипотетический двигатель позволит достигать неимоверно высоких скоростей: астронавты смогут добираться до внешних границ Солнечной системы всего лишь за считанные месяцы.

Все дело в том, что сама по себе концепция движения без реактивного выброса массы «не стыкуется» с ньютоновским Законом сохранения импульса, который утверждает, что внутри замкнутой системы линейный и угловой моменты остаются постоянными величинами, вне зависимости от изменений, происходящих внутри этой системы. Проще говоря, если к телу не приложить внешнюю силу, то сдвинуть его с места невозможно.

Загадочный электромагнитный двигатель, который создает тягу безо всяких реактивных процессов, также нарушает и Третий (не менее фундаментальный) закон Ньютона: «На каждое действие всегда есть равное и противоположное противодействие». Так как же тогда «действие» (реактивное движение космического аппарата) происходит без «противодействия» (сжигания топлива и реактивного выброса масс) и как вообще такое возможно? Если система работает, это значит в ней задействованы силы или явления неизвестной природы или же наше понимание законов физики абсолютно ошибочно.

Оставив на некоторое время физическую «невозможность» технологии, давайте определимся, что она собой представляет. Итак, EmDrive относится к категории гипотетических машин, использующих в своей работе модель «РЧ тягового полостного резонатора» (RF resonant cavity thruster). Такие устройства работают за счет магнетрона, испускающего микроволны в закрытую металлическую камеру в форме усеченного конуса, которые затем отражаются от ее задней стенки, передавая реактивную тягу аппарату. Опять же, выражаясь обычным языком, тело просто «отталкивается» от самого себя (как всё-таки глупы были люди, не верившие Барону Мюнхгаузену, когда он рассказывал о том, как вытащил себя за волосы из болота).

Такой принцип движения в корне отличается от того, что используют современные космические корабли, сжигающие огромное количество топлива для производства энергии, подымающей в небо массивные аппараты. Одной из метафор, раскрывающих суть «невозможности» такой технологии, может также стать предположение, что сидящий в салоне незаведенного автомобиля водитель способен сдвинуть его с места – всего лишь надавив, как следует, на рулевое колесо.

Несмотря на то, что было проведено несколько успешных тестов экспериментальных прототипов – с очень небольшим, порядка нескольких десятков мкН, выделением энергии (вес мелкой монеты) – итоги ни одного из исследований не были опубликованы в каком-либо рецензируемом журнале. Это значит, что к любым положительным результатом нужно относится с долей здорового скептицизма, который допускает, что зафиксированная тяга могла быть неучтенной силой или ошибкой аппаратуры.

Пока технология не получила соответствующего научного подтверждения, логично было бы предположить, что EmDrive, на самом деле, не работает. Однако есть множество людей, которые опытным путем доказали, что «невозможный» электромагнитный двигатель все-таки работает:

В 2001 году Шойер получил от британского правительства грант в размере £45 000 на тесты для EmDrive. Он заявил, что в ходе испытаний была получена тяга силой 0,016 Н и для этого потребовалось 850 Вт энергии, однако не одна экспертная оценка не подтвердила результат. Причем цифры были настолько малы, что легко могли сойти за погрешность измерительной техники.

В 2008 году группа китайских ученых Северо-западного политехнического университета во главе с Ян Хуаном (Yang Juan), по их заявлению, подтвердила дееспособность технологиисоздания тяги за счет электромагнитного резонанса и позднее разработала свою собственную рабочую модель двигателя. С 2012 по 2014 год было проведено несколько удачных тестов, в которых удалось получить тягу силой 750 миллиньютон при затраченных на это 2500 ватт энергии.

В 2014 году исследователи NASA протестировали свою модель EmDrive, причем испытания проходили также и в условиях вакуума. И снова ученые отрапортовали об успешном эксперименте (они зафиксировали тягу в 100 мкН) результаты которого, опять, не были подтверждены независимыми экспертами. В тоже время, другая группа ученых космического агентства весьма скептично отозвалась о работе коллег – однако, ни опровергнуть, ни подтвердить возможность технологии так и не смогла, призвав к проведению более глубоких исследований.

В 2015 году эта же группа NASA протестировала другую версию двигателя Cannae Drive (бывший Q-drive), созданную инженером-химиком Гвидо Фетта (Guido Fetta) и заявила о положительном результате. Практически в одно время с ними, немецкие ученые из Дрезденского технологического университета также опубликовали результаты, в которых предсказуемо подтвердили наличие «невозможной» тяги.

И уже в конце 2015, еще один эксперимент от НАСА, проведенный группой Eagleworks (космический центр имени Джонсона) окончательно подтвердил состоятельность технологии. Тестирование проводилось с учетом предыдущих ошибок и, тем не менее, результаты оказались положительными – двигатель EmDrive производит тягу. В то же время, исследователи допускают, что обнаружились новые неучтенные факторы, одним из которых может быть тепловое расширение, ощутимо влияющее на устройство в условиях вакуума. Будет ли передана работа на рассмотрение экспертам или нет, ученые из Исследовательского центра Гленна, Кливленд, штат Огайо, Лаборатории реактивного движения НАСА и Лаборатории прикладной физики университета Джонса Хопкинса уверены, что продолжать эксперименты стоит.

Вообще научное сообщество очень осторожно воспринимает все, что связано с EmDrive и с электромагнитными резонансно полостными двигателями в целом. Но с другой стороны, такое количество исследований вызывает несколько вопросов. Почему к технологии такой повышенный интерес и почему столько людей хотят ее протестировать? Что на самом деле может предложить двигатель с таким привлекательным концептом?

От разного рода атмосферных спутников и до более безопасных и эффективных автомобилей – такую широкую сферу применения пророчат новому устройству. Но главным, по-настоящему революционным последствием его внедрения являются невообразимые горизонты, которые открываются для космических путешествий.

Потенциально, корабль, оснащенный двигателем EmDrive, способен добраться до Луны всего за несколько часов, до Марса – за 2-3 месяца и до Плутона – примерно за 2 года (для сравнения: на то, чтобы долететь до Плутона зонд New Horizons потратил более 9 лет). Это достаточно громкие заявления, однако, если выяснится, что технология имеет под собой реальное основание, эти цифры не будут настолько фантастическими. И это с учетом, того что нет нужды перевозить тонны горючего, производство космических аппаратов станет более простым, а сами они будут намного легче и значительно дешевле.

Для НАСА и подобных организаций, включая множество частных космических корпораций вроде SpaceX или Virgin Galactic легковесный и доступный корабль, способный быстро добираться до самых отдаленных уголков Солнечной системы, является вещью, о которой пока можно только мечтать. Тем не менее, для реализации технологии, науке еще придется потрудиться.

В то же время, Шойер твердо убежден, что для того, чтобы объяснить, как работает EmDrive, не требуется никаких псевдонаучных или квантовых теорий. Наоборот, он уверен, что технология не выступает за рамки действующей модели ньютоновской механики. В подтверждение своих слов он написал несколько статей, одна из которых сейчас находится на рецензировании. Ожидается, что документ будет опубликован в этом году. Вместе с тем, его прошлые работы подверглись критике за некорректные и непоследовательные научные изыскания.

Несмотря на его настойчивые утверждения о том, что двигатель работает в пределах существующих законов физики, Шойер умудряется делать и несколько фантастичные предположения относительно EmDrive. Например, он заявил, что новый двигатель работает за счет варп-поля и именно поэтому последние результаты NASA были успешными. Такие выводы привлекли массу внимания онлайн сообщества. Однако, опять-же, на сегодняшний день нет прозрачных и открытых подтверждающих данных, и для того чтобы технологию восприняла официальная наука нужно провести еще не одно глубокое исследование.

Колин Джонсон (Colin Johnston), сотрудник Планетария Арма, написал объемную статью, в которой раскритиковал EmDrive и неубедительные результаты множества проведенных экспериментов. Кроме того, Кори С. Пауэлл (Corey S. Powell) из Discovery, вынес свой обвинительный вердикт для двигателей EmDrive и Cannae Drive, точно также, как и для исследований NASA. Профессор математики и физики Джон С. Баэз вообще назвал концепцию этой технологии «вздором» и его заключения отражают настроения многих ученых.

Источник: https://lenta.ru/, https://digitaltrends.com

Воспользуйтесь нашими услугами

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

Reactionless Drives — Atomic Rockets

RocketCat sez

Кен Бернсайд сказал это лучше всех.

Друзья, не позволяйте друзьям использовать бесконтактные двигатели в своих вселенных .

Да, я знаю, что проклятая Тирания Ракетного Уравнения портит удовольствие писателям-фантастам, делая каждый грамм на счету. Но безреактивный привод — это решение, которое усугубляет проблемы. Это как избавиться от вшей, поджигая волосы.

Уверен, что вы дадите Tyranny Of The Rocket Equation бетонные боты и сбросите их в океан, чтобы они переспали с рыбками. Но вы также предоставите каждому космическому флоту, астровоенным, коррумпированным корпорациям, злодею Джеймса Бонда и маленькому Джимми в его гаражной лаборатории доступ к разрушающему цивилизацию релятивистскому оружию . Ты уверен, что хочешь это сделать?

И, кроме того, существует железобетонный Закон Сохранения Импульса, который гласит: Вы не можете этого сделать . Конечно, будущий научный прорыв может позволить вам добиться своего, но это не тот способ, которым можно делать ставки.

• Третий закон Ньютона в… э-э-э… действии.

Соотношение масс — бич конструкторов атомных ракет. Каким бы мощным ни был двигатель, на каждый килограмм ракеты у вас будет несколько килограммов топлива. Это накладывает серьезные ограничения на виды миссий, которые может выполнить ракета, прежде чем вечно голодный двигатель снова придется заправлять. Каждый грамм на счету благодаря Уравнению Тирании Ракет

Это потому, что все ракеты используют третий закон Ньютона о действии и противодействии. Вы бросаете что-то назад (топливо) и в ответ ракета движется вперед. Вот почему ракеты называют «реактивными двигателями».

Естественно, возникает мысль, что если придумать, как заставить космический корабль двигаться без с использованием топлива, то все проблемы с отношением масс исчезнут. У вас будет «безреактивный драйв». Неудивительно, что на эту тему есть запись в TV Trope.

Безреактивный двигатель был бы великолепен, если бы не тот досадный факт, что он нарушил бы закон сохранения импульса.

Верно, что в некоторых редких случаях третий закон Ньютона неприменим (некоторые ситуации с магнитно-связанными частицами и гравитационными силами, действующими между очень быстро движущимися объектами) , но закон сохранения количества движения является подлинным железный закон без исключений. В закрытой системе общее количество импульса не может измениться. Это было проверено с точностью до одной части в 1e15, и никаких исключений обнаружено не было.

Это означает, что в закрытой системе безреактивный привод невозможен, так как он изменит общее количество импульса.

(Обратите внимание, что этого закона можно избежать с открытой системой , с чем-то вроде солнечного паруса, космическим кораблем, запущенным массовым двигателем на основе астероида, двигателем с потоком гранул или звездным огоньком. В этих случаях двигательная установка является внешней по отношению к космическому кораблю, поэтому система открыта и закон не применяется.)

Однако такая мелочь, как нарушение закона физики, не остановит сумасшедших. Признайтесь, второй закон термодинамики не остановил всех, кто пытался создать вечный двигатель первого рода.

И даже если вы, автор научной фантастики, вручную создали его для своего научно-фантастического романа, у вас все равно есть проблемы.

Работающий безреактивный двигатель может превратить дешевую солнечную батарею и кирпич в разрушительное для цивилизации оружие сверхмассивного разрушения.

Совет Бернсайда — Друзья, не позволяйте друзьям использовать безреактивные двигатели в своих вселенных .

Имейте в виду, что Первый закон Бернсайда — это скорее то, что вы бы назвали «рекомендациями», чем фактические правила. В научно-фантастическом романе вам позволено иметь безреактивные побуждения. Вам просто нужно принять во внимание, что безреактивные двигатели дадут вам дешевое оружие для разрушения планет, и соответствующим образом спланируйте свою научно-фантастическую вселенную.

Хитрость заключается в том, чтобы безреактивно не означает, что дает вам возможность разрушать планеты с помощью военно-морского эквивалента гребной лодки (которая бросит большой разводной ключ в тщательно продуманную автором конструкцию боевого космического корабля) . Безотказные двигатели, без ограничений по топливу/топливу, дадут вам Dirt Cheap Planet Crackers. Если у вас есть двигатель без реакции и звездная экономика, где существует большинство распространенных тропов (частные грузовые бродяги) , у вас также есть ракеты с гравитационным двигателем. К сожалению, отказ от Planet Crackers Done Real Cheap практически невозможно оправдать логическими соображениями, поэтому перед автором научной фантастики стоит весьма непростая задача.

(Обратите внимание, что, хотя двигательные установки, такие как фотонные или тахионные двигатели, не безреактивны, они производят топливо по мере необходимости, а не несут его. что эти двигатели НЕ запрещены законами физики. Фотонные двигатели не являются большой проблемой, потому что вам нужны возмутительные триста мегаватт на каждый жалкий Ньютон тяги. Тахионные двигатели ЯВЛЯЮТСЯ проблемой, поскольку они этого не делают.)

Быстрое и грязное решение состоит в том, чтобы заставить безреактивный двигатель полагаться на какой-то невероятно труднодоступный материал или оборудование (например, негативную материю). Этот материал станет контролируемым веществом со смертной казнью или эквивалентом за хранение. И если гражданские смогут владеть безреактивным космическим кораблем, двигатель (или весь корабль), вероятно, будет включать в себя какой-то механизм самоуничтожения, который астровоенные смогут дистанционно взорвать. Плюс ловушка для запуска самоуничтожения, если кто-то попытается вмешаться в детонатор.

Большая проблема заключается в том, что враждебные астровоенные будут вооружены дешевыми взломщиками планет. Астровоенным потребуется какая-то стратегия и/или защитное оружие для защиты планеты.

ЧТО ТАКОЕ СОВЕТЫ БЕРНСАЙДА?

Это появилось в ответ на повторяющееся обсуждение в SFCONSIM-L, списке рассылки, который я модерировал (и активно участвовал в то время, когда я разрабатывал Attack Vector: Tactical).

Новый член списка: «Привет, я пишу о X , с космическими кораблями, которые совершают многократные перегрузки, как в работах автора Y! »

Кен (и другие члены списка): «Как вы удерживаете кого-то от стерилизации планет в результате того, что крылатая ракета имеет многократную перегрузку, запущенная с орбиты Сатурна и позволяющая ей поразить доли с ? Единственный способ действительно избежать этого — использовать дельта-v ограниченную тягу и уравнение ракеты». «Ты большой подлец! Я просто пытаюсь рассказывать истории о головокружительных приключениях! Если это достаточно хорошо для автора Y , это ЖЕСТКАЯ научная фантастика!»

Кен: «Автор Y заработал себе репутацию {30|40|50} лет назад, и стандарты изменились. многомесячное время в пути, продолжающееся более двух лет, что может повлиять на историю, которую вы хотите рассказать».

Новый член списка: «АААРХ! Ты невозможен!»

Кен: «Вот мой совет: Друзья, не позволяйте друзьям использовать безреактивные приводы в своих вселенных.»

Это случалось несколько раз за четыре года, и Совет Бернсайда стал стенографической формой обсуждения.

Меня до сих пор удивляет, что это цитируют более 15 лет спустя!

Кен Бернсайд (2017)

SPACE DRIVE

• работа Брюса Пеннингтона

— Остается южный конец Рамы, до которого коммандер Нортон не смог добраться из-за этой десятикилометровой полосы воды. На Южном полюсе есть всевозможные любопытные механизмы и конструкции — вы видели фотографии. Что они из себя представляют, можно только догадываться.
     ‘Но я достаточно уверен в этом. Если у Рамы и есть двигательная установка, то это нечто совершенно за пределами наших нынешних знаний. На самом деле это должен был быть сказочный «космический драйв», о котором люди говорят уже двести лет.
     ‘Вы не исключаете этого?’
     ‘Конечно, нет. Если мы сможем доказать, что у Рамы есть космический двигатель, даже если мы ничего не узнаем о режиме его работы, это будет большим открытием. По крайней мере, мы бы знали, что такое возможно.

     – Что такое космический двигатель? – довольно жалобно спросил посол с Земли.
     ’ Любая силовая установка, сэр Роберт, которая не работает по принципу ракеты. Антигравитация — если она возможна — подойдет очень хорошо. В настоящее время мы не знаем, где искать такой двигатель, и большинство ученых сомневаются в его существовании».
     ‘Это не так,’ вмешался профессор Дэвидсон. «Ньютон решил это. У вас не может быть действия без противодействия. Космические двигатели — это ерунда. Поверьте мне.
     – Может быть, вы и правы, – ответил Перера с необыкновенной мягкостью. — Но если у Рамы нет космического привода, то у него вообще нет привода. Для обычной двигательной установки с ее огромными топливными баками просто нет места.

---

     – Я хотел бы прокомментировать это, – сказал историк науки. «Кажется, Рама изменил направление вращения без использования каких-либо форсунок или реактивных устройств. Это оставляет только две возможности, как мне кажется.

     ‘Во-первых, у него есть внутренние гироскопы или их эквивалент. Они должны быть огромными; где они?
     ‘Вторая возможность — которая перевернет всю нашу физику с ног на голову — состоит в том, что у него есть безреактивная двигательная установка. Так называемый космический двигатель, в который профессор Дэвидсон не верит. Если это так, то Рама может делать практически все что угодно. Мы совершенно не сможем предвидеть его поведение, даже на грубом физическом уровне».

     Дипломаты, очевидно, были несколько сбиты с толку этим обменом мнениями, а астроном отказался рисовать. У него было достаточно конечностей для одного дня.
     ‘Я буду придерживаться законов физики, если вы не возражаете, пока мне не придется от них отказаться. Если мы не нашли ни одного гироскопа в Раме, возможно, мы плохо искали или искали не в том месте. Звездное поле смещалось, как будто он активировал вращающиеся двигатели. Но он не прикасался к элементам управления, и если бы было какое-то реальное движение, он бы сразу это почувствовал.
     ‘Шкипер! — срочно сказал Калверт с навигационного поста, — мы катимся — посмотри на звезды! Но я не получаю показаний приборов!’
     ‘Гирос скорости работает?’
     ‘Совершенно нормально, я вижу нулевое дрожание. Но мы кренимся на несколько градусов в секунду!’
     ‘Это невозможно!’
     ‘Конечно, но смотрите сами. ‘ Нортон не сомневался в том, что звездное поле действительно медленно вращалось — вот Сириус, за краем порта. Либо Вселенная, реверсируя докоперниковскую космологию, внезапно решила вращаться вокруг Стремление ; или звезды стояли на месте, а корабль поворачивался.
     Второе объяснение казалось более вероятным, хотя и заключало в себе явно неразрешимые парадоксы. Если бы корабль действительно вращался с такой скоростью, он бы это почувствовал — буквально седлом штанов, как гласила старая поговорка. И гироскопы не могли выйти из строя одновременно и независимо друг от друга.
     Остался только один ответ. Каждый атом Endeavour должен быть во власти какой-то силы, и только мощное гравитационное поле могло произвести такой эффект. По крайней мере, никаких других известное поле .

     Внезапно звезды исчезли. Пылающий диск солнца появился из-за щита Рамы, и его сияние прогнало их с неба.
     ‘Вы можете получить показания радара? Что такое доплер?
     Нортон был полностью готов к тому, что и он не работает, но ошибся.
     Рама, наконец, двинулся вперед, разогнавшись до скромной скорости 0,015 g. Доктор Перера, сказал себе Нортон, будет доволен; он предсказал максимум 0,02. И «Индевор » каким-то образом оказался захваченным, как обломок плавучего космического корабля, кружащийся за мчащимся кораблем.
     Час за часом ускорение оставалось постоянным; Рама отставал от Endeavour с неуклонно возрастающей скоростью. По мере увеличения расстояния аномальное поведение корабля постепенно прекращалось; нормальные законы инерции снова начали действовать. Они могли только догадываться об энергиях, чьей ответной реакцией они были ненадолго застигнуты, и Нортон был благодарен, что разместил Endeavour на безопасном расстоянии до того, как Рама включил свой двигатель.
     Что касается природы этого влечения, то одно теперь было ясно, хотя все остальное оставалось загадкой. Не было ни газовых струй, ни пучков ионов, ни плазмы, толкавших Раму на новую орбиту. Никто не выразился лучше, чем сержант профессор Майрон, когда он потрясенно и неверяще сказал: «Вот и третий закон Ньютона». 0004

О, Машина Дина, Машина Дина,
Поставишь прямо в подводную лодку,
И она летит так высоко, что ее не видно —
Замечательная, чудесная Машина Дина!

Деймон Найт

Веселье началось еще в 1960 году, когда Джон У. Кэмпбелл (отец Золотого века научной фантастики) решил произвести фурор, предоставив бесплатную рекламу Норману Дину и его печально известному «Диану Дина». Предположительно, он мог преобразовывать вращательное движение в поступательное, т. е. это был безреактивный привод. Патент США 2886976. «Только подумайте, — сказал Кэмпбелл, — воткните один из них в подводную лодку, и вы мгновенно получите космический корабль!»

Другое распространенное название привода Дина — «инерционный привод».

Кэмпбелл был в ярости от того, что ведущие ученые даже не интересовались просмотром привода. Но в данном случае ученые действовали правильно. Столкнувшись с тем фактом, что двигатель Дина явно нарушил закон сохранения импульса, что ж, экстраординарные утверждения требуют экстраординарных доказательств. Коробка, вибрирующая на чашечных весах, из-за которой весы выглядят так, будто они потеряли унцию или две, недостаточно убедительна.

Интерес к Дин Драйв угас, поскольку Дин отказался позволить кому-либо осмотреть устройство, за исключением Джона У. Кэмпбелла и Дж. Гарри Стайна. По крайней мере, предварительно не раскошелившись. Даже (теперь) автор научной фантастики Джерри Пурнелл пытался получить разрешение на осмотр привода от имени авиастроительной компании, в которой он работал в то время, но получил отказ.

После смерти Дина интерес к Стайну в 1980-х годах ненадолго возродился, но он тоже умер, а позже и Стайн. Внимательное изучение патента показывает, что устройство на самом деле представляет собой сложный храповой механизм, тянущийся по металлической ленте, а не бездействующий привод.

Физик Милтон Ротман отмечает, что апологеты Дин Драйва размахивают руками и говорят о странной взаимосвязи между силой и изменяющимся ускорением в качестве оправдания привода, но все, что они делают, это раскрывают глубину своего невежества в основах физики.

О ПРОЕКТИРОВАНИИ МЕЖЗВЕЗДНОГО КОСМИЧЕСКОГО КОРАБЛЯ

1. Во-первых, найдите что-то, к чему нужно стремиться.

В качестве способа доведения ракеты до высшего и даже до
«высочайшие части земной атмосферной оболочки, профессор
Ракета Годдарда — осуществимая и потому перспективная
устройство… Это когда многозарядную ракету рассматривать как
путешественник на Луну, в котором начинаешь сомневаться… ибо после
ракета покидает наш воздух и действительно начинает свой более долгий путь, его
полет не будет ни ускоряться, ни поддерживаться взрывом
обвинений, которые он тогда мог бы оставить. Этот профессор Годдард,
со своим «кафедрой» в колледже Кларка и поддержкой
Смитсоновский институт, не знает отношения действия к
реакция, и потребность иметь что-то лучше, чем вакуум
против чего реагировать — сказать, что это было бы абсурдно. Конечно он
только кажется, что ему не хватает знаний, черпаемых ежедневно в высоких
школы…

( New York Times, 13 января 1920 г. , передовая страница.)

Эта цитата, одна из моих любимых, ясно показывает могилу
Опасности малых знаний. Это делает очевидным тот факт, что
«знания, ежедневно получаемые в средних школах», не давали этому конкретному автору передовиц очень хорошего понимания механики
космического полета. Он знал, что если ты хочешь пойти куда-нибудь, у тебя есть
натолкнуться на что-то, но он не знал достаточно, чтобы понять
что ракета просто упирается в собственный выхлоп — или что
вырывающийся выхлоп отталкивает корабль, что равняется тому же
вещь.

Идея о том, что космический корабль приводится в движение, отталкиваясь от
его выхлоп обычно связан с третьим законом движения Ньютона. Этот
закон гласит, что когда два тела взаимодействуют друг с другом, сила
сила, действующая на один объект, равна и противоположна силе, действующей на
Другой. Так что если ракета давит на свои выхлопные газы, то выхлоп
газы толкают ракету в противоположном направлении с одинаковой силой.
Интересен тот факт, что третий закон движения Ньютона не
универсальный закон. То есть это применимо не ко всем ситуациям. я бы
Не вините вас, если вы отреагировали на это заявление с недоверием. Это
Я был потрясен, узнав о лазейках в Третьем законе. Эти дыры представляли собой серьезные упущения в
мое образование, потому что я меньше узнал Истину о Третьем Законе
чем 10 лет назад, и я получил докторскую степень по физике почти
30 лет. Опыт показывает, что лучше сохранять чувство
скромности в отношении своих знаний.

Это также демонстрирует, что реальная физика настолько далеко опередила
чему учат в элементарном курсе физики (или даже в курсе
в инженерной механике), что средний полуобразованный человек
может очень легко утонуть в глубоких и мутных водах, когда
углубляясь в самые простые темы. Я подчеркиваю это, потому что
по поводу космических дисков до сих пор ходит некоторая ерунда, и авторам это сходит с рук только потому, что
требуется нечто большее, чем элементарное знание физики, чтобы продемонстрировать ошибочность их идей.

Эти заблуждения возникают из-за неправильного понимания
Законы движения Ньютона и некоторые другие фундаментальные законы.
физики. (Да, через 60 лет после той печально известной редакционной статьи, процитированной выше,
есть те, кто не только неправильно понимает третий закон Ньютона,
но приложите решительные усилия, чтобы понять его неправильно.)

В этой статье я хочу внимательно взглянуть на
фундаментальные законы природы, и посмотреть, что эти законы говорят нам о
необходимость проектирования межзвездного космического корабля. По пути
Я хочу отделить некоторые факты от огромного количества вымысла.
которые были брошены в нашу сторону на протяжении многих лет. (И я мог бы
добавим, вымысел, который очень часто приходит к нам с ярлыком «научный факт». я
иногда задаемся вопросом, должны ли мы закладывать Федеральную Истину в Навешивание ярлыков
Воздействовать на этих людей.)

Во-первых, как насчет тех исключений из третьего закона Ньютона? Ты
должен умереть от любопытства по этому поводу. Как могут быть лазейки
в таком фундаментальном законе природы? Ну, эти исключения случаются
в основном в связи с магнитными силами, но они возникают и при
гравитационные силы, действующие между объектами, движущимися очень быстро. А
простой пример показывает, что происходит с магнитными силами.
Мы знаем, что между двумя электрически заряженными объектами
электрическая сила. Эта электрическая сила является либо притяжением, либо отталкиванием и действует вдоль прямой линии между двумя объектами.
Если объекты движутся (относительно наблюдателя), то дает о себе знать дополнительная сила — магнитная сила. (Или, выражаясь
точнее, магнитная сила есть составляющая электромагнитного взаимодействия, зависящая от скоростей зарядов.)

Посмотрите на два заряда на рис. 1. Они движутся со скоростями
v ₁ и v ₂ . Скорость v ₁ находится в направлении x, а v ₂ — в направлении y.
Заряд 1 создает магнитное поле (B ₁ ), силовые линии которого указывают
в направлении z в месте расположения заряда 2. Магнитная сила
действует на заряд 2 под прямым углом как к его скорости, так и к
направление магнитного поля. Так что магнитная сила находится в x
направление.

С другой стороны, заряд 2 создает нулевое магнитное поле на
расположение заряда 1 (поскольку заряд 1 находится на линии движения
плата 2). Следовательно, магнитная сила вообще не действует на
зарядка 1! Итак, если мы сложим электрические и магнитные силы (векторно), мы обнаружим, что полная сила, действующая на заряд 1, не равна ни
по величине и не противоположно направлению силы, действующей на заряд
2.

Шокирует, не правда ли?

Итак, что нам делать с третьим законом Ньютона и как
Можем ли мы отказаться от него так беспечно? Третий закон изначально предназначался
иметь дело с действиями и реакциями между парами объектов. Оно работает
для обычных механических сил (контактные силы), так и для гравитационных
силы в обычных условиях, поэтому это адекватный закон для классического
механика.

Но у этого закона есть два серьезных ограничения. Во-первых, предполагается, что
взаимодействуют только два объекта. Но электромагнитное поле нельзя игнорировать; это часть системы. Так, в случае двух движущихся
заряженных объектов у нас нет простой системы двух тел. Второй,
закон предполагает, что при взаимодействии двух тел сила между
они перемещаются мгновенно. Но это не так. Даже гравитационные силы движутся со скоростью света. Итак, если у нас есть космический корабль
двигаясь очень быстро, сила, действующая на корабль, зависит от того, где
корабль находится теперь , но сила, действующая на планету, зависит
Где корабль находился некоторое время назад, потому что планета
еще не знает, что корабль двинулся. Так что даже с гравитационным
сил Третий закон строго не соблюдается.

Неважно. Третий закон Ньютона не является фундаментальным законом природы. Это просто оказывается правдой в ряде случаев.
полезные ситуации. Это работает для ракет, но если мы собираемся
поиск более новых средств движения, то нам нужно более
общий закон.

Основной и общий закон, применимый к нашему поиску,
закон сохранения импульса. Импульс — довольно абстрактное свойство движущихся объектов, но его определение простое.
Импульс движущегося тела равен произведению его массы на его
скорость. Так, например, ракета массой 1000 килограммов
двигаясь со скоростью 100 м/с, имеет импульс 100 000 кг м/с.
(Любопытно, что, несмотря на исключительную важность импульса в физике, для единицы импульса не существует единого названия.)

Закон сохранения количества движения гласит, что в замкнутом
система – система, на которую не действует никакая внешняя сила –
общее количество импульса должно оставаться неизменным. Важно помнить, что импульс является векторной величиной, т. е.
имеет направление . Два объекта могут иметь одинаковую величину импульса,
но если они движутся в противоположных направлениях, то их импульсы
противоположны по направлению. Имея это в виду, мы можем сформулировать закон
таким образом: когда несколько объектов движутся в замкнутом
В системе солнечный свет всех их импульсов является постоянной величиной. (И вот мы
должны понимать, что электромагнитные и гравитационные поля несут
импульс, поэтому они являются частью системы. )

Что это значит для ракеты? Представьте себе космический корабль, висящий
в космосе в полном одиночестве. Предположим, что он находится далеко от солнца, так что там
на него не действует внешняя сила. Если ничего не происходит, его импульс
невозможно изменить. Поэтому он может продолжать движение только с постоянным
скорость по прямой. (Эй, первый закон движения Ньютона!)

Если мы хотим, чтобы корабль изменил свою скорость (и импульс), то только
это можно сделать, если корабль оттолкнет что-то от
сам. Тогда, если выброшенный материал имеет определенный импульс в одном направлении, корабль будет иметь такой же импульс в противоположном направлении. Если мы продолжим выбрасывать материал
вдали от корабля, корабль продолжит увеличивать скорость:
таким образом, у нас есть реактивный двигатель или ракета.

Сохранение импульса требует, чтобы любой работоспособный
космический двигатель должен быть реактивным двигателем. Есть два исключения:
масс-драйвер (или катапульта) и солнечный парус. В обоих этих исключениях транспортное средство не является замкнутой системой — его толкает
внешняя сила, действующая на более массивное тело. (Сохранение
импульса по-прежнему применяется.) Я не собираюсь рассматривать катапульты или
солнечные паруса в этой статье, потому что я говорю о межзвездных
путешествовать. О катапультах явно не может быть и речи. Солнечных парусов не будет
приносишь ли ты много пользы, когда пытаешься разогнаться вне солнечного
системы до очень высоких скоростей. Они не принесут вам никакой пользы в
межзвездное пространство, с излучением, падающим на вас одинаково во всех направлениях.

Выше я сделал довольно догматическое утверждение — и позвольте мне повторить его: Если закон сохранения импульса — действительный закон, то каждый
межзвездный космический двигатель должен быть реактивным двигателем.

Теперь я вставил туда if. Но это то, как мы делаем логику. Что ж
Теперь, насколько действителен закон сохранения импульса? Насколько я уверен, что
то, что я говорю, есть правда, вся правда и всегда
правда?

Чертовски уверен. Сохранение импульса вместе с сохранением энергии является одним из самых фундаментальных
законы. Экспериментально подтверждено чрезвычайно высокое
степень точности, и никаких исключений для него никогда не было найдено.
наиболее важные проверки находятся в реакциях с элементарными частицами, ибо если элементарные частицы подчиняются этим законам, то все
объекты, построенные из них, должны подчиняться этим законам. И мы видим во всем
виды экспериментов, в которых при столкновении двух частиц друг с другом
они отскакивают в соответствии с нашими ожиданиями. Когда атом излучает
фотон света отскакивает, как ракета. Ведь не забудем
что электромагнитное излучение несет импульс; вот почему свет
оказывает радиационное давление, поэтому работают солнечные паруса.

Кстати, важно знать, что современная физика
считает импульс и энергию частями единого целого. Просто
поскольку 3 измерения пространства вместе со временем составляют 4-мерное пространство-время, 3 компонента импульса вместе с
энергии составляют четырехмерный тензор энергии-импульса. Таким образом,
сохранение импульса и энергии не являются отдельными законами. Сохранение импульса-энергии — это один закон, представленный одним
уравнение в 4-мерном пространстве-времени. Последние эксперименты
проверил этот закон с точностью до одной части из 10 ¹⁵ .

Поэтому, когда я говорю, что этот закон хорошо известен, я не просто
догматически избивая мои отбивные. Я говорю о результатах очень
хорошие эксперименты.

Я также знаю, что когда я говорю: «Межзвездному
космический двигатель, чтобы работать без использования принципа реакции», — кто-то
собирается бросить Закон Кларка мне в лицо.

Наш хороший друг Артур Кларк в момент слабости сделал
утверждение: «Когда выдающийся, но пожилой ученый заявляет, что
что-то возможно, он почти наверняка прав. Когда он заявляет
что что-то невозможно, он, вероятно, ошибается». (В Профили
будущего. )

Конечно, на меня этот закон не распространяется, так как я особо не
знатный, хотя и умеренно пожилой. Тем не менее такой
заявление не может остаться без возражений, так как оно принижает достоинство любого выдающегося пожилого ученого, который говорит, что вечный двигатель
невозможно. И космический двигатель, который претендует на то, чтобы работать, ничего не упираясь, находится точно в той же категории, что и вечный.
движение. (Помните, закон сохранения импульса нельзя разделить
от сохранения энергии.)

В ситуации, когда предлагаемое изобретение нарушает общепризнанный закон природы, бремя доказывания лежит на изобретателе. Если он
можно построить космический диск который ни на что не упирается, потом
он доказывает, что закон не применяется. Но сначала он должен построить
водить машину.

---

2. Дин Драйв.

А теперь мы подходим к Дин Драйв. Дин Драйв — это гаджет,
впервые обратили на себя внимание в серии статей в 1960 изумлений Джона У. Кэмпбелла. Это было устройство, которое должно было быть
способен ускоряться в пространстве, не сталкиваясь с
чего угодно и, таким образом, без ограничений ракет. В оригинале
статье Дин Драйв описывался как небольшая коробка, наполненная
вращающиеся грузы, приводимые в движение электродвигателем. Фотографии показали
эта коробка, установленная на напольных весах, демонстрирует отчетливую потерю
веса, когда двигатель был включен, и веса были
вращаясь вокруг.

Подразумевалось, что если бы двигатель был только более мощным
устройство поднялось бы за свои собственные бутстрапы и взяло бы
сразу в воздух. Никто не сказал, что устройство сделало на луче
весы вместо напольных весов, или вещь казалась легче
если бы вы просто держали его в руках.

Главной претензией Кэмпбелла, как всегда, было то, что ученые
мир просто проигнорировал это замечательное изобретение, величайшая вещь
с момента изобретения колеса и отказывался смотреть на него. я написал
Кэмпбеллу, сказав, что я работающий ученый, и я хотел бы
посмотреть на Дин Драйв. Я даже возьму свои напольные весы.
Возможно, он обиделся на мой явный сарказм. Для неизвестных
причинам, по которым он так и не принял мое предложение.

Однако никогда не скажешь, что все ученые дали Декану
Управляйте бесшумным лечением. Я могу быть фанатом научной фантастики, но…
по крайней мере, в то время я был настоящим ученым, работавшим в Принстонском
Лаборатория физики плазмы, и я всерьез заинтересовался устройством. (Возможно, Кэмпбелл думал, что машина
одна из тех деликатных вещей, которые просто не могут работать в присутствии
скептик. Или я опять прикалываюсь?)

Естественно, публикация статьи на Дин Драйв вызвала большой резонанс.
фурор. Были обычные письма в редакцию, и не одно
человек добросовестно выдвинул надлежащие технические возражения против всего
идея. Влияние загадочной коробки на весы в ванной было
объясняется действием импульсивной силы на систему трения. Словно сгорбившись
ровный пол. (Но не пол без трения.)

И пока мы все ждали, когда работающая модель поднимется с
землю, каким-то образом все это просто отошло на второй план. Более интересные вещи происходили в 1960-е годы.

К моему удивлению, я обнаружил, что дело никогда не умирало.
Просто временно погрузился в воду, теперь всплывает в статье Г. Гарри.
Стайн ( судеб, октября — декабря 1979 г.). Поскольку моя цель в этой статье
заключается в изучении вариантов межзвездных путешествий, я действительно не могу не обсудить это замечательное устройство — изобретение, которое покончило бы с
суетой и суетой ракет, если бы кто-нибудь взял
проблема построить один и заставить его работать.

Дин Драйв предположительно основан на изобретении Нормана.
Л. Дин. Его патент (патент США 2,886,976) озаглавлен: «Система
Преобразование вращательного движения в однонаправленное». Вернуться в
1960 г. Я очень внимательно изучил этот патент и обнаружил в нем очень интересную вещь. Устройство преобразует вращательное движение в
однонаправленное движение, но его метод выполнения этого трюка не
загадочнее, чем работа электродвигателя, тянущего
автомобиль вдоль трассы. Это не что иное, как очень сложная
храповик.

В каждом предыдущем обсуждении Дин Драйв не упоминается
Следующий интересный факт: В патенте Дина сердцем системы является металлическая лента, проходящая через центр машины.
Все, что делает устройство, это лезет вверх по ленте. Это все, что он делает. Нет
антигравитационный. Нет действия без реакции.

Как будто вы взяли мой Спинрайтер (принтер для компьютера, на котором я пишу), закрепили один конец его бумажной полоски
к потолку, а затем машина поднялась по бумаге на
средства привода звездочек. За исключением того, что машина Дина сделала это за
гораздо более сложный способ.

Теперь ни в одной из статей на Дин Драйв этот факт не упоминается.
Даже когда они ссылаются на патент, они не упоминают его. Все они
говорить о ящике, который должен подняться с пола
ничего не нажимая и не натягивая. Следовательно, все
претензии, сделанные в отношении Дин Драйв, основаны на откровенной лжи. Весь бизнес мошеннический.

Приведенные теоретические аргументы, пытающиеся доказать, что безреактивный космический двигатель возможен, в равной степени фальшивы и основаны на
очень элементарное непонимание физики. Например, там
должно быть что-то очень загадочное в отношениях
между силой и ускорением. Мы знаем, что ускорение есть
скорость изменения скорости. А еще мы знаем, что согласно второму закону движения Ньютона сила, действующая на объект, пропорциональна его ускорению. Но теперь предположим, что у вас есть объект,
ускорение меняется. Это означает, согласно этому аргументу,
что должна быть составляющая силы, пропорциональная скорости
изменение ускорения.

Что, конечно, чепуха. По определению сила, действующая на
тела пропорциональна его ускорению. Итак, если ускорение имеет
скорость изменения, это означает, что сила имеет соответствующую скорость
сдача. Нет необходимости (и фактически неправильно) вызывать
особая составляющая силы, пропорциональная скорости изменения
ускорение. (Строго говоря, сила, действующая на тело, равна
скорости изменения импульса объекта. Когда масса
меняется, это различие важно, как мы увидим.)

Дело в том, что в изменении ускорения нет ничего таинственного. Физики постоянно имеют дело с системами, в которых
ускорение меняется со временем. (Например, плазменные волны с колеблющимися электронами).
кто никогда не выходил за пределы физики I, где постоянное ускорение
единственная рассматриваемая тема. Поэтому, как только он сталкивается с ситуацией
где ускорение меняется со временем, он думает, что это очень
необычная ситуация. Но на самом деле это обычная ситуация. Очень редко
нам посчастливилось столкнуться с реальной физической ситуацией, когда
объекты испытывают постоянное ускорение в течение любого большого периода времени.

Я пытался убедить вас, что безреактивные дисковые накопители не
Работа. Фундаментальный аргумент основан на глубочайшем законе
физика: закон сохранения энергии-импульса.

Жалобы на то, что «наука» игнорирует важное открытие
являются ложными. Правда в том, что сторонники безреакционных космических дисков
недостаточно знать физику, чтобы убедить настоящего физика в том, что он должен
прекратить все, что он делает, чтобы вложить свое сердце, душу и деньги в
построить такой привод. Не понимая Почему они старательно
игнорируются, эти защитники сидят в сторонке и ворчат о
невообразимые привычки заведения.

Я полагаю, что мои аргументы не изменят мнение ни одного
истинные любители космических полетов. Они будут упорствовать. Точно так же я думаю, что есть еще люди, занятые строительством
вечные двигатели, трисекция углов и квадратура окружностей.
(Тем не менее, я полагаю, что может быть меньше людей, занимающихся такими
деятельности в настоящее время, так как нынешняя причуда — заниматься телекинезом
и другие пси явления с помощью электронных средств.)

Из О ПРОЕКТИРОВАНИИ МЕЖЗВЕЗДНОГО КОСМИЧЕСКОГО КОРАБЛЯ Милтона Ротмана (1980)

ИНЕРЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Однако экран, который он смотрел в данный момент, не был связан с подземным пикапом.

Он был связан с пикапом в нижней части сферы размером с баскетбольный мяч , приводимой в действие небольшим инерционным двигателем, который удерживал сферу, парящую в воздухе над игровым убежищем на северной оконечности острова Манхэттен.

На экране он видел с высоты птичьего полета травянистые каменистые курганы, где земля скрывала разрушенные и частично оплавленные руины давно рухнувших зданий.

От ВСЁ, ЧТО ВЫ МОЖЕТЕ СДЕЛАТЬ… Рэндалл Гарретт (1962)

Да, прежде чем вы все напишите мне, я слышал об EmDrive Роджера Шойера. Это тоже нарушает закон сохранения импульса , и эксперименты изобретателя не были воспроизведены .

С тех пор, как я написал вышеприведенное предложение еще в 2010 году, было несколько «повторений» кавычек без кавычек. Один был в Китае, другой в НАСА.

Мой результат:

1. Теоретическая основа изобретателя Роджера Шойера для его EmDrive кажется полной чушью. Это нарушает закон сохранения импульса, что, по сути, означало бы отказ от всей физики и начало с нуля, но все же предсказывало бы одни и те же результаты всех экспериментов в физике за последние несколько сотен лет. Это связано с принципом соответствия. Сохранение импульса требуется и поддерживается в уравнениях Максвелла, ньютоновской механике, специальной теории относительности, электродинамике и квантовой механике (и их комбинации, квантовой электродинамике).
2. Теоретическая база Шойера может не иметь ничего общего с оборудованием. То есть, его основа может быть хламом, но он случайно наткнулся на такое расположение оборудования, которое действительно создает аномальную тягу.
3. Общее правило – скептически относиться к положительным результатам, когда точность измерений находится на пределе.
4. Интересен тот факт, что три эксперимента, проведенные тремя разными исследователями, дали положительные результаты. Однако есть вопросы к результатам.
5. Если EmDrive действительно работает, то это действительно безотказный привод. Это означает, что это оружие массового уничтожения, по сравнению с которым астероид-убийца динозавров будет похож на мокрую петарду. эксперимент (Невероятная сжимающая сила! Через 10 лет устройство будет использовать квантовую гравитацию и производить даже меньше силы. ). А также о том, что были серьезные проблемы с экспериментальной установкой (о которых г-н Баэз подробно рассказывает).

   У Кори Пауэлла есть интересный анализ истории этого дела в статье под названием Подтвердило ли НАСА «невозможный» космический двигатель? Одним словом, № .

   Итан Сигел проводит дальнейший анализ, наряду с красными флажками, которые должны предупредить внимательных читателей о том, что происходит что-то подозрительное, в своей статье Как обмануть мир плохой наукой

   ---

   ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ:

   Группа немецких ученых провела анализ EmDrive, построив свой собственный по чертежам, и обнаружила, что он не работает. На самом деле они обнаружили недостаток в методологии, который дал ложный положительный результат.

   Они сразу поняли, что что-то не так, когда получили точно такое же значение тяги при 50 ваттах, когда они запускали свою версию при 2 ваттах. В реальном мире, если вы уменьшите входную мощность, это также снизит выходную мощность.

   Убийственной находкой стало проведение «нулевого теста». Они провели тест с нулевой мощностью, поступающей в микроволновый резонатор (это означает, что полная мощность шла на весь EmDrive, но мощность, поступающая в микроволновый резонатор, перехватывалась и поглощалась аттенюатором). И они все равно получили такое же значение тяги.

   Что еще более странно, так это то, что вы получаете такое же количество тяги , но в противоположном направлении , если вы повернете испытательный стенд в противоположном направлении. Этого не должно происходить. Реальные двигательные установки, такие как ракеты, всегда создают тягу в направлении, в котором указывает камера сгорания, независимо от направления, на которое направлена ​​камера. Если камера направлена ​​на север, тяга должна быть в северном направлении. Если камера направлена ​​на восток, тяга должна быть на восток. Что-то неладно в Датском королевстве, если вы направите патронник на восток и обнаружите, что тяга находится в южное направление .

   Вы были бы удивлены, если бы нацелили ракету на землю, но когда началось горение , ракета поднялась на орбиту, двигаясь назад вместо того, чтобы вонзиться в землю. Тем не менее, это то, что приборы указывали на то, что EmDrive делал.

   Что логически заставляет скептически настроенных ученых задаться вопросом, насколько точен прибор для измерения тяги.

   Да, это была проблема. Кабели, которые передают ток к микроволновому усилителю, проходят вдоль плеча торсиона (прибор для измерения тяги). Хоть кабель и экранирован, но он неидеален (потому что исследователям не хватило мю металла). Как оказалось, магнитное поле Земли заставляет ток в кабеле создавать силу, толкающую кабель в сторону. Поскольку трос был прикреплен к рычагу торсиона, это также толкало торсион в сторону, что давало ложное представление о том, что микроволновая полость создавала тягу. И если вы повернете EmDrive в противоположном направлении, это, конечно, изменит его ориентацию относительно магнитного поля Земли, изменив направление тяги.

   Итог: EmDrive не работает, тяга нулевая. Проблема заключалась в том, что прибор для измерения тяги врал.

   Этот двигатель с нулевой реактивной массой является темой этого отчета Дэвида М. Бернса. В принципе это не сработает, так как нарушает закон сохранения импульса.

   Как и многие другие приводы, сердцем этой штуковины является осциллятор. Значительная масса перемещается сначала вперед, затем назад. В силу третьего закона Ньютона космический корабль будет двигаться в обратном порядке: сначала назад, затем вперед. При использовании обычного осциллятора космический корабль оказывается в том же самом месте, где он начал движение, поскольку движение вперед и назад компенсируют друг друга.

   Как и многие подобные приводы, изобретатель пытается разбалансировать осциллятор. Если это удастся сделать, два движения , а не , сократятся, и у нас будет наш волшебный космический драйв. Разбалансировка достигается за счет изменения веса значительной массы, поэтому при движении вперед она тяжелая, а при движении назад как-то легче.

   Как, черт возьми, это возможно? Изменение веса должно быть таким, чтобы не изменить импульс системы, что является проблемой.

   В отчете предлагается заменить солидную значительную массу кольцом ионов, движущихся по кругу. Кольцо ортогонально колебательному движению. Заставляя ионы двигаться с релятивистскими скоростями, можно изменить массу ионного кольца.

   Как всегда физики не могут доказать что закон сохранения импульса не нарушается, но это способ спорить. Винтовой двигатель определенно идет вразрез с этим.

   Крис Ли предлагает следующую критику:

   ВЫ ДВИЖЕТЕСЬ БЫСТРЕЕ, ЕСЛИ СДЕРЖИВАЕТЕ ПУКИ —

   Почти бесконечная удельная тяга от двигателя, который игнорирует физику

   Сохранение импульса, по-видимому, для другой вселенной.

   НАСА известно тем, что делает действительно сложные вещи. Вы хотите сбросить мини-посадочный модуль на Марс с помощью небесного крана? Что ж, НАСА сделает это за вас. Существует точка зрения на НАСА как на уравновешенную и консервативную, но в целом я думаю, что агентство полно новаторских решателей проблем, хотя иногда и страдает из-за политического надзора.

   Побочным эффектом новаторства является то, что некоторые довольно странные и нефизические идеи иногда ускользают от НАСА. Это, вероятно, объясняет спиральный привод.

   Искривление законов физики

   Основная идея винтового привода, по словам автора этой ссылки, проста. Представьте, что у вас есть масса в цилиндре, который колеблется взад и вперед. Каждый раз, когда масса достигает конца цилиндра, она будет сообщать ему некоторый импульс, ускоряя его. Поскольку масса последовательно сталкивается с каждым концом цилиндра, результирующая сила равна нулю, и единственным результатом является то, что цилиндр получает сильную головную боль.

   Но что, если — вам это понравится — вы можете волшебным образом увеличить размер массы, когда она движется в одном направлении, и уменьшить массу, когда она движется в другом направлении? Если бы скорость массы оставалась неизменной, сила, действовавшая на одном конце, была бы больше, чем на другом. У вас будет результирующая сила: цилиндр будет непрерывно ускоряться в одном направлении.

   Теперь осталось заполнить магическую часть: как волшебным образом изменить массу? Ответ здесь — специальная теория относительности. Если что-то движется со скоростью, близкой к скорости света, его масса будет увеличиваться. Действительно, чем ближе объект к скорости света, тем больше его масса.

   Итак, ответ, казалось бы, прост. Если использовать очень сильное магнитное поле по длине цилиндра, то альфа-частицы (атомы гелия с оторванными электронами) начнут штопором вращаться вокруг поля. Ускоритель в одной секции может разогнать ионы как можно ближе к скорости света, а в другой секции встречный ускоритель замедлит их обратно. На каждом конце ионы отражаются, сообщая импульс цилиндру.

   Более того, энергия, потерянная при ускорении ионов, может быть восстановлена ​​при их замедлении, так что это почти свободное ускорение (во всяком случае, в этом смысле это не вечный двигатель). Чтобы представить это в перспективе, автор смоделировал это, используя магнитные поля около 13 Тл. Ускоритель требует 160 МВт мощности, которую автор надеется получить от частиц, когда они замедляются.

   Сохранение количества движения нельзя игнорировать

   Теперь автор утверждает, что, поскольку инерционная масса растет нелинейно со скоростью, существует среднее ускорение в одном направлении. Более того, эта разница увеличивается по мере того, как пиковая скорость частиц приближается к скорости света. К сожалению, Вселенная устроена не совсем так.

   Итак, давайте сразу заявим: этот диск не будет работать. Проблема в том, что, несмотря на то, что автор очень хорошо моделирует, он не учел поля, которые вызывают ускорение. Когда мы ускоряем ионы с помощью магнитного или электрического поля, ионы отталкиваются от поля. На электроды и катушки, создающие поля, действует равная и противоположная сила, и они тоже находятся в космическом корабле.

   На первом этапе, когда мы разгоняем массу до высокой релятивистской скорости, мы также ускоряем цилиндр в противоположном направлении. Теперь, в специальной теории относительности, мы не сохраняем энергию и импульс по отдельности. Вместо этого они сохраняются вместе. Если вы рассматриваете только импульс (а не энергию), то вы повсюду обнаружите результирующие силы из-за инерционных изменений массы — вещи становятся тяжелее по мере приближения к скорости света. Это именно то, что нашел автор. Если вы одновременно рассматриваете энергию и импульс, эти силы внезапно исчезают.

   Отсюда в первую очередь происходит увеличение инерционной массы: энергия высасывается из поля и превращается в массу. Когда частицы замедляются, эта масса отдается в виде фотонов в поле, которые замедляют цилиндр по мере их поглощения. Что такое чистая сила? Ноль, 0Н силы.

   Моя проблема с этой идеей не в том, что она не работает. И моя проблема не в том, что в НАСА есть люди, которые тратят время на размышления о подобных идеях — в названии должности автора есть слово «менеджер», так что чем больше времени он тратит на это, тем меньше вреда он может нанести управлению. Моя проблема в том, что последний набор пунктов списка на последнем слайде рассказывает всю историю.

   • Основная концепция не доказана
   • Не проверено экспертами в предметной области
   • Возможны математические ошибки!

   Да, и автор работает в организации, где полно физиков-специалистов. Я не могу решить, является ли мораль этой истории в том, что вы должны поговорить с людьми, которые что-то знают, прежде чем что-либо публиковать, или в том, что если вы не можете понять, куда ушел импульс, вы не понимаете, что вы моделируете.

   Из , связанного с ближним инфинитом-специфическим ударом от диска, который игнорирует физику
   от Криса Ли (2019)

   Исследуя идею пространственной связи

   Аннотация

   9. основаны на выбросе реакционной массы (топлива) для создания движения.
   В качестве альтернативы, «движение в пространстве» относится к предположениям о взаимодействии с самим пространством-временем для создания
   движущие силы. Предположительно, результирующее увеличение полезной нагрузки, дальности и скорости будет означать
   прорыв в космических двигателях.

   Подобные предположения до сих пор считаются научной фантастикой по ряду причин: (1) кажется, что они нарушают
   сохранение импульса. (2) По-видимому, в космосе не существует реактивных сред. И (3) Никаких «Теорий Великого Объединения».
   существуют, чтобы связать гравитацию, поле ускорения, с другими явлениями природы, такими как электродинамика.

   В этом документе основное внимание уделяется обоснованию этих возражений. Различные методы удовлетворения или изучения этих
   вопросы представлены вместе с второстепенными соображениями. Установлено, что может быть полезно рассмотреть альтернативные
   условности науки для дальнейшего изучения предположений о космической связи.

   ---

   СОХРАНЕНИЕ ИМПУЛЬСА

   Первичным рефлекторным ответом на идею движения в пространстве является забота о сохранении
   импульс. Ньютоновская механика требует, чтобы импульс сохранялся, и появляется движение без топлива.
   нарушать этот закон. В случае обычного двигателя сохранение выполняется, потому что выбрасываемое топливо
   обладают равным и противоположным импульсом к транспортному средству. Движение с пространственным сцеплением, по-видимому, нарушает этот закон, потому что
   реакционная масса не очевидна. Сохранение импульса может быть обеспечено различными способами, которые не
   требуют наличия на борту запаса реакционной массы. К ним относятся: сохранение за счет использования содержимого пространства как
   реакционная масса, сохранение за счет выброса немассового импульса, сохранение за счет отрицательной массы и сохранение
   путем соединения с удаленными массами через промежуточное пространство. Некоторые из этих методов лечения, в первую очередь взаимодействующие с
   содержание пространства и связь с удаленными массами вызывают второстепенные вопросы.

   Сохранение с использованием содержимого пространства:

   Вместо использования встроенной реактивной массы можно сохранить импульс, используя доступную материю.
   в космосе примерно так же, как пропеллеры самолетов реагируют на воздушную среду. Космос, однако,
   обычно считается пустым, что является еще одним серьезным препятствием на пути к понятию движения в пространстве. Пространство
   однако не пусто. Космос содержит межзвездное вещество, магнитные поля, звездный свет, космическую микроволновую печь.
   Фоновое излучение и тонкие подструктуры пространства, такие как энергия нулевой точки и виртуальное море пар.
   создание/уничтожение. И в основе всех этих сред лежит «структура» инерциальных систем отсчета, которые также могут
   представляют собой реактивную среду.

   Более знакомые содержания пространства, материи, света и магнитных полей, вероятно, слишком слабы, чтобы быть адекватными
   реактивные среды. Были предложены методы, использующие эти среды для движения, а именно солнечные паруса и «Межзвездный ПВРД», но эти методы не составляют подлинного космического пространства.
   тяга муфты.

   Менее очевидный кандидат на роль реактивной среды в космосе, обнаруженный в 1964 г.
   Космическое микроволновое фоновое излучение, изучаемое сегодня космическим кораблем COBE.
   Это фоновое излучение, которое, как предполагается, является остатком Большого взрыва, пронизывает все пространство.
   совпадает со средней системой покоя галактик, окружающих Землю, и обеспечивает явление, благодаря которому скорости
   относительно этого кадра могут быть измерены (направленные доплеровские сдвиги). Такие функции предлагают использовать этот фон как
   среда, на которую можно реагировать, но, как и межзвездное вещество, она очень слаба (4×10 ^-34 г/см ³ ).
   Хотя он и не перспективен в качестве прямой реактивной среды, однажды он может стать полезным эталоном для дальнего космоса.
   навигация.

   Более фундаментальной категорией средств связи пространства являются подструктуры пространства. К ним относятся нулевая точка
   Энергия (известная также как вакуумные флуктуации электромагнитного поля) и море создания виртуальных пар.
   уничтожение. Энергия нулевой точки — это абсолютный минимум энергии гармонического осциллятора в его основном состоянии. Этот
   означает, что даже в космическом вакууме существует ненулевая энергия электромагнитных колебаний.
   Море виртуальных пар относится к квантово-механической возможности того, что пары частиц (материя-антиматерия)
   спонтанно произведены и реконвергентны в пространстве. Обычно это фотоны низкой энергии, но могут
   иногда могут быть пары электрон/позитрон (ссылка 1). Были разработаны некоторые концепции реагирования на эти среды.
   предположительно и могут быть кандидатами на космическую связь.

   Возможно, наиболее вероятными носителями подлинной космической связи являются инерционные рамы. Инерционный
   Фреймы являются фундаментальными рамками, относительно которых описываются законы движения, и, как таковые, имеют некоторые
   физическое значение, выходящее за рамки только математических сущностей. Природа этого физического значения и корреляция
   к другим явлениям до конца не изучены. Трудно представить инерциальные системы отсчета в качестве кандидата на реактивную среду.
   потому что инерциальные системы отсчета используются как эталон для наблюдения за взаимодействиями, а не как участник взаимодействий.
   Полезность инерциальных систем отсчета будет обсуждаться позже в этой статье под заголовком; «Сохранение с помощью соединения
   к дальним массам».

   Возможно, одним из способов взаимодействия с инерциальными системами отсчета является использование ранее описанного содержимого
   пространство, в частности, космическое микроволновое фоновое излучение и энергия нулевой точки. Оба эти явления
   совпадают с инерциальными системами отсчета и, возможно, фундаментально связаны с некоторым «структурным» свойством, которое может
   когда-нибудь предоставят косвенные средства для реактивной связи с самими инерциальными системами отсчета.

   Сохранение с использованием немассового импульса:

   Другой способ обеспечить сохранение импульса состоит в том, чтобы считать, что некоторый немассовый импульс выбрасывается
   от транспортного средства, такие как фотоны, гравитоны или гипотетические «космические волны» (рис. 1).

   • ПРИМЕЧАНИЕ. Графический прием, используемый на рисунках 1-3, представляет собой пространственно-временную «ткань», где высота «ткани» равна
     пропорциональна гравитационному потенциалу. Градиенты или «холмы» в этой графической ткани представляют поля ускорений и,
     аналогично реальным холмам, вызывают движение в направлении «вниз».

   Предположим, что
   можно сфокусировать все это испускаемое излучение в одном направлении, общее уравнение, связывающее мощность (P), силу
   (F) и скорость (v), P = F × v можно использовать для обозначения потенциальной силы на излучаемую мощность. скорость
   термин относится к скорости излучения, а в случае фотонов и гравитонов это скорость света. Вход
   скорость света в этом уравнении означает довольно слабую силу на излучаемую мощность: 3,3×10 ^-9 Ньютон/Ватт (я думал, что это 3,3×10 ^-8 , но я, должно быть, ошибался).

   Это уравнение силы/мощности предполагает, однако, что излучение имеет нулевую массу покоя. Гравитоны были
   предположительно являются более многообещающими кандидатами в качестве вытесняющих энергию, потому что они могут не иметь нулевой массы покоя и
   потому что они связаны с явлениями массы/ускорения. Гравитоны представляют собой квантованные гравитационные волны, аналогичные
   подобно тому, как фотоны представляют собой квантованные электромагнитные волны. К сожалению, гравитоны все еще только теоретические
   сущностей, и еще не было предложено никаких методов использования гравитонов для движения.

   Другим направлением изучения этой немассовой темы импульса может быть поиск альтернативных форм «космического пространства».
   волны», которые либо имеют ненулевую массу покоя, либо имеют гораздо меньшую скорость распространения, чем свет. Возможно, колебания
   в «структуре» инерциальных систем отсчета могут образовываться эти гипотетические пространственные волны.

   ---

   Сохранение с использованием отрицательной массы:

   Воображаемый способ сохранения количества движения состоит в том, чтобы создать условие, при котором общая масса и, следовательно,
   импульс всегда равен нулю. В этом лечении используется гипотетическая «отрицательная масса». При равном количестве положительных и
   отрицательные массы были помещены рядом, они оба будут ускоряться по вектору, указывающему от отрицательного к
   положительная материя из-за взаимодействующих свойств отрицательной и положительной массы (рис. 2). Этот негативный вопрос
   концепция движения действительно делает. удовлетворяют законам движения. Слабость этой негативной материи
   схема, помимо проблемы получения отрицательной материи и обращения с ней, заключается в том, действуют ли законы движения
   все равно было бы удовлетворено, если бы использовались неравные пропорции отрицательной и нормальной массы. Консервация еще может держаться
   с неравными массами, если рассматривать концепцию связи с удаленными массами. Эта концепция обсуждается далее.

   ---

   Сохранение с помощью связи с удаленными массами:

   Возможно, наиболее фундаментальной и широкомасштабной концепцией космической связи является концепция, согласно которой
   транспортное средство создает собственное поле ускорения, чтобы отталкиваться от некоторой «структуры» пространства. Чтобы удовлетворить сохранение
   импульса с этой концепцией необходимо предположить, что сила реакции передается удаленным массам
   через эту пространственную структуру почти так же, как гравитация притягивает удаленные массы. Импульс сохраняется за счет
   равный и противоположный импульс, сообщаемый системе пространство/материя (рис. 3). Для этого требуется точка зрения,
   материя каким-то образом связана с пространством, и это пространство имеет определенную степень «жесткости», позволяющую передавать силу на отдаленные объекты.
   Эту перспективу трудно осмыслить, и она вызывает второстепенные вопросы, которые обсуждаются далее.

   Известно, что масса «соединяется» с пространством двумя способами; гравитация и принцип Маха. Гравитация это поле
   явления, связанные с наличием массы, когда это поле вызывает притяжение с другими удаленными массами. Маха
   Принцип связывает наличие материи с определением инерциальных систем отсчета. Мах предположил, что существуют инерциальные системы отсчета.
   только благодаря наличию материи. Кроме того, как показывает инерционное сопротивление, данная точка в
   пространство на самом деле может быть составлено из инерциальных систем отсчета, каждая из которых так или иначе «связана» со своей исходной массой.
   Еще один интересный момент заключается в том, что гравитационная и инерциальная системы отсчета связаны. Гравитационные поля, по сути,
   ускоренные инерциальные системы отсчета и, альтернативно, неускоренные инерциальные системы гравитационно плоские (гравитационная
   потенциал в пространстве постоянен).

   Для дальнейшего рассмотрения реакции на отдаленные массы полезно побаловать себя некоторыми альтернативными точками зрения
   эти известные явления. Например, полезно учитывать, что инерциальные системы отсчета и их «привязка» к своим
   исходные массы обеспечивают структуры для реактивной связи. Это означает, что инерциальные системы отсчета будут иметь свойство
   для опорной позиции, в дополнение к опорному ускорению, чтобы разрешить положение относительно исходной массы кадра
   быть однозначно определенным. Это нетрадиционно, поскольку считается, что инерциальные системы отсчета обеспечивают только ориентир для
   измерение ускорений, а не скорости или положения. Кроме того, полезно предположить, что это свойство позиции
   имеет некоторую характерную «жесткость», которая позволяет силам передаваться через пространство к исходным массам. Такой
   соображения вызывают понятия пресловутого «эфира» и теоретически несуществующей «абсолютной системы отсчета».
   Сходство между этими взглядами и этими непопулярными представлениями не является точным и, следовательно, не должно наносить ущерба
   снисходительность к этим взглядам.

   Продолжая эти спекулятивные точки зрения, силы могли бы быть вызваны относительно инерциальных систем отсчета, если бы это было
   транспортное средство может изменить распределение своего гравитационного поля или его связь с собственной инерциальной системой отсчета. По
   перераспределяя собственное гравитационное поле, он мог фактически создать локальное асимметричное поле ускорений.
   силы реакции сообщались бы «жестким» инерционным системам, а затем и их исходному веществу (рис. 3).
   Это похоже на особый случай в концепции движения с отрицательной массой, когда нормальная масса больше.
   чем отрицательная масса. В этом случае ненулевой импульс транспортного средства будет уравновешен равным и противоположным
   импульс инерциального пространства и связанного с ним вещества.

   ---

   Вопрос, связанный с этими предположениями, исследование которых может дать ключ к «структуре» инерциальной
   кадров, является пропорциональностью сообщаемых сил. Если инерционные пространства упираются, сделайте источник кадров
   вещества движутся синхронно (случай А, рис. 4) или они движутся пропорционально (случай Б, рис. 4)? Что это за соразмерность
   на основе; расстояние от этой точки и/или величина исходной массы? Одно предположение на
   количественно исследовать эту пропорциональность состоит в том, чтобы предположить, что коэффициент пропорциональности в данной точке пространства
   это просто гравитационный потенциал исходной массы в этой точке пространства. Эти предположения и вопросы
   еще предстоит полностью изучить.

   Концепция связи с удаленными массами требует некоторых нетрадиционных точек зрения на структуру пространства,
   особенно в отношении определения инерциальных систем отсчета и их отношения к материи. Дальнейшие исследования
   эта возможность соединения, вероятно, потребует дальнейшего снисходительности и уточнения этих нетрадиционных точек зрения,
   включая исследование проблемы пропорциональности и связи с принципом Маха.

   ---

   ПОИСК ИНСТРУМЕНТА, ВЫЗЫВАЮЩЕГО СИЛУ ЯВЛЕНИЯ

   Рассмотрев вопросы сохранения импульса и содержимого пространства и определив
   желательно наводить локализованное поле ускорения на инерциальную систему отсчета, следующая проблема состоит в том, чтобы идентифицировать кандидата
   механизмы для создания этого эффекта ускорения. Поля ускорений подразумевают гравитацию, а значит, целевой механизм
   заключается в том, чтобы открыть какие-то средства для изменения гравитации. Это вызывает последнюю большую рефлексивную реакцию на понятие пространства.
   сцепное движение: не существует известных способов практически манипулировать явлением гравитации. Есть два
   пути ответа на этот вопрос. Первый путь — прямое управление гравитацией движением масс.
   Второй путь — индуцировать гравитационные силы с помощью промежуточных явлений, таких как электродинамика, которая
   вызывает потребность в «Теории Великого Объединения». Хотя наука еще не дала такого теоретического
   механизм, существует несколько различных подходов к обнаружению полезной связи между гравитацией и другими
   явления. Все эти подходы предлагают различную применимость или жизнеспособность для двигателей с космическим сцеплением и являются
   описано далее.

   Вызов ускорений движением масс:

   Существует несколько концепций, в которых рассматривается создание силы или локальных ускорений за счет движения близлежащих масс.
   В общем, эти концепции либо непрактичны из-за огромных массовых плотностей и требуемых скоростей, либо
   сомнительной жизнеспособности из-за неопределенной физики.

   1. Гравитационные устройства на основе общей теории относительности: Непрактичный, но теоретически обоснованный метод создания
      силы ускорения основаны на «магнитной гравитации». Общая теория относительности дает возможность аналогичного
      явления к гравитации, что магнетизм к электричеству. К сожалению, для производства заметных сил
      с этими концептуальными устройствами должны быть сверхплотные массы (примерно плотность белого карлика).
      двигались с релятивистскими скоростями по строго определенным траекториям.
   2. Гироскопические антигравитационные машины: С другой стороны, устройства были разработаны и запатентованы.
      (ссылка II), которые утверждают, что создают силы, отрицающие гравитацию, за счет гироскопического движения. Эти устройства
      вариации на тему преобразования углового момента в линейную силу; схема, нарушающая сохранение
      линейного импульса. Одним из примеров этого является «Двигатель Лейтуэйта», который придает вид
      создания восходящих сил за счет восходящего движения его гироскопов, как только устройство начинает вращаться. Этот
      движение, однако, является не движущей силой, а крутящим моментом, который заставляет гироскопы менять ориентацию в
      для сохранения углового момента. Это устройство и ему подобные не обещают многообещающих двигателей.
      устройств, но являются отличными учебными пособиями для понимания сохранения углового момента.
   3. Аномальные гироскопические измерения: Недавно сообщалось, что другое гироскопическое устройство производит
      уменьшение веса пропорционально вращательному движению. Этот отчет не является предлагаемой антигравитацией.
      устройство, а скорее наблюдение необъяснимого результата. Гироскоп весом порядка 150 г.
      граммов и с вертикальной осью вращения, было обнаружено, что вес снижается на порядок миллиграммов, когда
      вращается в правостороннем направлении, а при вращении влево вес не изменяется. Это
      возможно, это просто эмпирическая ошибка, но, поскольку это такое своеобразное наблюдение, оно заслуживает внимания.

   Эффект ускорения через промежуточные явления:

   Помимо перспективы возникновения сил из простого движения материи, есть перспектива
   использования некоторых промежуточных явлений для получения эффектов. Это означает нахождение некоторых управляемых явлений, которые
   связано с явлением гравитации, и с помощью этого управляющего явления можно косвенно вызвать гравитационное
   последствия. Примером этого промежуточного принципа является то, как микроволны (электродинамика) используются для индукции
   молекулярные колебания (тепло). Что касается движения с пространственным соединением, то основным промежуточным явлением является
   электродинамика. Различные подходы к соотнесению гравитации с другими явлениями кратко рассматриваются ниже и включают:
   (1) Связь общей теории относительности между инерциальными системами отсчета и гравитацией, на которую ссылается электродинамика, (2)
   Гравитация как показатель преломления для электродинамики, (3) гравитация как эффект энергии нулевой точки и (4)
   сила гиперзаряда.

   1. Общая теория относительности, обычные корреляции: Хотя известно, что гравитация влияет на электродинамику
      (гравитационное поле искривляет путь света), Общая теория относительности не предоставила гравитационного/электродинамического инструмента
      применимо для силовой установки с космическим сцеплением. Вместо этого в общей теории относительности используется электродинамика (в частности,
      скорость света) в качестве эталона для описания того, как гравитация соотносится с инерциальными системами отсчета. Например, в основных
      уравнение, управляющее связью между расстоянием (d), временем (t) и явлением света, d = t × c,
      скорость света (с) — эталонная постоянная, а пространство и время — переменные, которые «искажаются» относительно гравитации.
      (ссылка 3). Хотя эта точка зрения доказала свою полезность, она может быть не оптимальной для точки зрения.
      космической тяги.
   2. Индекс преломления и силы тяжести: Альтернативный подход к описанию тех же естественных наблюдений заключается в следующем:
      рассматривайте скорость света как переменную, которая «искажается» в присутствии гравитации. В принципе, эта перспектива
      принимает форму отношения показателя преломления света к гравитационному потенциалу (ссылки 14, 15).
      В случае движения с пространственной связью может быть более полезным рассматривать расстояние как «жесткое», а скорость
      света как переменной по отношению к гравитации. Такой подход позволяет рассматривать электродинамику как
      промежуточный механизм, а не в качестве эталона. На сегодняшний день нет предложенного механизма, основанного на таких перспективах.
      сообщалось, но это может быть интересным направлением для дальнейшего изучения.
   3. Гравитация и энергия нулевой точки: Интересный альтернативный подход к связи гравитации и электродинамики
      Это теория о том, что гравитация является индуцированным эффектом, связанным с флуктуациями энергии нулевой точки пространства. Были предложены различные методы, использующие энергию нулевой точки для движения, но не было предложено концепции, которая бы использовала преимущества этих корреляций для создания асимметричной гравитации.
      поля. Этот подход также заслуживает дополнительного рассмотрения.
   4. Пятая сила, Сила гиперзарядки: Еще одна интересная точка зрения, связывающая гравитацию с некоторыми другими, более управляемыми
      явлений, является концепция «гиперзарядной силы». При повторном анализе эксперимента, показавшего, что
      все массы, независимо от состава, равномерно ускоряются в гравитационном поле, было обнаружено, что существует
      может быть корреляцией между гравитационным ускорением и субатомной характеристикой, называемой гиперзарядом или
      барионное число. Эту корреляцию еще предстоит полностью доказать или опровергнуть, но в любом случае она
      не очень многообещающе в качестве потенциального механизма космической связи. Различия в
      гравитационное притяжение гиперзарядом пренебрежимо мало (дельта-г/г примерно 10 ^-7 ).

   Из Изучение представления о пропусковке космической связи от Marc Millis (1990)
   в Vision-21: Космические поездки для следующего тысячелетия, стр. 313

   Отрицательная масса

   Отрицательная масса

   9

   9

   Отрицательная масса

   9

   9

   9

   9000.

   . Материя

   Какими бы невероятными ни казались эти машины для управления гравитацией, они, по крайней мере, используют форму материи, о существовании которой мы знаем, даже если в настоящее время она встречается только в недрах далеких звезд. Есть предположения, что может существовать другой тип материи. У него очень странные свойства. Если бы его когда-нибудь удалось найти или создать, открылась бы целая новая эра управления гравитацией.

   Вся известная нам материя относится к типу, называемому обычной (положительной) материей. Однако и ньютоновская, и эйнштейновская теории гравитации допускают существование противоположной формы материи, называемой отрицательной материей. Согласно теориям гравитации и механики, атом отрицательной материи будет отталкивать всю другую материю (включая другие атомы отрицательной материи).

   Итак, первое, что вы должны понять, это то, что отрицательная материя не является «антиматерией». Антивещество отличается от обычного вещества своими квантово-механическими свойствами, а не гравитационными свойствами. Хотя это еще предстоит доказать экспериментально, мы почти уверены, что антиматерия притягивает другие формы материи, как и обычная материя. Однако отрицательная материя будет отталкивать другие формы материи.

   Мы не умеем создавать отрицательную материю. Но когда мы это сделаем, мы обнаружим, что нам не потребуется никаких затрат энергии, чтобы превратить это негативное в материю. Поскольку энергия покоя частицы пропорциональна ее массе (E=mc ² ), энергия покоя частицы с отрицательной массой отрицательна! Это означает, что если мы всегда одновременно создаем одинаковое количество положительной и отрицательной материи, это не будет стоить нам чистой энергии! Можно представить себе будущую сцену в какой-нибудь огромной лаборатории, где огромные машины воздействуют мощными электрическими, магнитными и гравитационными силами на какую-то микроскопическую точку в пустом пространстве. Энергетические уровни полей поднимаются все выше и выше, пока само «ничто» не будет разорвано на шар обычной материи и такой же по размеру шар негативной материи, весь процесс не использует чистую энергию, за исключением потерь в генерирующих машинах. .

   Когда у нас будет негативная материя, мы сможем начать использовать ее для создания антигравитационных машин. Но мы должны быть очень осторожны, когда обращаемся с негативной материей. В отличие от куска обычной материи, который в ответ на ваш толчок удаляется, если вы нажмете на кусок негативной материи, он пойдет к вам! (Если по ошибке вы нажали на какую-то отрицательную материю, и она начала двигаться к вам, вы должны быстро обойти ее и дать пощечину, чтобы она остановилась!)

   Теперь, когда мы узнали как управлять нашим рабочим материалом, простейшая антигравитационная машина, которую мы можем сделать, это сформировать негативную материю в плотный диск и уложить его на хороший прочный пол. Если диск достаточно плотный и толстый, то гравитационное поле отталкивания по обеим сторонам диска будет равно одной земной гравитации. Это отрицательное гравитационное поле диска аннулирует гравитационное поле Земли. В области над диском гравитационное притяжение было бы равно нулю, и вы могли бы парить там в свободном падении. (а в космическом корабле в свободном падении такой диск в потолок обеспечит нормальную гравитацию Терры, отталкивая вас вниз)

   Отрицательное гравитационное поле отрицательной материи также может быть использовано для гравитационного движения. Если вы поместите шар из очень плотной отрицательной материи рядом с таким же плотным шаром из обычной материи (который, кстати, прикреплен к вашему космическому кораблю), вы обнаружите, что шар из отрицательной материи будет отталкивать шар из обычной материи, который, в свою очередь, будет притягивать негатив. материальный шар. Два плотных шара начнут двигаться по прямой линии с постоянно увеличивающейся скоростью. Ускорение будет силой гравитационного притяжения одного шара к другому, при этом шар отрицательной материи будет гоняться за шаром положительной материи, а шар положительной материи увлечет за собой ваш космический корабль. (Вопрос: как остановить это, когда вы достигли пункта назначения?)

   Сначала вы можете подумать, что я получаю что-то даром. Сначала было два шара материи, оба стояли неподвижно, без кинетической энергии. Затем, через некоторое время, они оба движутся вместе с высокой скоростью, не затрачивая энергии движения. Вы можете подумать, что это доказывает, что отрицательная материя невозможна, поскольку похоже, что закон сохранения энергии нарушается.

   Но если вы посмотрите очень внимательно, вы обнаружите, что движение отрицательной массы не нарушает никаких законов физики. Верно, что мяч обычной массы набирает скорость и увеличивает свою кинетическую энергию [E=1/2(+m)v ² ], поэтому похоже, что он получает энергию из ниоткуда. Но при этом шар отрицательной материи приобретает отрицательную энергию [E=1/2(-m)v ² ], и полная энергия двух масс равна нулю, как это было, когда они стояли. Все еще. Таким образом, движение с отрицательной массой не нарушает закон сохранения энергии.

   Рассуждая таким же образом, вы также можете показать, что движение с отрицательной массой не нарушает другого важного закона физики — закона сохранения импульса. В то время как импульс шара с положительной массой увеличивается, импульс шара с отрицательной массой уменьшается, что приводит к нулевому суммарному импульсу, даже если два шара сначала стояли на месте, а теперь движутся с высокой скоростью.

   Насколько нам известно, отрицательной материи не существует. Мы не знаем, почему это не так. В конце концов, существуют как положительные, так и отрицательные формы электричества, так почему же не существуют положительные и отрицательные формы массы? Возможно, есть какой-то еще неизвестный закон физики, который препятствует его формированию. Но даже если мы никогда не сможем получить этот неотличимый от магии материал, мы все же можем разработать способы управления гравитацией с помощью обычной материи, если только усердно работать и использовать достаточно энергии и интеллекта.

   Из НЕОТЛИЧИМО ОТ MAGIC Роберта Форварда (1995)

   TIMEMASTER

   (примечание редактора: разведчики астероидов Рэнди обнаружили инопланетное существо, которое они назвали Сереброволосым. Очевидно, оно состоит из отрицательной материи. Таким образом, это «шар», который в основном представляет собой фекалии Серебристоволосого.)

        “ После того, как я дал ему все факты и показал ему видео
   сегментов, он признал, что, возможно, отрицательная материя может существовать
   после всего. Что действительно убедило его, так это описание моего
   травма, где края разреза выглядели как тонкая полоска материала
   было испарено».
        «Почему так?» — спросил Рэнди.
        «Ну, как объясняет Стив, согласно одной из теорий, когда
   отрицательная материя касается нормальной материи в равных количествах
   исчезнуть — ничего не останется, даже энергии. Процесс называется
   аннулирование. Это как аннигиляция материи антиматерией,
   но в процессе аннулирования, поскольку нормальная материя
   положительная масса покоя, а негматерия имеет отрицательную массу покоя, т.
   чистая масса покоя равна нулю, поэтому выделяется нулевая энергия. Вот почему мы
   не заметил никакого излучения, когда мы с Серебряными Волосами столкнулись».
        – Что еще хотел сказать Стив? — спросил Рэнди.
        «Он сказал нам искать электрические или магнитные поля вокруг
   Сильверхейр и мяч, — сказал Джим. «Частицы отрицательной материи
   отталкиваются друг от друга гравитационно, поэтому обычно они стремятся
   разбросаны далеко друг от друга. Но поскольку отрицательная материя
   частицы в Silverhair и шаре зажаты вместе в
   высокой плотности, должно быть задействовано какое-то другое силовое поле,
   держит их вместе».
        Филипп заговорил. «Хироши обнаружил очень сильное положительное
   электрическое поле, связанное как с мячом, так и с Серебряным Волосом.
   Как будто весь материал состоит из частиц с одинаковыми
   обвинение.»
        «Обычно частицы с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга.
   другого и быть раздавленным, — сказал Джим. «Но, по словам Стива,
   когда вы пытаетесь оттолкнуть частицу отрицательной материи, она
   отвечает извращенным образом и идет к вам».
        – Это объясняет одно, – сказал Рэнди. «Сирита заметила
   некоторые статические эффекты космической пыли на ее шлеме. Но там
   не было ничего большого — никаких молний».
        «Среброволосый и шар быстро образуют облако
   вокруг них вращаются электроны, — сказал Филипп. «Они должны
   притягивают отрицательные электроны из плазмы в космос, в то время как
   отталкивая положительные ионы. Отрицательный электрический заряд
   электронное облако нейтрализует положительный электрический заряд
   негативная материя, если, конечно, не попасть внутрь орбитального
   облако электронов и очень близко к поверхности отрицательного
   иметь значение. Хироши получил несколько хороших измерений электрического тока.
   поле вокруг мяча, заключив его в пластиковый контейнер,
   сметая все электроны вблизи шара заземленным
   металлическая пластина, затем проведение измерений внутри контейнера
   в то время как все мешающие электроны были вынуждены оставаться снаружи
   контейнер. Затем мы провели несколько экспериментов с мячом».
        «Что за эксперименты?» — спросил Рэнди, пристально глядя на Филиппа.
        – Поскольку мяч заряжен, – ответил Филипп, – легко
   подтолкните его, зарядив металлическую пластину, расположенную рядом с ним. Конечно,
   будучи негативной материей, когда вы толкаете ее, она приближается к
   ты.»
        – Это может быть опасно, – сказал Джим, поднимая гипс. «Если
   она становится слишком близкой, вы аннулируетесь».
        – В эксперименте Хироши, – продолжал Филипп, – он
   использовал металлическую пластину с отрицательным электрическим зарядом, чтобы
   притягивают положительный электрический заряд шарика. Мяч вытащил
   в противоположном направлении, потянув испытательный прибор,
   блок питания, а вместе с ним и Хироши. Когда Хироши увидел
   что происходило, он быстро выключил поле. Затем он
   пришлось перевернуть поле и надавить на мяч на некоторое время, чтобы вывести
   снова остановился».
        – Все было именно так, как и предсказывал Стив, – благоговейно сказал Джим. “ Правда
   безреактивный космический двигатель ».
        «Космический диск?» — в изумлении воскликнул Рэнди.
        – Верно, – сказал Филипп, голос его
   лицо стало смертельно серьезным. «Когда этот шар отрицательной материи
   тащил за собой Хироши и его тестовый аппарат, ничто не двигалось в противоположном направлении. Не было никакой реакции
   массы и без источника энергии, но тем не менее они двигались. Это означает, что достаточно большой шар из отрицательной материи, электростатически связанный с космическим кораблем из положительной материи, может двигаться
   космический корабль при любом ускорении экипаж может стоять сколь угодно долго
   как хочешь. Полет к звездам на околосветовой скорости больше не осуществляется
   мечта . . ».
        Когда Рэнди осознал чудовищность находки, широкая улыбка
   распространяться по его лицу. Межзвездный космический двигатель! У него было
   мечтал исследовать звезды и теперь его мечта может сбыться
   истинный! Он наклонился над столом, глядя на Филиппа.
        «Каковы ограничения?» — спросил он, зная, что должен
   быть некоторым.
        “ Масса отрицательной материи должна быть точно равна и
   напротив положительной массы космического корабля , — сказал Филипп.
   » Если это не так, то расстояние между массой и
   космический корабль будет меняться со временем. Если он подойдет слишком близко, вы
   обнуление риска. Если он уйдет слишком далеко, вы рискуете его потерять. »
        «Тогда вы должны контролировать массу того или другого»,
   размышлял Рэнди. «Нелегко.» Он подумал еще немного. «Не
   Вы говорите, что серебряный шар имеет массу десять тонн?
        – Да, – сказал Филипп. « минус десять тонн».
        «Тогда этот шар может привести в движение десятитонный космический корабль. Ты
   Думаю, вы могли бы устроить демонстрацию, используя один из
   старатель порхает? Они весят около десяти тонн».
        – Возможно, – подумав, сказал Филипп. Его палец поднялся, чтобы почувствовать
   усы под носом, затем последовали за ними по лицу
   и над его ухом, как он думал дальше об этой идее.
   — Да, — сказал он наконец.
        «Сделай это!» — сказал Рэнди. «Я собираюсь позавтракать и
   затем идите взломать, чтобы увидеть Silverhair. Интересно, сможет ли Боб получить
   чтобы отложить больше этих серебряных яиц».
        – Осторожно, – предупредил Филипп. «Не убивай гуся…»

   (примечание: поскольку «яйца» — это какашки Серебряного Волоса, Рэнди теперь имеет доступ к постоянному запасу отрицательной материи)

   ---

   Неделю спустя Филипп отвел Рэнди в полость ангара на
   по ту сторону Гигеи.
        «Мы установили привод негматерии в трюме , — сказал
   Филипп, идущий впереди, пока они с Рэнди плыли через
   груз, дверь в скафандрах. «Прямо в центре масс
   корабля».
        В центре грузового отсека находился большой кубический металлический ящик.
   почти вдвое выше Рэнди. Вокруг коробки было несколько
   большие блоки питания. Техник связывал какие-то бродячие
   провода.
        – Шар негматерии там? — спросил Рэнди.
        – Готов к работе, – сказал Филипп. » Все шесть источников высокого напряжения работают и давят на шар одинаково со всех сторон.
   направления. В диспетчерской находится трехосный джойбол на магнитной подвеске.
   точно так же, как те, которые используются в капельных капсулах на
   ротоваторы. Вы толкаете мяч вперед, сила вперед и назад
   источники питания меняют свое напряжение, шарик негматерии толкается
   в обратном направлении, и он отвечает, двигаясь в
   вперед, толкая космический корабль впереди себя. Если вы
   хотите пойти вбок или вертикально, просто переместите мяч в этом
   направление, и источники питания для этих осей среагируют».

   ---

   «Не хочу терять базу из виду, — сказал Рэнди.
   он потянул джойбол в сторону, чтобы вращать их в большом
   круг.
        «Мы идем боком!» — пожаловался он.
        “ Имея только один шар негматерии, я не смог получить ни одного
   контроль крутящего момента , — сказал Хироши.
        «Я это исправлю», — сказал Боб, запуская несколько реактивных снарядов и
   развернуть корабль так, чтобы он смотрел в том направлении, в котором
   путешествия. «Вы просто делаете то, что хотите, с элементами управления приводом;
   мальчик-босс и дедушка Боб будут следить за каждым вашим движением
   и держи нас в одном ряду с прямыми и узкими».
        После того, как Рэнди и Боб завершили еще несколько тренировок
   поворотов, раздается предупреждающий звуковой сигнал с инженерного пульта в
   перед Хироши. Рэнди инстинктивно отдернул джойбол
   пока они снова не оказались в свободном падении.
        «Есть проблема?» — спросил он с опаской.
        “ Шар отрицательной материи начинает отдаляться от
   в центре блока управления приводом , — сообщил Хироши. “ Как
   Боб использует топливо, чтобы контролировать нашу ориентацию, массу
   космический корабль медленно уменьшается ».
        – Жаль, что мы не можем контролировать массу корабля, – сказал Рэнди.
        – Есть способ сделать это, – сказал Хироши. «Но я не
   включите эту функцию в этот первый дизайн».
        – В таком случае, – сказал Рэнди, нажимая на рычаги управления.
   снова: «Давайте отправимся на базу и переделаем привод. Я хочу пойти
   вернуться на Землю стильно!»

   ---

   «Новый двигатель негматерии Хироши с шестью степенями свободы
   довольно сложно, — сказал Филипп. “ Имеет линейный привод и
   контроль крутящего момента по всем трем осям. Для контроля массы корабля,
   корпус покрыт активированной металлической пеной, которая поглощает и
   удерживает любой газ или пыль, попадающие на него. С постоянным потоком
   поступающей положительной материи, мы можем позволить себе стрелять порохом
   из ионных двигателей, чтобы обеспечить массовую обрезку и торможение. »
        «Удивительно, как быстро Хироши и остальные ваши техники
   решили инженерные проблемы, связанные с негматерией».
   — сказал Рэнди.
        «Поскольку негматерия электрически заряжена, оказалось,
   полегче, — сказал Филипп. «Вы используете радиополя, чтобы
   шарики вибрируют. Если вы будете вибрировать их с нужной частотой,
   вы можете заставить их разбиться на две, три или четыре части или
   даже выплевывать маленькие капельки».
        «Соедините эти маленькие кусочки вместе, и вы сможете
   мячик любого размера, какой захочешь, — сказал Рэнди. «Я все еще думаю, что это
   удивительно. ”…
        – Ты счастливый ублюдок, Рэнди, – начал Стив. «Один
   маленькая находка, и вы в конечном итоге станете обладателем космической деформации, безреакционной
   космический двигатель, и почти бесконечный источник свободной энергии ».
        «Бесплатная энергия?» — повторил Рэнди, немного ошеломленный.
        – Ага, – сказал Стив. «Когда отрицательная материя и положительная
   вещества взаимодействуют через дальнодействующие силы, отрицательные
   материя приобретает отрицательную кинетическую энергию, а положительная материя
   приобретает положительную кинетическую энергию. Возьмите каплю сильно заряженного
   отрицательное вещество, давите на него электрическими полями до тех пор, пока оно не
   почти со скоростью света, а взамен вы получаете электрический
   энергию обратно. Единственное ограничение на количество энергии, которое вы можете
   получить, насколько близко к скорости света вы можете подтолкнуть отрицательный
   до потери контроля над ним».
        – Это может привести к серьезной опасности, – сказал Рэнди. «
   вся солнечная система заражена высокоскоростными частицами отрицательной материи».
        «Простое решение», — ответил Стив. «Просто направьте высокоскоростную негативную материю на ограничитель луча. Подойдет обычная грязь.
   Негматерия со всей своей отрицательной кинетической энергией просто
   исчезают, когда он попадает в грязь и аннулируется».
        – Хммм, – сказал Рэнди. «Похоже, мне лучше начать
   подразделение по производству энергии».

   (примечание редактора: и вы знаете, что в конце концов кто-то собирается превратить это в оружие)

   из Timemaster от Robert Forward (1992)

   • Работа Алекса Шомбурга

   Я думал, что безреактивный двигатель можно махать рукой, но управлять им с каким-то ограничением на урон. В частности, я подумал, что можно вычислить киловаттный эквивалент изменения импульса, создаваемого таким приводом, и использовать его в качестве требуемой мощности.

   Эксперты rec.arts.sf.science быстро поняли, насколько я наивен.

   Основная проблема заключается в том, что нарушение закона сохранения импульса разрушает всю математическую основу. Конкретная проблема заключается в том, что вы получите разные значения затраченной кинетической энергии в зависимости от системы отсчета наблюдателя.

   Исаак Куо сказал:

   Есть два основных подхода, которые вы можете использовать:

   1. Существует особая система отсчета. В этом случае «безреакционное» влечение действительно упирается в бесконечно массивную особую систему отсчета.

   (примечание редактора: это означает, что вы только что уничтожили теорию относительности Эйнштейна со всеми вытекающими последствиями для науки)

   или

   2. Особой системы отсчета не существует. В этом случае единственный способ как бы сохранить сохранение энергии — ограничить эффективность привода до уровня фотонного привода. Однако это не очень полезный накопитель, поскольку он имеет такую ​​же (низкую) производительность, как и фотонный накопитель.

   (примечание редактора: фотонный двигатель, где один паршивый ньютон тяги занимает триста чертовых мегаватт!! )

   Исаак Куо

   Доктор Джон Шиллинг сказал:

   Существует сложность, заключающаяся в том, что «энергия тяги» такая же бессмысленная фраза, как, например, «масса времени».

   Тяга — это сила, а не энергия. Сила , умноженная на расстояние , дает энергию. Сила в один фунт, приложенная к объекту, перемещающемуся на расстояние в один фут, соответствует (что неудивительно) одному футо-фунту энергии. Одна и та же сила на большем или меньшем расстоянии переходит в пропорционально большую или меньшую энергию.

   В МКС, кстати, один ньютон силы на один метр расстояния равен одному джоулю энергии. Если мы предположим постоянную силу и движение, мы можем распространить это на один ньютон силы, приложенной постоянно со скоростью один метр в секунду, равной мощности в один ватт.

   Вопрос, скорость относительно чего?

   Если это ракета, релевантной скоростью является скорость собственного выхлопа ракеты относительно самой ракеты. Для «безпромежуточного двигателя» ответ не ясен, и мощность или энергия, связанные с данной тягой, будут сильно меняться в зависимости от того, какую систему отсчета вы используете для измерения своей скорости.

   Это одна из причин, по которой «безынерционные двигатели» кажутся физически бессмысленными. Однако, если он вам действительно нужен для какой-то научной цели, вы можете попробовать либо

   , либо

   , либо
   1. — единственную универсально инвариантную скорость в реальной физике. Это скорость света, что дает вам цифру в триста мегаватт мощности на ньютон тяги. Я думаю, что для большинства целей это немного высоковато, и функционально это эквивалентно утверждению, что ваш двигатель — это фотонный двигатель, или (почти) безмассовый нейтринный двигатель, или ракета темной энергии, или что-то в этом роде.
   2. скорость космического корабля относительно некоторой абсолютной системы отсчета. Либо космический абсолют, либо локальный абсолют, привязанный, например. к ближайшему массивному телу или телам любым удобным для повествования способом. Это функционально эквивалентно старым эфирным теориям, и вы можете добывать из них идеи.

   Доктор Джон Шиллинг

   Почему эта проблема системы отсчета не возникает с обычной ракетой? Исаак объясняет:

   Потому что у обычной ракеты есть «реакция». Количество кинетической энергии, добавляемой к ракете ракетной тягой, зависит от того, в какой системе отсчета вы на это смотрите. Действительно, существует множество систем отсчета, в которых тяга ракеты вычитает кинетическую энергию ракеты! Таким образом, вы не можете осмысленно говорить о количестве кинетической энергии, добавленной к ракете. Однако вы МОЖЕТЕ осмысленно говорить о том, сколько кинетической энергии ракета добавляет системе, потому что кинетическая энергия также добавляется (или вычитается) из выхлопа ракеты. Независимо от того, какую систему отсчета вы используете, общее количество кинетической энергии ракеты плюс выхлоп увеличивается на одинаковую величину.

   Исаак Куо

   В обычной ракете изменится как кинетическая энергия ракеты, так и кинетическая энергия выхлопа. Различные наблюдатели не согласятся с абсолютным изменением каждого из них, но согласятся с 90 923 чистым 90 924 изменением кинетической энергии, и поэтому можно обеспечить сохранение энергии.

   Пример: стокилограммовый спутник выбрасывает один грамм азота через двигатель с холодным газом со скоростью относительно космического корабля сто метров в секунду.

   Наблюдатель, находящийся в состоянии покоя относительно начального положения космического корабля, увидит, как он ускоряется до 0,001 метра в секунду, увеличивая свою кинетическую энергию на 0,05 миллиджоуля. Выхлоп будет разгоняться до 99,9995 метров в секунду с результирующей кинетической энергией 4,99995 Дж. Суммарный прирост кинетической энергии, обеспечиваемый расширяющимся газом, составляет 5 Дж.

   Наблюдатель, летящий в противоположном направлении со скоростью 1 000 000 метров в секунду, увидит, что космический корабль и топливо имеют начальную скорость 1 000 000 метров в секунду и начальную кинетическую энергию 50 000 000 000 000 Дж и 500 000 000 Дж соответственно. Космический корабль разгоняется до 1 000 000 001 метра в секунду, что дает ему новую кинетическую энергию в 50 000 000 100 000 джоулей — выигрыш в 100 000 джоулей. Это далеко от 0,05 миллиджоулей, которые, по мнению стационарного наблюдателя, приобрел космический корабль.

   Но движущийся наблюдатель увидит, как сгусток выхлопных газов замедлит скорость с 1 000 000 м/с до 999 900,0005 метров в секунду с новой кинетической энергией 499 900 005 Дж. Это потеря 99 995 джоулей. Таким образом, чистое изменение энергии составляет: космический корабль +100 000,0, выхлоп -99 995,0 или плюс 5,0 Дж. Оба наблюдателя согласны с сохранением энергии. И, если уж на то пошло, импульс.

   Если бы речь шла только о космическом корабле, они бы спорили о недостающей сотне килоджоулей. 92

   Итак, мощность P, необходимая для ускорения, равна dK/dt:

   dK/dt = (1/2) m [2 v dv/dt] = m v a

   Как видите, мощность является функцией не только желаемое ускорение (что кажется очевидным), но и скорость , с которой вы сейчас едете. Загвоздка в том, что ваша текущая скорость зависит от кадра. Учтите, что вы уже делаете свою работу и хорошо ускоряетесь. В этот момент вы обгоняете кого-то, кто уже движется почти с той же скоростью, что и вы. Он видит, что вы используете гораздо меньше энергии! Кто прав?

   Решение состоит в том, что вам нужно либо играть по правилам игры и использовать реактивные двигатели (даже если это просто реактивный импульс, как фотонный двигатель), либо установить специальную систему отсчета в нарушение специальной теории относительности. Со специальной рамкой теперь есть «правильная» рама, где все расчеты кинетической энергии являются «официальными», и все с ними согласны.

   Эрик Макс Фрэнсис

   • Претендент, от Тома Свифта в Гонке на Луну. Движение корабля обеспечивается «репеллатронами», которые заставляют объект, на котором фокусируется луч, отталкиваться. В данном случае объектом является Терра. На самом деле это не безреакционный драйв, Терра — это реактивная масса.

   Автор научной фантастики (и обладатель двух ученых степеней по физике) Томас Мэйс выдвинул замечательную идею унобтаниума, которая, конечно, действует как безреактивный двигатель, но это не так. Он использовал его в своем рассказе «Наткнулся».

   Обычное вещество вообще и реактивная масса ракеты в частности передаёт импульс за счёт столкновений атомов друг с другом. В гаджете Томаса Мейса по-прежнему существует передача импульса при столкновении, но это нелокальный . По сути, они передают свой импульс через микроскопические червоточины. Так что вы могли бы, скажем, передать некоторый импульс от части Луны к вашему космическому кораблю. Часть орбитального импульса лунной коры, вращающейся вокруг Терры и вокруг Солнца, украдена и передана космическому кораблю, как если бы они столкнулись. Только они могут быть на расстоянии миллионов километров друг от друга, потому что червоточины.

   Дело в том, что космический корабль , а не должен нести реактивную массу. Что мгновенно освобождает космический корабль от Тирании Ракетного Уравнения и дает вам преимущества и проблемы безреактивного двигателя (хотя технически он не безреактивный). Тем не менее, он по-прежнему нарушает Совет Бернсайда .

   Похож, но не совсем на Challenger из Тома Свифта в «Гонке на Луну». Он использует «репеллатроны» (читай «притягивающие лучи» или «репульсоры»), которые отталкивают Терру, толкая космический корабль вверх. По сути, это использование Терры в качестве реакционной массы. Другая связанная с этим концепция заключается в том, чтобы выполнить отношение массы космического корабля в конце, каким-то образом «телепортировав» (читай «Транспортер из Звездного пути») реакционную массу с домашней базы в топливные баки космического корабля.

   Алистер Янг был вдохновлен Mass Effect , чтобы создать что-то похожее на устройство Томаса Мэя для его Eldraeverse: Vector Control . Он получил свое название от «Чудо науки».

   VECTOR CONTROL

   Безреактивный привод: Важно помнить о безреактивном приводе: он не безреактивный.

   Привод с векторным управлением является членом целого семейства технологий векторного управления и, как и все остальные члены указанного семейства, подчиняется третьему закону Ньютона. Векторное управление, используемое для искусственной гравитации, передает реакцию на воздействие, которое оно оказывает на вещество между гравитационными роторами, на структурный каркас, к которому оно прикреплено болтами. Векторное управление, используемое в тяговых/прижимных балках, толкает сторону первой части так же сильно, как тянет сторону второй части, причем по точно противоположному вектору. А привод векторного управления, хотя и использует чрезвычайно изощренные онтотехнологические уловки для распространения реакции на действие по всей окружающей массе в достаточно больших объемах (если не во всей полноте, но это действительно трудно измерить) локальной вселенной, является абсолютно ничем не отличается в этом отношении.

   То, что вы получаете от двигателя управления переносчиком, не нужно таскать с собой все эти огромные количества реактивной массы. Примечание: только ремасс. Двигателям с векторным управлением по-прежнему требуется топливо, и, поскольку существует определенная неизбежная неэффективность в связи действия с реакцией таким косвенным образом, им требуется значительно больше топлива, чем эквивалентному реактивному приводу. Вы не сможете так легко избавиться от этих огромных сферических резервуаров D и He3, привязанных к задней части вашего звездолета.

   Еще одна вещь, которую вы можете получить, это степень, гм, скрытности, поскольку у вас нет огромной яркой вспышки двигателя, которую обычно производят большинство реактивных двигателей. Конечно, как мы все знаем, Стелса в космосе не бывает, потому что помимо комфортной температуры вашего жизнеобеспечения, которая выделяет вас, как маяк на фоне 3K-неба, вы еще и управляете чертовски большим реактором (и излучая свое тепло) для питания привода векторного управления.

   Вкратце: наличие векторного управления позволяет построить что-то чертовски близкое к классическому безреактивному приводу SFnal. Это дает вам гораздо меньше причин, почему вы могли бы хочет , за исключением нескольких узкоспециализированных крайних случаев.

   (Примечание: безумные ученые из Великолепного Экспоненциального Вектора также экспериментировали в духе двигателя Алькубьерре, чтобы получить в одном корпусе безреакционность и работающий сборщик. После того, как их прототип испарил, к счастью, свободную карликовую планету и взорвался в первый раз их деликтные страховщики неохотно покрывают дальнейшее развитие по цене, которую они могут себе позволить).0002

   Работа Винсента Ди Фейта.

   Фотонные двигатели имеют предельную скорость выхлопа. Вы не можете разогнаться до скорости света, если вы сделаете ракету со сверхсветовым выхлопом, тень Альберта Эйнштейна поднимется из могилы и даст вам атомный танкетку. Такие высокие скорости выхлопа создают поистине потрясающую дельту V.

   Еще лучше: поскольку вы не расходуете топливо, оно никогда не закончится. Так что, если у вас никогда не кончается топливо и никогда не заканчивается «топливо», это означает, что у вас есть что-то вроде Bussard Ramjet на стероидах. Без всех надоедливых проблем с зачерпыванием топлива.

   Ложка дегтя в том, что вы будете тратить энергию, как сумасшедшая. Вы будете платить энергией, как если бы одолжили несколько гигаватт у ростовщика Спарки. Мы говорим Три! Сотня! Мегаватт! за один уединенный жалкий ньютон тяги.

   ---

   Авторы научной фантастики, жаждущие окончательного факела, быстро начали искать какой-то бездонный источник потоков энергии, чтобы они могли накормить свои жаждущие фотонные двигатели. Им не потребовалось много времени, чтобы найти энергию Нулевой точки.

   Недостаток мази и в том, что физики не могут понять, находится ли энергия на достойном уровне, и понятия не имеют, как извлекать энергию вакуума. За исключением заряженных фолиевых батарей доктора Роберта Форварда, которые являются скорее устройством для хранения энергии, чем источником энергии. Но это не остановило авторов-фантастов.

   Энергия вакуума использовалась в Все цвета вакуума Чарльза Шеффилда, Встреча с Тайбером Базза Олдрина Джона Барнса и Песни далекой Земли сэра Артура Кларка.

   Возможно, приводы Теории Великого Объединения (GUT) и корабли GUT в романах Стивена Бакстера Xeelee также являются разновидностью вакуумных источников энергии.

   ---

   Но не забывайте о законе Джона. Гамма-лазер, подключенный к вакуумному источнику энергии, сделает основное оружие «Звезды Смерти» похожим на сырую петарду. Вы сможете пробить дыры в Юпитере.

   ПЕСНИ ДАЛЕКОЙ ЗЕМЛИ

   Из всех психологических ударов, которые пришлось пережить ученым двадцатого века, пожалуй, самым разрушительным — и неожиданным — было открытие, что нет ничего более тесного, чем «пустое» пространство.

   Старая аристотелевская доктрина о том, что природа ненавидит пустоту, была совершенно верна. Даже когда каждый атом, казалось бы, твердой материи был удален из заданного объема, то, что осталось, представляло собой бурлящий ад энергий интенсивности и масштаба, невообразимых для человеческого разума. Для сравнения, даже самая плотная форма материи — сто миллионов тонн на кубический сантиметр нейтронной звезды — была неосязаемым призраком, едва заметным возмущением в непостижимо плотной, но похожей на пену структуре «сверхпространства».

   То, что в космосе гораздо больше, чем предполагала наивная интуиция, было впервые обнаружено в классической работе Лэмба и Резерфорда в 1947 году. Изучая простейший элемент — атом водорода — они обнаружили, что что-то очень странное происходит, когда одинокий электрон вращается вокруг ядро. Он не двигался по плавной кривой, а вел себя так, как если бы его постоянно ударяли непрекращающиеся волны в субмикроскопическом масштабе. Хотя это было трудно понять, в самом вакууме были колебания.

   Со времен греков философы разделились на две школы — те, кто верил, что действия Природы протекают гладко, и те, кто утверждал, что это иллюзия; все действительно происходило дискретными прыжками или рывками, слишком маленькими, чтобы их можно было заметить в повседневной жизни. Создание атомной теории было триумфом второй школы мысли; и когда квантовая теория Планка продемонстрировала, что даже свет и энергия приходят небольшими порциями, а не непрерывными потоками, спор, наконец, закончился.

   В конечном итоге мир Природы был зернистым, прерывистым. Даже если невооруженному человеческому глазу водопад и ливень из кирпичей казались совершенно разными, на самом деле они были очень похожи. Крошечные «кирпичики» H3O были слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом, но их можно было легко различить с помощью инструментов физиков.

   А теперь анализ продвинулся еще на один шаг. То, что делало гранулярность пространства настолько трудной для понимания, было не только его суб-субмикроскопическим масштабом, но и его явным насилием.

   Никто не мог представить себе миллионную долю сантиметра, но, по крайней мере, само число — тысяча тысяч — было знакомо в таких человеческих делах, как бюджеты и статистика населения. Сказать, что потребуется миллион вирусов, чтобы охватить расстояние в сантиметр, значит что-то сказать.

   Но миллионная доля сантиметра? Это было сравнимо с размером электрона, и это уже было далеко за пределами визуализации. Возможно, это можно понять интеллектуально, но не эмоционально.

   И все же масштаб событий в структуре пространства был невероятно меньше этого — настолько, что для сравнения муравей и слон были практически одного размера. Если представить его в виде бурлящей, пенообразной массы (почти безнадежно обманчивой, но в первом приближении к истине), то эти пузыри были…

   тысячная миллионная миллионная миллионная миллионная миллионная …

   … сантиметра в поперечнике.

   А теперь представьте, что они непрерывно взрываются с энергией, сравнимой с энергией ядерных бомб, — а затем снова поглощают эту энергию, снова выплевывают ее, и так до бесконечности.

   Такова, в чрезвычайно упрощенной форме, картина фундаментальной структуры пространства, которую разработали некоторые физики конца двадцатого века. То, что его внутреннюю энергию когда-либо можно было использовать, в то время должно было казаться совершенно нелепым.

   Итак, на одну жизнь раньше была идея высвободить вновь открытые силы атомного ядра; однако это произошло менее чем за полвека. Обуздать «квантовые флуктуации», олицетворяющие энергии самого пространства, было задачей на несколько порядков сложнее — и, соответственно, более высокой наградой.

   Среди прочего, это дало бы человечеству свободу вселенной. Космический корабль мог бы разгоняться буквально вечно, так как ему больше не нужно было бы никакого топлива. Единственным практическим ограничением скорости, как это ни парадоксально, было то, с чем приходилось бороться первым самолетам, — трение окружающей среды. Пространство между звездами содержало заметные количества водорода и других атомов, которые могли вызвать проблемы задолго до того, как человек достиг предельного предела, установленного скоростью света.

   Квантовый двигатель мог быть разработан в любое время после 2500 года, и тогда история человечества была бы совсем другой. К сожалению, как уже много раз случалось в зигзагообразном развитии науки, ошибочные наблюдения и ошибочные теории задержали окончательный прорыв почти на тысячу лет.

   Лихорадочные века Последних Дней произвели много блестящего — хотя и часто упадочного — искусства, но мало новых фундаментальных знаний. Более того, к тому времени длинный список неудач убедил почти всех, что использование энергий пространства подобно вечному двигателю, невозможно даже в теории, не говоря уже о практике. Однако — в отличие от вечного двигателя — его невозможность еще не была доказана, и пока это не было продемонстрировано вне всякого сомнения, еще оставалась некоторая надежда.

   Всего за сто пятьдесят лет до конца группа физиков на исследовательском спутнике невесомости «Лагранж-1» объявила, что они наконец нашли такое доказательство; были фундаментальные причины, по которым огромные энергии суперпространства, хотя они и были достаточно реальными, никогда не могли быть задействованы. Никто нисколько не интересовался этим приведением в порядок темного уголка науки.

   Через год Лагранж 1 смущенно покашлял. В доказательстве была обнаружена небольшая ошибка. Подобные вещи случались достаточно часто в прошлом, хотя никогда не имели таких важных последствий.

   Знак минус был случайно преобразован в плюс.

   Мгновенно весь мир изменился. Дорога к звездам была открыта — за пять минут до полуночи.

   ---

   Благодарности

   Первое предположение о том, что энергию вакуума можно использовать для движения, по-видимому, было сделано Шиничи Сейке в 1969 г. («Квантовый электрический космический корабль»; 8-й симпозиум по космическим технологиям и науке, Токио.)

   Десять Несколько лет спустя Х. Д. Фронинг из McDonnell Douglas Astronautics представил эту идею на конференции Британского межпланетного общества по межзвездным исследованиям в Лондоне (19 сентября).79) и последовали две статьи: «Требования к двигателю для квантового межзвездного прямоточного воздушно-реактивного двигателя» (JBIS, том 33, 1980 г.) и «Исследование квантового прямоточного воздушно-реактивного двигателя для межзвездного полета» (препринт AIAA 81-1534, 1981 г. ).

   Не обращая внимания на бесчисленных изобретателей неуказанных «космических двигателей», первым, кто использовал эту идею в художественной литературе, был доктор Чарльз Шеффилд, главный научный сотрудник корпорации Earth Satellite; он обсуждает теоретическую основу «квантового двигателя» (или, как он его назвал, «вакуумного энергетического двигателя») в своем романе «Хроники МакЭндрю» (журнал «Аналог» 19).81; Тор, 1983).

   По общему признанию, наивный расчет Ричарда Фейнмана предполагает, что каждый кубический сантиметр вакуума содержит достаточно энергии, чтобы вскипятить все океаны Земли. Другая оценка Джона Уилера дает значение всего на семьдесят девять порядков больше. Когда два величайших физика мира расходятся во мнениях по поводу семидесяти девяти нулей, всем остальным можно простить определенный скептицизм; но это, по крайней мере, интересная мысль, что вакуум внутри обычной лампочки содержит достаточно энергии, чтобы уничтожить галактику… и, возможно, с небольшими дополнительными усилиями, космос.

   В статье, которая, возможно, станет исторической («Извлечение электрической энергии из вакуума путем когезии заряженных слоистых проводников», Physical Review, Vol. 30B, pp. 1700-1702, 15 августа 1984 г.) д-р Роберт Л. Форвард Hughes Research Labs показала, что можно использовать по крайней мере ничтожную долю этой энергии. Если кто-то, кроме писателей-фантастов, сможет использовать его для приведения в движение, чисто инженерные проблемы межзвездного — или даже межгалактического — полета будут решены.

   Из ПЕСНИ ДАЛЕКОЙ ЗЕМЛИ сэра Артура К. Кларка (1985)

   ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ РЕЛЯТИВИСТСКАЯ РАКЕТНАЯ ПОЛЕТА

   В рассказах Стивена Бакстера «30c. до вторжения Сквима, сверхсветовых путешествий и оккупации Гакса звездолеты использовали «внутренние двигатели». Предположительно, это использует физику «Теории Великого объединения» для «создания» энергии из пустоты, что позволяет двигателю звездолета обойти необходимость нести собственную кинетическую энергию в своем топливе. Чарльз Шеффилд сделал что-то подобное в своих рассказах о МакЭндрюсе («Все цвета вакуума»), а Артур Кларк назвал это «квантовым прямоточным воздушно-реактивным двигателем» в своей книге «19 лет назад».85-кратный перезапуск его повести «Песни далекой Земли».

   Учитывая такую ​​возможность, что это дает звездолету? Во-первых, нам нужно посмотреть на ограничения стандартной ракеты.

   Во Вселенной Ньютона энергия «безмассова» и не добавляется к массе, которую несет ракета. Благодаря Эйнштейну это изменилось — энергия топлива тоже имеет массу, что выражается в знаменитом уравнении:

   Для химических ракет энергия исходит из химических потенциалов и составляет почти неизмеримо малую долю их массы-энергии. Даже для ядерного топлива, такого как уран или водород, доля, которая может быть преобразована в энергию, составляет менее 1%. У таких ракет максимальная скорость частиц составляет менее 12% от скорости света — 36 000 км/с в повседневных единицах. Как только мы начнем подбрасывать антиматерию в топливо, то доля, преобразованная в энергию, возрастет вплоть до 100%.

   Но… значит, доля реакционной массы, топлива, то есть просто инертной массы, должна уменьшаться, достигая нуля при 100% преобразовании массы в энергию. «Скорость частиц» равна скорости света, и «идеальный» космический корабль из материи-антиматерии толкает себя с помощью чистого «света» (сверхэнергетического гамма-излучения). – эквивалентная средняя скорость выхлопа, толкающего ракету вперед. Если энергия ракеты идеально преобразует массу в 100% энергию, но 99% этой энергии равномерно излучается во всех направлениях, тогда эффективная скорость истечения намного меньше скорости света. Большинство ракет на материи-антиматерии почти столь же неэффективны, поскольку только часть заряженных пионов продуктов реакции аннигиляции создает полезную тягу, да и то с эффективностью ~80% или около того. Их эффективная скорость истечения падает до ~ 0,33 с или около того.

   Фридвардт Винтерберг предположил, что гамма-лазер создается в результате реакции материи и антиматерии с почти идеальной эффективной скоростью истечения, равной скорости света. Если это так, то мы натыкаемся на окончательный предел — когда масса энергии является массой, делающей все толчки. Будучи ракетой, скорость сгорания ограничена уравнением Циолковского:

   (примечание редактора: имейте в виду, что такой гамма-лазер, подключенный к бесконечной силе вселенной, если использовать его в качестве оружия, сделал бы основное оружие Звезды Смерти похожим на фонарик)

   Однако у нас есть понять в теории относительности Эйнштейна, что мы смотрим на ускоряющуюся систему отсчета ракеты. С точки зрения более широкой Вселенной часы ракеты идут все медленнее и медленнее по мере приближения к скорости света, c. Таким образом, в системе координат ракеты постоянное ускорение во Вселенной уменьшается по мере приближения ракеты c.

   Для преобразования одного кадра в другой также требуется другое измерение скорости. На борту ракеты интегрирующий акселерометр суммирует измеренные приращения ускорения в единицу времени, и в корпусе ракеты такое устройство совершенно нормально измеряет скорость выше скорости света. Однако в системе отсчета Вселенной скорость всегда меньше c. Если обозначить самоизмеренную скорость корабля как и измеренную Вселенной версию того же , то получим следующее:

   [Примечание: скорость истечения измеряется одинаково в обеих системах отсчета]

   и…

   Чтобы придать смысл приведенным выше уравнениям, давайте добавим некоторые числа. Для отношения масс, равного 10, скорость истечения c , конечные скорости = 2,3 с и = 0,98 с. Для ракеты с постоянным ускорением в ее системе отсчета это означает, что она стартует с тягой в 10 раз большей, чем заканчивается. Чтобы снова замедлиться, отношение масс должно быть возведено в квадрат — таким образом, оно становится равным 9.0018 10 ² =100 . Ясно, что цифры быстро растут по мере приближения к скорости света.

   Связанный с этим вопрос заключается в том, как это преобразуется во время и расстояние. В ньютоновской механике постоянное ускорение (g) при заданном перемещении (движение от A до B, обозначаемое как S) связано с полным временем в пути следующим образом, при условии отсутствия периодов движения накатом с постоянной скоростью, при старте и финише с нулевой скоростью. :

   это может быть решено для времени довольно просто как:

   В релятивистскую версию этого уравнения мы также должны включить «временное измерение» смещения:

   Это из системы отсчета более широкой Вселенной. Из кадра-ракеты мы воспользуемся соглашением, что общее время равно , и получим следующее:

   где arcosh(…) — так называемый обратный гиперболический косинус.

   Преобразование между двумя разными временными рамками — это коэффициент Лоренца или гамма, который связывает два временных потока — зачеркнут, потому что они не являются общим временем срабатывания, используемым в приведенном выше уравнении, а «мгновенный» поток время в двух кадрах – вот так:

   Для ракеты с постоянным ускорением она связана со смещением как:

   Для очень больших коэффициентов общее время ракеты-рамки упрощается до:

   Соотношение между коэффициентом Лоренца и расстоянием имеет интересное приближение, которое увеличивается на ~ 1 на каждый световой год, пройденный с ускорением 1 g. Чтобы увидеть ответ, почему кроется в задействованных факторах — gee = 9,80665 м/с ² , световой год = (c) x 31 557 600 секунд (= 1 год) и c = 299 792 458 м/с. Если мы разделим c на год, мы получим «ускорение» ~90,5 м/с ² , что очень близко к 1 g.

   Это также подчеркивает дилемму, с которой сталкиваются путешественники, желающие сократить кажущееся время в пути с помощью релятивистского сокращения времени — для этого им приходится ускоряться с невероятной силой тяжести. Например, если мы летим к Альфе Центавра со скоростью 1 g, очевидное время полета в корпусе ракеты составляет 3,5 года. Увеличение этого ускорения до 10 g означает, что время в пути составит 0,75 года или 39 недель. Увеличение до 20 g означает 23-недельную поездку, а при 50 g это сокращается до 11 недель. Быть раздавленным в 50 раз больше вашего собственного веса работает для муравьев, но вызывает переломы костей и разрыв внутренних органов у людей и, как правило, представляет опасность для здоровья. Тем не менее, теоретически гораздо более высокие ускорения можно выдержать, уравняв внутреннюю среду тела с несжимаемой внешней средой. Газ слишком сжимаем – вместо этого тело нужно наполнить жидкостью под высоким давлением изнутри и снаружи, «укрепив» его под собственным весом.

   После того, как это биомедицинское чудо было достигнуто – а это произошло с аксолотлями, выращенными в центрифугах, – мы столкнулись с проблемой движения. Идеальная ракета из материи-антиматерии могла бы достичь 1 ge полета до Альфы Центавра, начиная с отношения масс 41.

   Как GUT-двигатель меняет эту картину? Поскольку энергия пороха больше не исходит от самой массы пороха, порох может обеспечить гораздо больший «удельный импульс», который может быть больше, чем c. Удельный импульс — это концепция ракетной техники — это импульс (импульс x время), который может произвести единица массы топлива. Единицы могут быть в секундах или в метрах в секунду, в зависимости от выбора коэффициентов преобразования. Для ракет, несущих собственную энергию, это эквивалентно эффективной скорости выхлопа, но когда энергия передается по трубопроводу или «свежеет» с помощью физики ТВО, тогда удельный импульс может значительно отличаться. Например, если мы выбросим порох, переносимый на 0,995 с относительно ракеты, то удельный импульс ~10 с.

   …где и – гамма-фактор топлива и его эффективная скорость истечения соответственно.

   Это изменяет Уравнение Ракеты на:

   Помните, что это в системе отсчета ракеты, где скорость может быть измерена внутренними интегрирующими акселерометрами, как превышающая c. Стационарные наблюдатели не увидят ни ракеты, ни ее выхлопа, превышающих скорость света.

   Чтобы понять, что это означает для полета на большой ускорении к Альфе Центавра, нам нужен способ преобразования водоизмещения в измеряемую самим кораблем скорость. У нас уже есть это в уравнении:

   , что становится:

   Как и , тогда мы имеем

   Для путешествия на 4,37 светового года к Альфе Центавра при 50 g и I _sp 10 с, тогда отношение масс составляет ~3. Чтобы пройти 2,5 миллиона световых лет к галактике Андромеды M31, отношение масс составляет всего 42 для I _sp , равного 10c.

   Конечно, хитрость заключается в том, чтобы создавать энергию с помощью физики ТВО…

   Из ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ РЕЛЯТИВИСТСКАЯ РАКЕТНАЯ ТЕХНИКА Адама Кроула (2015)

   Тесно связан с безреакционными двигателями, но не является таковым, это демпфирование инерционного хвоста. Это какой-то ручной метод ускорения космического корабля, не травмируя экипаж (или не превращая их в тонкий слой кровавой слизи на полу).

   Чтобы все было логично, этот раздел можно найти здесь.

   Этот раздел был перемещен сюда

   Этот раздел был перемещен сюда

   Этот раздел был перемещен сюда

   Этот раздел был перемещен сюда

   Этот раздел был перемещен сюда

   Этот раздел был перемещен сюда

   НАСА подтвердило «невозможный» космический двигатель? Одним словом, №

   ОБНОВЛЕНИЕ 11 мая 2015 г. : История о «невозможном космическом двигателе НАСА» вернулась к жизни благодаря обновленному отчету на NasaSpaceflight.com. Но печальная правда в том, что со времени моего первоначального расследования мало что изменилось. Космический двигатель по-прежнему нарушает известные законы физики. Доказательства того, что это работает, все еще незначительны, они основаны на ограниченной информации, предоставленной командой NASA Eagleworks. Эти результаты не были представлены на экспертную оценку, поэтому нет возможности оценить их независимо. И NasaSpaceflight.com никоим образом не является выходом НАСА. Официальное заявление НАСА: «Это небольшое усилие, которое пока не дало никаких ощутимых результатов». Скептически относиться к такой восхитительной истории, как эта, не очень весело, но это важно, если мы собираемся добиться реального прогресса в освоении космоса. Марк Миллис, который в течение многих лет руководил программой Breakthrough Propulsion Physics в Исследовательском центре Гленна НАСА, называет такие вещи, как EmDrive, «идейными зомби», потому что они продолжают возвращаться, даже когда объективные оценки не подтверждают их заявления. Между тем существуют другие, гораздо более многообещающие экспериментальные технологии космических полетов (такие как лазерные световые паруса и электромагнитные ракеты), которые заслуживают гораздо большей поддержки, чем получают. Я искренне верю, что люди в конце концов доберутся до звезд, но для этого нужно быть умными и, да, скептически относиться к тому, на что мы возлагаем наши надежды. ——— первоначальная история 06.08.14 ———- У физика Джона Баэза есть другое, более красочное слово, чтобы описать поток недавних сообщений о революционном космическом двигателе, который производит тягу без любое топливо. Слово начинается с «бык—». Я не буду заканчивать это, потому что это семейный веб-сайт и все такое. Сам Баэз смягчил свой тон и теперь называет это «чепухой», хотя его мнение осталось прежним: законы физики остаются в силе, и «невозможный» космический полет, насколько можно судить, на самом деле невозможен.

   Да, это было бы здорово, но мы до сих пор понятия не имеем, как это сделать. (Фото: Paramount Pictures) История началась несколько лет назад с британского изобретателя по имени Роджер Шойер и его EmDrive, прототипа ракетного двигателя, который, как он утверждал, создавал тягу, отражая микроволны в закрытой металлической воронке. Поскольку двигатель не выделял ни массы, ни энергии, заявление Шойера было еще одним способом сказать, что он нашел способ нарушить закон сохранения импульса. По словам Баэза, «это так же правдоподобно, как приведение в действие космического корабля, когда команда толкает его изнутри». Шойер утверждал, что он использовал лазейку в общей теории относительности. Баэз называет свое объяснение «мумбо-джамбо». Все в науке, конечно, подвергается сомнению, но никто не собирается выбрасывать все учебники на словах одного изобретателя, пытающегося собрать деньги для своей компании SPR Ltd. Сохранение импульса – одна из самых фундаментальных и полностью подтвержденные принципы в физике. Таким образом, EmDrive получил мало внимания за пределами «странных научных» веб-сайтов. В прошлом году китайская группа сообщила об успехе с аналогичным устройством, что вызвало еще один всплеск второстепенного освещения, но не более того. Затем Гвидо Фетта (самопровозглашенный «менеджер по продажам и маркетингу с более чем 20-летним опытом работы в химической, фармацевтической и пищевой промышленности») построил третью версию EmDrive, переименованную в Cannae Drive. Фетта убедил сочувствующую группу исследователей из Eagleworks Laboratories, входящей в состав Космического центра имени Джонсона НАСА, провести испытание. Результаты были, возможно, предварительно, немного обнадеживающими. И вот тогда несуществующее топливо действительно ударило по вентилятору. Ряд изданий, которые должны были знать лучше, отбросили осторожность на ветер. «НАСА подтверждает «невозможный» космический полет», — гласил заголовок онлайн-рассказа WiredUK. Автор, Дэвид Хэмблинг, заявил, что такой двигатель, как EmDrive, может «доставить астронавтов на Марс за недели, а не месяцы», и даже умудрился работать в националистическом заламывании рук по поводу «еще одного великого британского изобретения, которое кто-то другой превратил в успех. ” Вскоре безумие пересекло пруд; «Космический двигатель нарушает законы физики», — заявила «Популярная механика». «EmDrive — это двигатель, который нарушает законы физики и может доставить нас на Марс», — резюмирует Mashable. Проверим это с помощью ракетостроения. Возможно, в этот момент нам следует сделать большой глоток прохладной воды. Начнем с части «НАСА подтверждает». НАСА — это огромное агентство, в котором работает более 18 000 сотрудников. Испытания проводились пятью сотрудниками НАСА в лаборатории, занимающейся изучением неортодоксальных идей двигателей. Руководителем группы является исследователь по имени Гарольд «Сонни» Уайт, который сам является сторонником идей о сверхсветовых варп-двигателях, которые большинство его коллег классифицировали как физически невозможные. Ведущий автор — Дэвид А. Брейди, один из товарищей Уайта по команде Eagleworks. Называть эту группу «НАСА» — как это делают почти все популярные новости — было бы чрезмерным упрощением.

   По словам изобретателя, EmDrive производит движение без топлива. (Фото: SPR, Ltd) Тем не менее, наука есть наука: важны данные, а не мотивация или семантика. Действительно ли Уайт и др. подтвердили версию EmDrive Фетты? Резюме их статьи, которая была представлена ​​на конференции по двигателям в Кливленде, находится в свободном доступе в Интернете. Чтение его поднимает ряд красных флажков. Из описания методологии неясно, какая часть испытаний проводилась в вакууме, что необходимо для измерения тонкого эффекта тяги. Общее количество потребляемой энергии, по-видимому, было намного больше, чем количество измеренной тяги, а это означает, что было много дополнительной энергии, которая могла быть источником ошибки. Хуже всего это утверждение из статьи: «Тяга наблюдалась на обоих опытных изделиях, хотя одно из опытных изделий было спроектировано с расчетом на то, что оно не будет создавать тяги». Другими словами, Cannae Drive работал, когда был правильно настроен, но он работал так же хорошо, когда он был намеренно отключен из-за неправильной настройки. Каким-то образом исследователи НАСА сообщают об этом как о проверке, а не о признании устройства недействительным. Я сказал, что это было хуже всего? Я мог бы взять это обратно. В статье Уайта и др. они также пишут, что Cannae Drive «производит силу, не связанную с каким-либо классическим электромагнитным явлением, и, следовательно, потенциально демонстрирует взаимодействие с квантовой вакуумной виртуальной плазмой». Этот последний бит остановил меня. Что такое квантово-вакуумная виртуальная плазма? Я никогда не слышал этого термина, поэтому написал Шону Кэрроллу, физику из Калифорнийского технологического института, чьи работы глубоко погружаются в спекулятивные области космологии и квантовой теории. Кэрролл сразу же написал в ответ остроумное сообщение: «Не существует такой вещи, как «квантово-вакуумная виртуальная плазма», так что это должно быть подсказкой. Квантовый вакуум есть, но он совсем не похож на плазму. В частности, у него нет опорной рамы, так что не на что упираться, поэтому вы не можете использовать его для движения. Все это просто ерунда. Они утверждают, что измерили невероятно крошечный эффект, который очень легко может быть просто шумом». Нет теории, подтверждающей результат, и нет проверенного результата для начала. Цена разнесенных мечтаний Возможно, существует какой-то способ сохранения импульса. Возможно, есть способ подключиться к квантовому вакууму. Черт возьми, возможно даже, что есть способ построить полезный варп-двигатель. Никто не утверждает, что наше нынешнее понимание физики является полным, и то, чего мы не знаем, может быть огромным. В то же время важным моментом здесь является то, что вещи, которые мы знаем, также огромны. Опровержение вековых устоявшихся представлений о том, как устроен мир, — это не то, что нужно делать легкомысленно — уж точно не на основе единственной статьи, которую еще предстоит проверить каким-либо независимым исследователям (несмотря на заголовки «подтверждено НАСА»). Отчасти поэтому меня так беспокоит эта история с космическим двигателем. Отказываться от известной науки, когда это приятно, — опасное предложение. Как позже написал Кэрролл в Твиттере: «То рвение, с которым люди принимают отрывочные заявления о невозможных космических полетах, заставило бы покраснеть поклонников астрологии». Лично я большой энтузиаст космоса; Я бы хотел увидеть новый тип двигателя, который облегчил бы исследование вселенной. Но если ваше сердце находится в нужном месте, это не повод отказываться от нормального критического мышления. Это существенно не отличается от подхода людей, которые отвергают науку, когда им не нравится то, что она говорит об изменении климата, вакцинах или генетически модифицированных организмах. Другая опасность здесь заключается в том, что прославление сомнительных кратчайших путей, таких как Cannae Drive, отвлекает внимание — и, возможно, политическую поддержку и финансирование — от реальных достижений в области освоения космоса. Вы знаете, те, которые являются результатом напряженной работы больших команд, а не возни с изобретателями-одиночками. [ОБНОВЛЕНИЕ: Это одно заявление, о котором я сожалею из своей оригинальной истории. Я не хотел принижать роль индивидуального творчества, которое невероятно важно при разработке новых идей. Мое намерение здесь состояло в том, чтобы призвать скрытных одиночек, которые делают громкие заявления, но затем не будут сотрудничать или представлять всю свою работу открыто, что делает невозможным отличить шумиху от настоящего прорыва. ] Когда результаты Cannae Drive оказываются невозможными подтвердить (что почти наверняка произойдет), это может породить неоправданный цинизм в отношении того, как НАСА снова подвело нас. Я не просто спекулирую здесь. В хлыстовом повороте та же история Popular Mechanics, которая начинается с захватывающего дух заголовка, заканчивается насмешкой. Автор заключает: «Но мне все еще интересно, сколько стоило проведение этого теста? В эту эпоху ограниченных бюджетов НАСА тратит деньги на второстепенную науку?»

   Пока «Розетта» кружит, этой осенью посадочный модуль «Филы» совершит посадку на комету Чурюмова-Герасименко — настоящий триумф. (Фото: ESA/ATG) На самом деле, на этот вопрос легко ответить. Пять исследователей из Eagleworks Laboratories потратили в общей сложности 8 дней на тестирование Cannae Drive, используя в основном существующее оборудование. Если предположить, что каждый из них потратил примерно полдня на тест, это эквивалент зарплаты примерно в 7000 долларов, плюс-минус. В анналах государственных растрат 7000 долларов занимают место сноски к сноске к сноске. Таким образом, я нахожу это говорящим о том, что проблема денег вообще поднимается. Это крах, который наступает после того, как вы вдыхаете кайф от истории о людях, в которой чистый оптимизм может превзойти законы физики. Реальность такова, что исследование космоса дорого, сложно и требует много времени. В этом и его вызов, и его слава. Миссия Rosetta, совершившая на этой неделе историческое сближение с кометой Чурюмова-Герасименко, разрабатывалась два десятилетия. Бесстрашная миссия New Horizons, которая должна пролететь мимо Плутона в июле следующего года, выполняет отмененную часть Гранд-тура НАСА, первоначально запланированного на 19 июля.72. Чтобы осуществить эти миссии, потребовалась огромная решимость и инженерное мастерство. Люди, проделавшие тяжелую работу, заслуживают нашего уважения и нашего восхищения, а не наших иллюзий о том, что есть легкий выход. Когда-нибудь космические путешествия могут стать простыми и доступными для всех. Я конечно на это надеюсь. Но пока мы все еще живем в эпоху ad astra per aspera: через невзгоды к звездам.

   Подписывайтесь на меня в Твиттере: @coreyspowell

   EmDrive — Исследование в Китае, 2023

   Информацию о двигателях, использующих электроэнергию для изменения скорости космического корабля, см. в разделе Движение космического корабля с электрическим приводом. О ракете, использующей тягу за счет импульса испускаемых фотонов, см. « Фотонная ракета» .

   EmDrive — это концепт двигателя для космического корабля, впервые описанный в 2001 году. внутри устройства таким образом, что это нарушило бы закон сохранения импульса и другие законы физики. ^{[6] [7] [8] [9] [10] [11] [12]} 1259 двигатель с резонансной полостью или последний Impossible Drive . ^{[13] [14] [15] [10]}

   Для этого устройства нет официального дизайна. Ни один из тех, кто утверждает, что он изобрел его, не дал объяснения того, как он может работать в качестве двигателя или какие элементы его определяют, что затрудняет окончательное определение того, является ли данный объект примером EmDrive. Однако с годами были построены и испытаны прототипы, основанные на его публичных описаниях.

   В 2016 году группа Гарольда Уайта в НАСА наблюдала небольшую кажущуюся тягу в результате одного из таких испытаний, ^[16] , однако последующие исследования показали, что это была ошибка измерения, вызванная тепловыми градиентами. ^{[17] [18]} В 2021 году группа Мартина Таймара из Дрезденского технологического университета повторила тест Уайта, наблюдая кажущуюся тягу, аналогичную той, что была измерена командой НАСА, а затем заставила их снова исчезнуть при измерении с помощью точечной подвески. ^[1]

   Ни в одном другом опубликованном эксперименте кажущаяся тяга не измерялась выше предела погрешности эксперимента. ^[19] Группа Таймара опубликовала три статьи в 2021 году, в которых утверждалось, что все опубликованные результаты, показывающие тягу, были ложноположительными, каждый из которых объяснялся внешними силами. Они пришли к выводу: «Наши измерения опровергают все утверждения EmDrive как минимум на 3 порядка». ^[1]

   Содержание

   Показать/скрыть

   История и споры

   Ракетные двигатели работают, выбрасывая топливо, которое действует как реактивная масса и создает тягу в соответствии с третьим законом движения Ньютона. Все конструкции электромагнитных двигателей работают по принципу реактивной массы. Гипотетический двигатель, который не выталкивает топливо для создания силы реакции, обеспечивая тягу, будучи закрытой системой без внешнего взаимодействия, будет приводом без реакции, нарушающим закон сохранения количества движения и третий закон Ньютона. ^[20] Заявления о том, что влечение не имеет реакции, физики обычно считают лженаукой. ^[16]

   Первая конструкция двигателя с резонансной полостью, претендующая на роль безреактивного привода, была разработана Робертом Шойером в 2001 году. Он назвал свою коническую конструкцию «EmDrive» и заявил, что она создает тягу в направлении основания. конуса. Позже Гвидо Фетта построил «Cannae Drive», частично основанный на концепции Шойера, ^{[21] [20]} , используя полость в форме дота.

   С 2008 года несколько физиков тестировали свои собственные модели, пытаясь воспроизвести результаты, заявленные Шойером и Феттой. Хуан Ян из Северо-Западного политехнического университета Сианя (NWPU) не смог воспроизвести тягу своих моделей в течение 4 лет. ^{[22] [23] [24]} В 2016 году группа Гарольда Уайта из Лаборатории физики перспективных двигателей НАСА сообщила в Journal of Propulsion and Power , что при испытании их собственной модели наблюдалась небольшая тяга. ^[25] В конце 2016 года Юэ Чен из отдела спутников связи Китайской академии космических технологий (CAST) сказал, что его команда провела испытания прототипов и проводит испытания на орбите, чтобы проверить, смогут ли они наблюдать тягу. ^{[26] [27] [28] [29] [30]} Группа Мартина Таймара из Дрезденского технологического университета начала испытания прототипов в 2015 г. и к 2021 г. в Космическом журнале CEAS они опровергли все утверждения EmDrive «как минимум на 3 порядка». ^{[1] [31]}

   Освещение в СМИ и ответы

   Освещение в СМИ экспериментов с использованием этих дизайнов было поляризованным. EmDrive впервые привлек внимание, одновременно доверчивое и пренебрежительное, когда New Scientist написал об этом как о «невозможном» приводе в 2006 году. отчеты об испытаниях в 2014 году. ^[34] Ученые продолжают отмечать отсутствие объективного освещения. ^[35]

   В 2006 году, отвечая на статью New Scientist , физик-математик Джон К. Баэз из Калифорнийского университета в Риверсайде и австралийский писатель-фантаст Грег Иган заявили, что положительные результаты, о которых сообщил Шойер, были вероятные неверные интерпретации экспериментальных ошибок. ^[36]

   В 2014 году Уайт в своем первом докладе на конференции предположил, что двигатели с резонансными резонаторами могут работать, передавая импульс «квантовой вакуумной виртуальной плазме» — новый термин, который он придумал. ^[6] Баэз и Кэрролл раскритиковали это объяснение, потому что в стандартном описании флуктуаций вакуума виртуальные частицы не ведут себя как плазма; Кэрролл также отметил, что у квантового вакуума нет «системы покоя», на которую не на что было бы воздействовать, поэтому его нельзя использовать для движения. ^{[2] [37]} Точно так же физики Джеймс Ф. Вудворд и Хайди Фирн опубликовали две статьи, показывающие, что электрон-позитронные виртуальные пары квантового вакуума, обсуждаемые Уайтом как потенциальное топливо виртуальной плазмы, не могут учитывать тягу в любой изолированной замкнутой электромагнитной системе, такой как квантовый вакуумный двигатель. ^{[3] [38]}

   В 2015 году физики Эрик У. Дэвис из Института перспективных исследований в Остине и Шон М. Кэрролл из Калифорнийского технологического института пришли к выводу, что измерения тяги, представленные в статьях Таймара и Уайт указывали на ошибки теплового эффекта. ^[39]

   В мае 2018 года исследователи из Института аэрокосмической техники Дрезденского технического университета, Германия, пришли к выводу, что доминирующий эффект, лежащий в основе кажущейся тяги, может быть четко идентифицирован как артефакт, вызванный взаимодействием магнитного поля Земли с силовыми кабелями. в камере, результат, с которым согласны другие эксперты. ^{[40] [41] [17]}

   В марте 2021 года группа Таймара опубликовала окончательный анализ своих прошлых экспериментов и экспериментов других, показав, что все они могут быть объяснены и воспроизведены с помощью внешних сил. опровергая все претензии EmDrive.

   Когда мощность поступает в EmDrive, двигатель прогревается. Это также вызывает деформацию крепежных элементов на шкале, в результате чего шкала перемещается к новой нулевой точке. Мы смогли предотвратить это в улучшенной структуре. Наши измерения опровергают все утверждения EmDrive как минимум на 3 порядка. ^[1]

   Конструкции и прототипы

    

   Упрощенный схематический чертеж прототипа EmDrive, выполненный Таймаром и Фидлером.

   ЭмДрайв

   В 2001 году Шойер основал Satellite Propulsion Research Ltd для работы над EmDrive, который, по его словам, использовал резонатор для создания тяги без топлива. Компания получила награду SMART от Министерства торговли и промышленности Великобритании. ^{[20] [42]} В декабре 2002 года он в общих чертах описал прототип, который, как он утверждал, создавал тягу в 0,02 ньютона (0,072 унции силы) и питался от резонаторного магнетрона мощностью 850 Вт. Устройство могло работать всего несколько десятков секунд, прежде чем магнетрон вышел из строя из-за перегрева. ^[43] Подробности никогда не публиковались и не тиражировались.

   Второе устройство и

   New Scientist артикул

   В октябре 2006 года Шойер заявил, что провел испытания нового прототипа с водяным охлаждением и повышенной тягой. ^[44] Он сообщил о планах подготовить устройство к использованию в космосе к маю 2009 года и сделать резонатор сверхпроводником, ^[44] ни один из этих планов не материализовался.

   New Scientist журнал ^[4] представил EmDrive на обложке номера от 8 сентября 2006 года. В статье устройство изображалось правдоподобным и подчеркивались аргументы тех, кто придерживался этой точки зрения. Иган, автор популярной научной фантастики, распространил публичное письмо, в котором говорилось, что «склонность к сенсациям и отсутствие базовых знаний у его авторов» сделали освещение журнала ненадежным, достаточным, чтобы «представить реальную угрозу общественному пониманию науки». В частности, Иган сказал, что он был «ошеломлен уровнем научной неграмотности» в освещении журнала, утверждая, что он использовал «бессмысленную двусмысленность», чтобы запутать проблему сохранения импульса. Письмо было одобрено Баэзом и размещено в его блоге. ^{[36] [2]} Редактор New Scientist Джереми Уэбб ответил критикам:

   Это справедливая критика, что New Scientist недостаточно ясно дал понять, насколько спорным является двигатель Роджера Шойера. Мы должны были уточнить, где оно явно противоречит законам природы, и сообщить, что несколько физиков отказались комментировать устройство, потому что считали его слишком спорным … Самое замечательное в том, что идеи Шойера можно проверить. Если ему удастся отправить свою машину в космос, мы достаточно скоро узнаем, является ли это новаторским устройством или просто полетом фантазии. ^[32]

   New Scientist также опубликовал письмо бывшего технического директора EADS Astrium:

   Я просмотрел работу Роджера и пришел к выводу, что и теория, и эксперимент были ошибочными. Роджеру сообщили, что компания не заинтересована в устройстве, не желает добиваться защиты патента и фактически не желает быть с ним каким-либо образом связанным. ^[45]

   Письмо физика Пауля Фридлендера:

   Когда я прочитал это, я, как и тысячи других физиков, которые прочитают это, сразу понял, что это невозможно, как описано. Физики обучены использовать определенные фундаментальные принципы для анализа проблемы, и это утверждение явно игнорировало один из них … Привод Шойера так же невозможен, как и вечный двигатель. Релятивистский закон сохранения импульса был понят в течение столетия и диктует, что если из устройства Шойера ничего не выйдет, то его центр масс не будет ускоряться. Вполне вероятно, что Шойер где-то в своих расчетах использовал приближение, которое было бы разумным, если бы он не умножил результат на 50 000. Причина, по которой физики ценят такие принципы, как закон сохранения импульса, заключается в том, что они действуют как средство проверки реальности от ошибок такого рода. ^[46]

   Более поздняя работа

   В 2007 году Министерство торговли и промышленности Великобритании предоставило SPR экспортную лицензию компании Boeing в США. ^[47] По словам Шойера, в декабре 2008 г. его пригласили выступить на EmDrive, а в 2009 г. компания Boeing проявила к нему интерес, ^[48] , после чего он заявил, что SPR построила двигатель, производящий 18 граммов тяги, и отправил его в Боинг. Боинг не лицензировал технологию, и связь прекратилась. ^[49] В 2012 году представитель Boeing подтвердил, что Boeing Phantom Works использовалась для изучения экзотических форм космического движения, включая двигатель Шойера, но позже такая работа была прекращена. Они подтвердили, что «Phantom Works не работает с мистером Шойером» и не занимается этими исследованиями. ^[21]

   В 2014 году Шойер представил идеи по разработке и применению EmDrive «второго поколения» на ежегодном Международном астронавтическом конгрессе. Статья, основанная на его презентации, была опубликована в Acta Astronautica в 2015 году. ^[50] Хотя еще не было создано функционального прототипа привода первого поколения, в нем описывалась модель сверхпроводящего резонатора и три модели двигателей с несколькими полостями.

   В 2016 году Шойер подал новые патенты ^{[51] [52]} и основал новую компанию Universal Propulsion Ltd. в качестве совместного предприятия с Gilo Industries Group , небольшой британской аэрокосмической компанией. ^[49]

   Cannae и другие приводы

   Cannae Drive (ранее Q-drive), ^[53] — еще одно воплощение этой идеи с относительно плоской полостью, а не усеченным конусом. Он был разработан Феттой в 2006 году и продвигался в США через его компанию Cannae LLC с 2011 года. Фетта объявил о планах в конечном итоге запустить спутник CubeSat, содержащий версию Cannae Drive, которая будет работать в течение 6 месяцев, чтобы наблюдать за тем, как он работает в космосе. ^[58] Продолжение не опубликовано.

   В Китае исследователи, работающие под руководством Янга в NWPU, в 2008 году построили двигатель с резонансной полостью и тестировали его в течение нескольких лет. В отчете 2012 года утверждалось, что они наблюдали тягу, но в 2014 году они обнаружили, что это была экспериментальная ошибка. Второй, улучшенный прототип не давал никакой измеренной тяги. ^{[21] [59] [60]}

   В Китайской академии космических технологий Юэ Чен подал в 2016 году несколько патентных заявок, описывающих различные конструкции РЧ-резонаторных двигателей. К ним относятся метод наложения нескольких коротких резонаторов для улучшения тяги, ^[61] и конструкция с полостью в виде полуцилиндра вместо усеченного конуса. ^[62] В декабре того же года Чен объявил, что CAST проведет испытания двигателя с резонансной полостью на орбите, ^[63] , не уточняя, какая конструкция использовалась. В интервью CCTV в сентябре 2017 года Чен показал некоторые испытания плоского цилиндрического устройства, соответствующего патенту, описывающему наложенные друг на друга короткие полости с внутренней диафрагмой. ^{[64] [61]}

   Теоретические несоответствия

   Все предложенные теории о том, как работает EmDrive, нарушают закон сохранения импульса, который гласит, что любое взаимодействие не может иметь результирующей силы; следствием сохранения количества движения является третий закон Ньютона, где на каждое действие есть равное и противоположное противодействие. ^[16] Сохранение количества движения является симметрией природы. ^[65]

   Часто цитируемый пример очевидного несохранения импульса — это эффект Казимира; ^[66] в стандартном случае, когда две параллельные пластины притягиваются друг к другу. Однако пластины движутся в противоположных направлениях, поэтому из вакуума не извлекается чистый импульс, и, кроме того, в систему необходимо вложить энергию, чтобы снова разорвать пластины. ^[67]

   Предполагая, что электрические и магнитные поля однородны, EmDrive или любое другое устройство не могут извлечь результирующую передачу импульса ни из классического, ни из квантового вакуума. ^[67] Извлечение чистого импульса «из ничего» ^{[68] [69]} было постулировано в неоднородном вакууме, но это остается весьма спорным, поскольку нарушает лоренц-инвариантность. ^[67]

   Оба Гарольда Уайта ^[70] 9Теории 0336 [71] ^{[72] [66]} и ^[73] Майка Маккаллоха о том, как может работать EmDrive, основаны на этих асимметричных или динамических эффектах Казимира. Однако, если эти вакуумные силы присутствуют, ожидается, что они будут исключительно малы, исходя из нашего нынешнего понимания, слишком малы, чтобы объяснить уровень наблюдаемой тяги. ^{[67] [74] [75]} В том случае, если наблюдаемая тяга не является результатом экспериментальной ошибки, положительный результат может указывать на новую физику. ^{[76] [77]}

   Испытания и эксперименты

   Испытания изобретателей

   В 2004 г. Shawyer утверждал, что получил семь независимых положительных отзывов от экспертов BAE Systems, EADS Astrium, Siemens и IEE. ^[78] Технический директор EADS Astrium (бывший работодатель Шойера) самым решительным образом опроверг это, заявив:

   Я просмотрел работу Роджера и пришел к выводу, что и теория, и эксперимент ошибочны. Роджеру сообщили, что компания не заинтересована в устройстве, не желает добиваться защиты патента и фактически не желает быть с ним каким-либо образом связанным. ^[45]

   Ни один из других предполагаемых независимых экспертов не опубликовал положительного отзыва публично.

   В 2011 году Фетта испытал сверхпроводящую версию двигателя Cannae, подвешенную внутри сосуда Дьюара, наполненного жидким гелием, но без окончательных результатов.

   Ни один из этих результатов не был опубликован в научной литературе, не воспроизведен независимыми исследователями и не воспроизведен последовательно изобретателями. В некоторых случаях подробности были какое-то время размещены на веб-сайтах изобретателей, но по состоянию на 2019 г. таких документов в сети не осталось.. ^[79]

   В 2015 году Шойер опубликовал в Acta Astronautica статью, в которой обобщил семь существующих тестов на EmDrive. Из них четыре создавали измеренную силу в намеченном направлении, три создавали тягу в противоположном направлении, а в одном испытании тягу можно было создать в или направлениях путем изменения жесткости пружины в измерительном устройстве. ^[80]

   Северо-Западный политехнический университет

   В 2008 г. группа китайских исследователей во главе с Хуаном Яном (杨涓), профессором теории движения и техники аэронавтики и космонавтики в Северо-Западном политехническом университете (СЗПУ) в Сиане , Китай, заявили, что они разработали действующую электромагнитную теорию для микроволнового двигателя с резонансным резонатором. ^{[22] [81]} В 2010 году была построена и испытана демонстрационная версия привода с различными формами резонатора и более высокими уровнями мощности. С использованием стенда для испытаний аэрокосмических двигателей, который обычно используется для точных испытаний двигателей космических кораблей, таких как ионные двигатели, ^{[20] [59] [60]} они сообщили о максимальной тяге 720 мН при входной мощности 2500 Вт. ^[60] Ян отметила, что ее результаты были предварительными, и сказала, что «[была] не в состоянии обсуждать свою работу, пока не будут опубликованы дополнительные результаты». ^[20]

   В последующем эксперименте 2014 года (опубликованном в 2016 году) Ян не смог воспроизвести наблюдение 2010 года и предположил, что это произошло из-за экспериментальной ошибки. ^[23] Они усовершенствовали свою экспериментальную установку, используя трехпроволочный торсионный маятник для измерения тяги, и протестировали две разные силовые установки. Они пришли к выводу, что не смогли измерить значительную тягу; что «тяга», измеренная при использовании внешних источников питания (как в их эксперименте 2010 года), может быть шумом; и что для этих экспериментов было важно использовать автономные энергетические системы и более чувствительные маятники с меньшей жесткостью на кручение. ^[23]

   NASA Eagleworks

   С 2011 года у Уайта была команда в НАСА, известная как Advanced Propulsion Physics Laboratories или Eagleworks Laboratories, занимающаяся изучением экзотических концепций двигателей. ^[82] Группа исследовала идеи для широкого круга непроверенных и второстепенных предложений, включая двигатели Алькубьерра, двигатели, взаимодействующие с квантовым вакуумом, и двигатели с РЧ-резонатором. В 2014 году группа начала испытания двигателей с резонансным резонатором, а в ноябре 2016 года они опубликовали рецензируемую статью об этой работе в журнале 9.0923 Журнал движения и мощности . ^{[25] [83] [84]}

   EmDrive и конусообразные резонаторы

   В июле 2014 г. Уайт сообщил о предварительных положительных результатах оценки конического ВЧ резонатора. ^[6] Их первые испытания этого конического резонатора были проведены при очень малой мощности (2% от эксперимента Шойера 2002 г.). Чистая средняя тяга за пять прогонов составила 91,2 мкН при входной мощности 17 Вт. ^[6] Эксперимент подвергся критике за его низкую мощность, небольшой набор данных и за то, что он не проводился в вакууме, чтобы исключить тепловые потоки воздуха.

   Группа объявила о плане модернизировать свое оборудование до более высоких уровней мощности и использовать тестовую структуру, подлежащую независимой проверке и утверждению в одном или нескольких крупных исследовательских центрах. ^{[6] [85]} Этого не произошло. ^[86]

   Позже они провели эксперименты в вакууме при входной мощности 40-80 Вт, опубликовав результаты в 2016 году в Journal of Propulsion and Power под заголовком « Измерение импульсной тяги от закрытого радио- Частотный резонатор в вакууме «. ^{[25] [83] [84]} В исследовании говорится, что их система «стабильно работает с отношением тяги к мощности 1,2±0,1 мН/кВт», но также перечислено множество потенциальных источников ^[25] Это была первая подобная статья, опубликованная в рецензируемом журнале, однако эксперимент снова подвергся критике за небольшой набор данных и отсутствие подробностей об экспериментальной установке, которая снова не была подтверждена независимыми экспертами ^{[16 ] [87] [88]}

   Технологический университет Дрездена

   В июле 2015 года группа аэрокосмических исследований Дрезденского технологического университета (TUD) под руководством Мартина Таймара сообщила о результатах оценки ВЧ-резонансного конического резонатора, аналогичного EmDrive. ^[89] Сначала были проведены испытания ножевых весов, способных определять силу на уровне микроньютонов, на антивибрационном гранитном столе при атмосферном давлении; затем на торсионном маятнике с разрешением по силе 0,1 мН, внутри вакуумной камеры при давлении окружающего воздуха и в жестком вакууме при 400 мкПа (4×10 ^-6 мбар).

   Они использовали обычный печной магнетрон диапазона ISM 2,45 ГГц мощностью 700 Вт и небольшой резонатор с низкой добротностью (20 в вакуумных испытаниях). Они наблюдали небольшие положительные толчки в положительном направлении и отрицательные толчки в отрицательном направлении, около 20 мкН в жестком вакууме. Однако, когда они повернули полость вверх как «нулевую» конфигурацию, они заметили аномальную тягу в сотни микроньютонов, намного большую, чем ожидаемый результат нулевой тяги. Это указывало на сильный источник шума, который они не могли идентифицировать. Это привело их к выводу, что они не могут подтвердить или опровергнуть заявления об устройстве.

   В 2018 году они опубликовали результаты улучшенной испытательной установки, которые показали, что их измеренная тяга была результатом экспериментальной ошибки из-за недостаточно экранированных компонентов, взаимодействующих с магнитным полем Земли. ^[90] В новых экспериментах они измерили значения тяги, согласующиеся с предыдущими экспериментами, и снова измерили тягу перпендикулярно ожидаемому направлению при повороте двигателя на 90°. Более того, они не измеряли уменьшение тяги, когда аттенюатор использовался для уменьшения мощности, которая фактически поступала в резонатор, в 10 000 раз, что, по их словам, «четко указывает на то, что «тяга» исходит не от EMDrive, а от некоторое электромагнитное взаимодействие». Они пришли к выводу, что «магнитное взаимодействие от недостаточно экранированных кабелей или двигателей является основным фактором, который необходимо учитывать для надлежащих измерений тяги в мкН для устройств этого типа», и они планировали провести будущие испытания при более высокой мощности и на других частотах. , а также с улучшенной защитой и геометрией полости. ^{[91] [90]}

   В 2021 году они снова повторили эти эксперименты и провели более точные тесты. Они с высокой степенью уверенности сообщили, что силы, измеренные ранее, могут быть полностью объяснены экспериментальной ошибкой, и что после принятия во внимание этих ошибок не было никаких доказательств какой-либо измеримой тяги. ^{[92] [93] [18]} Они смогли провести эксперимент и не показать тяги ни в каком направлении, а также повторно ввести предыдущие источники экспериментальных ошибок, чтобы воспроизвести более ранние результаты. Они также воспроизвели установку Уайта, показав, что тепловые эффекты могут воспроизвести кажущуюся тягу, которую наблюдала его команда, и что эта тяга исчезла при измерении с помощью более точной подвески. Затем они опубликовали еще две статьи, в которых были показаны аналогичные отрицательные результаты для варианта LemDrive на основе лазера и двигателя Woodward с эффектом Маха. ^{[94] [95]}

   Испытания в космосе

   В августе 2016 года Cannae объявила о планах запустить свой двигатель на кубсете 6U, на котором они будут работать в течение 6 месяцев, чтобы наблюдать, как он работает в космосе. Канна создал компанию под названием «Тезей» для этого предприятия и стал партнером LAI International и SpaceQuest Ltd. для запуска спутника. По состоянию на 2022 год дата запуска еще не объявлена. ^[58]

   В декабре 2016 года Юэ Чен сказал репортеру 9 Китая0923 Science and Technology Daily , что его команда тестировала EmDrive на орбите и финансировала исследования в этой области в течение пяти лет. Чен отметил, что тяга их прототипа находилась на «уровне от микроньютонов до миллиньютонов», которую необходимо было увеличить как минимум до 100–1000 миллиньютонов, чтобы получить окончательные экспериментальные результаты. Несмотря на это, он сказал, что его цель состояла в том, чтобы проверить привод, если это возможно, и сделать такую ​​технологию доступной для спутниковой инженерии «как можно быстрее». ^{[96] [97] [98] [99] [63]} После 2017 года о дальнейших обновлениях не сообщалось.

   Экспериментальные ошибки

   Позже сообщалось, что самый сильный ранний результат, полученный группой Янга в Китае, был вызван экспериментальной ошибкой. ^[23] Таймар опубликовал объяснение того, как все сообщения о кажущейся тяге могли быть полностью вызваны неспособностью учесть все источники ошибок или шума.

   Экспериментальные ошибки при тестировании прототипов обычно делятся на четыре категории ^[100]

   • Ошибка измерения и шум. Большинство ученых-теоретиков, изучавших EmDrive, считают, что это вполне вероятно.
   • Термические эффекты.
   • Электромагнитные эффекты, включая взаимодействие с окружающими магнитными полями и силами Лоренца от силовых проводов.

   Другие потенциальные источники ошибок включают предвзятость подтверждения и предвзятость публикации (отбрасывание отрицательных результатов).

   Ошибки измерения

   Основная статья: Ошибка наблюдения

   Самое простое и наиболее вероятное объяснение состоит в том, что любая обнаруженная тяга является результатом экспериментальной ошибки или шума. Во всех поставленных экспериментах очень большое количество энергии уходит на создание крошечного количества тяги. При попытке измерить слабый сигнал, наложенный на сильный сигнал, шум от сильного сигнала может скрыть слабый сигнал и дать неправильные результаты.

   Смещение центра тяжести из-за теплового воздействия

    

   Инфракрасное изображение, показывающее нагрев радиатора

   Считается, что наибольший источник ошибок связан с тепловым расширением радиатора двигателя; по мере его расширения это приведет к изменению центра тяжести, что приведет к перемещению резонатора. Команда Уайта попыталась смоделировать тепловое воздействие на общее смещение, используя суперпозицию смещений, вызванных «тепловыми эффектами» и «импульсной тягой», при этом Уайт сказал: «Это было то, что мы больше всего работали, чтобы понять и поместить в коробку «. . Несмотря на эти усилия, команда Уайта не смогла полностью учесть тепловое расширение. В интервью Aerospace America , Уайт комментирует, что «хотя, возможно, мы немного подчеркнули карандашом [тепловые ошибки] … они, конечно, не зачеркнуты черным маркером». ^[101]

   Их метод учета тепловых эффектов подвергся критике со стороны Миллиса и Дэвиса, которые подчеркивают отсутствие как математических, так и эмпирических деталей для обоснования предположений об этих эффектах. Например, они не предоставляют данных об измерении температуры во времени по сравнению со смещением устройства. В статье есть графическая диаграмма, но она основана на априорных предположений о том, какими должны быть формы «импульсной тяги» и «тепловых эффектов» и как эти сигналы будут накладываться друг на друга. Кроме того, модель предполагает, что все шумы являются тепловыми, и не включает другие эффекты, такие как взаимодействие со стенкой камеры, силовые воздействия и наклон. Поскольку в статье Eagleworks нет явной модели тяги для сравнения с наблюдениями, она в конечном счете субъективна, и ее данные можно интерпретировать более чем одним способом. Таким образом, тест Eagleworks не показывает однозначно эффект тяги, но и не может его исключить. ^[76]

   Уайт предположил, что будущие эксперименты можно проводить на весах Кавендиша. В такой установке двигатель может вращаться на гораздо большие угловые смещения, позволяя тяге (если она присутствует) преобладать над любыми возможными тепловыми эффектами. Испытание устройства в космосе также устранило бы проблему с центром тяжести. Команда Таймара позже использовала такую ​​установку, чтобы показать, что все прошлые результаты были артефактами тепловых эффектов. ^[101]

   Электромагнитные взаимодействия

   В этих экспериментах использовались относительно большие электромагнитные входы для создания небольшой тяги. В результате электромагнитные взаимодействия между силовыми кабелями, между линиями электропередач и окружающими магнитными полями или между прибором и стенками испытательной камеры могут иметь значительные последствия.

   Ян сообщил в 2016 году, что взаимодействие с магнитным полем Земли вызвало довольно большую кажущуюся тягу в их статье 2012 года. Таймар искал потенциальное взаимодействие сил Лоренца между силовыми проводами, пытаясь воспроизвести экспериментальную установку Уайта. Другой источник ошибки мог возникнуть из-за электромагнитного взаимодействия со стенками вакуумной камеры. ^[101] Уайт утверждал, что любое взаимодействие со стеной может быть только результатом хорошо сформированной резонансной связи между устройством и стеной, и что используемая высокая частота подразумевает, что вероятность этого сильно зависит от геометрии устройства. По мере того, как компоненты нагреваются из-за теплового расширения, геометрия устройства изменяется, сдвигая резонанс резонатора. Чтобы противодействовать этому эффекту и поддерживать оптимальные условия резонанса системы, Уайт использовал систему фазовой автоподстройки частоты (PLL). Их анализ предполагал, что использование PLL исключает значительное электромагнитное взаимодействие со стеной. 9 ^{a b c d e} Brady, David A.; Уайт, Гарольд Г .; Март, Пол; Лоуренс, Джеймс Т .; Дэвис, Франк Дж. (30 июля 2014 г.). «Аномальное создание тяги с помощью испытательного ВЧ-устройства, измеренное на торсионном маятнике с малой тягой» (PDF) . 50-я Совместная конференция AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигателям . 50-я Совместная конференция по силовым установкам AIAA/ASME/SAE/ASEE. Американский институт аэронавтики и астронавтики. дои: 10.2514/6.2014-4029 ^{A B C 9123}

   0 ^{0 0}

   0

   0 ⁹¹²³

   0 ; Лю, X.-C.; Ван, Ю.-Г.; Тан, М.-Дж.; Луо, Л.-Т.; Джин, Ю.-З.; Нин, З. -Х. (февраль 2016 г.). «Измерение тяги независимого движителя микроволнового двигателя с трехпроводной системой измерения тяги крутильного маятника». Journal of Propulsion Technology (на китайском языке). 37 (2): 362–371. 9 ^{a b c d e} White, Harold; Март, Пол; Лоуренс, Джеймс; Вера, Джерри; Сильвестр, Андре; Брэди, Дэви; Бейли, Пол (17 ноября 2016 г.). «Измерение импульсной тяги закрытого радиочастотного резонатора в вакууме». Журнал движения и мощности . 33 (4): 830–841. дои: 10.2514/1.B36120. hdl: 2060/20170000277. 9 ^{a b c} Hadhazy, A. (2016). «Космическое путешествие без топлива» (PDF) . Аэрокосмическая Америка . Февраль 2017 г.: 16–23. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

Внешние ссылки

• Официальный сайт, Cannae
• Официальный сайт, EmDrive
• Oberhaus, Daniel (5 июня 201 г. ). «Мифическая форма космического движения наконец-то проходит настоящее испытание». ПРОВОДНОЙ . Проверено 7 июня 2019 года.
• Трансляция 2722 EM Drive @ The Space Show
• Видеопрезентации EM Drive, Mach Effect, Cannae by March, Woodward, Tajmar и других на семинаре Breakthrough Propulsion Workshop 2016 @ Институт космических исследований YouTube Плейлист
• Видеоподкаст TMRO #EMPossibleDrive 9.16 со строителем Дэйвом Дистлером @25 минут в
• EmDrive не проходит тесты

EM Drive — это «невозможный» двигатель космического корабля, который генерирует тягу из квантового вакуума, не используя движущихся частей и не производя выхлопных газов – NaturalNews.com

(естественные новости)
Я поклонник физика Ричарда Фейнмана, и одна из его самых запоминающихся цитат объясняет, что «Наука — это вера в невежество экспертов».

Действительно, «эксперты» науки так часто ошибаются, что это делает их высокомерие смехотворным, и сегодня у нас есть еще один пример новой необъяснимой технологии, которая отправляет физиков обратно к чертежной доске, чтобы переписать предполагаемые «законы» как работает Вселенная.

Рассматриваемая технология называется EM Drive , и это «невозможный» двигатель космического корабля, который производит реальную тягу, ничего не испуская (то есть не выхлоп) и не имея движущихся частей. «ЭМ-привод (электромагнитный привод) использует электромагнитные микроволновые полости для прямого преобразования электрической энергии в тягу без необходимости выпуска какого-либо топлива», — поясняет Hacked.com. «[Гарольд Г. Уайт, ученый] предполагает, что тяга ЭД-двигателя обусловлена ​​виртуальными частицами в квантовом вакууме, которые ведут себя как ионы топлива в магнито-гидродинамических двигательных установках, извлекая «топливо» из самой ткани пространства-времени и устраняя необходимость носить с собой топливо».

Изобретенный первопроходцем в области инженерии Роджером Шойером почти 15 лет назад, ЭМ-двигатель уже давно высмеивается «основными» учеными почти так же, как холодный синтез (ядерные реакции низкой энергии) широко высмеивался учеными, занимающимися горячим синтезом.

Тем не менее, Шойер может смеяться последним. Мартин Таймар, директор института и глава отдела космических систем Дрезденского технологического университета в Германии, только что воспроизвел измерения тяги, казалось бы, «невозможной» тяги, проведя свой эксперимент в вакууме, который имитирует космическую среду. Он представил свои результаты на Форуме и выставке двигателей и энергии Американского института аэронавтики и астронавтики в 2015 году. Вы можете увидеть его доклад об электромагнитном приводе в брошюре мероприятия по этой ссылке.

EMDrive, похоже, нарушает законы известной физики… но, похоже, он работает

«Наши измерения показывают тягу, как и ожидалось из предыдущих утверждений, после тщательного изучения тепловых и электромагнитных помех», — говорится в научной статье. Испытания также проводились в высоком вакууме: «Мы впервые использовали эту установку для испытания EMDrive в высоком вакууме до 4×10 -6 мбар, наблюдая аналогичные тяги (хотя и при несколько более низких уровнях мощности), исключая любое влияние воздуха в эта конфигурация».

Как поясняется в документе, многочисленные эксперименты уже явно подтвердили работу тяги этого «невозможного» двигателя, который, по-видимому, нарушает известные законы физики:

Несколько лет назад Шойер утверждал, что изобрел еще один тип двигателя безтопливная двигательная установка под названием EMDrive, которая использует только бортовую электроэнергию, аналогичную фотонной ракете, но с на порядок большей тягой и без необходимости в другом спутнике. Если это правда, это, безусловно, может произвести революцию в космических путешествиях.

Следует отметить, что анализ и утверждения Шойера весьма противоречивы (например, ссылка 9), поскольку это, очевидно, нарушило бы сохранение импульса (отталкивание самого себя) в соответствии с его теорией. Помимо теоретической концепции, наиболее интересны экспериментальные утверждения, опубликованные на сегодняшний день. Шойер протестировал

EMDrive на весах в направлении вверх и вниз, наблюдая изменения веса (= тяги), близкие к его теоретическим предсказаниям, используя точные измерения добротности с 16 мН, используя 850 Вт микроволновой мощности — около 5600 раз больше, чем ожидалось от чистой классической радиационной тяги. Он утверждал, что провел проверки на тепловое и электромагнитное воздействие. Позже были проведены испытания крутильных весов с использованием воздушных подшипников, где он наблюдал вращение всего устройства со всей электроникой и источниками питания на борту.

Независимые испытания были проведены в Китае Янгом и др.10-12, которые протестировали EMDrive на стенде с силовой обратной связью и достигли тяги до 720 мН при мощности микроволн 1000 Вт с еще более высоким коэффициентом добротности по сравнению с Shawyer. Совсем недавно Брейди и др. проверили концепцию крутильных весов в НАСА с разрешением (микро)Н, получив тягу 50 (микро)Н, используя всего 20 Вт РЧ-мощности. Микроволновая электроника была установлена ​​на весах, а питание подавалось с помощью контактов из жидкого металла. Сильные магниты использовались для гашения вихревых токов баланса и лазерный интерферометр для наблюдения за движением баланса. Тестирование было довольно ограниченным (выполнено всего несколько тестовых запусков, без реверса направления двигателя), и наблюдалось взаимодействие с магнитным демпфированием во время работы двигателя, но ниже значений тяги EMDrive. Измерение нуля проводилось с помощью резистора

вместо EMDrive.

Британские СМИ начинают сообщать об ЭМ Драйве

Я наблюдаю за этой историей больше года, ожидая очередного лабораторного подтверждения значений тяги. К моему удивлению, британские СМИ тоже начали подмечать это событие.

«Двигатель способен развивать тягу в несколько тысяч раз больше, чем у стандартной фотонной ракеты, и может добраться до Марса за 70 дней или до Плутона за 18 месяцев», — сообщает Telegraph. «Путешествие к Альфе Центавра, на которое сейчас уйдут десятки тысяч лет, может быть достигнуто всего за 100 лет».

Далее The Telegraph сообщает:

Шойер также утверждает, что всего через несколько месяцев он опубликует новые результаты, подтверждающие, что его привод работает в рецензируемом журнале.

Однако ученые до сих пор понятия не имеют, как это работает на самом деле. НАСА предположило, что это может иметь какое-то отношение к технологии, управляющей субатомными частицами, которые постоянно появляются и исчезают в пустом пространстве.

На этой неделе профессор Таймер представил свои выводы на Форуме и выставке Американского института аэронавтики и астронавтики 2015 года.

Известная наука поражена прорывом, который никто не понимает

Одна из причин, по которой я люблю освещать такого рода новости, заключается в том, что они подтверждают крайне важную идею о том, что высокомерных ученых не обманывают Мать-Природу . Приятно видеть, как высокомерные ученые время от времени унижаются новыми, появляющимися явлениями, которые они не могут объяснить.

Ричард Фейнман понял это. Он был блестящим, но скромным, всегда очарованным тайнами природы. Фейнман полностью осознавал, что даже его собственные обширные познания в физике были не более чем пылинкой по сравнению с царством знаний, которые еще предстоит исследовать.

Сегодня слишком много ученых отказались от самой мысли, что еще может быть открыто что-то новое. Они думают, что уже все знают… что «наука» достигла плато абсолютной истины, от которой допускаются нулевые отклонения. Но это не наука… это догма . Настоящая наука — это практика преднамеренного поиска новых знаний, даже если вы понимаете, что новые открытия могут сделать ваши существующие «научные» убеждения устаревшими.

«Новая наука», как ее часто называют, входит в область квантовой физики и даже влияния наблюдателя (намерения) на результаты в видимой физической вселенной. Как поясняется в приведенном выше исследовательском документе, «НАСА предположило, что это может иметь какое-то отношение к технологии, управляющей субатомными частицами, которые постоянно появляются и исчезают в пустом космосе».

Такие идеи пугают традиционных ученых старой школы, которые боятся настоящих открытий, потому что они могут угрожать их священной догме. Идея о том, что устройство, которое ничего не излучает, может производить огромную тягу, которая может совершить революцию в космических путешествиях, просто не является концепцией, которую большинство ученых готовы принять… даже если это, возможно, одно из самых важных изобретений человеческой цивилизации. (Последствия колонизации других миров ошеломляют… это может быть технология, которая превратит человечество из уязвимого однопланетного вида в галактическую цивилизацию.)

Только по этой причине ЭМ-Драйв подвергнется яростным нападкам со стороны физиков старой школы и занудных ученых с когнитивными запорами. Мысль о том, что их научные убеждения, основанные на вере, могут быть переписаны новым расширением человеческого понимания, просто приводит их в ярость. Поэтому они набрасываются и нападают на первопроходцев, чтобы уничтожить их, подавляя продвижение науки и одновременно защищая свою «интеллектуальную территорию» и влияние в отрасли.

Почему будущие космические корабли будут больше похожи на Звезды Смерти, чем на X-Wing Fighters

Между прочим, если ЭД-Драйв окажется работоспособным, все эти научно-фантастические фильмы, изображающие космические корабли, производящие видимую огненную тягу, внезапно устареют. В будущем космических путешествий с EM Drives, нет видимых двигателей . Более того, космический корабль не должен иметь какой-либо заранее определенной ориентации тяги, поскольку ЭМ-двигатели могут быть построены на внутренних шарнирах глубоко внутри корабля и направлены в любом направлении для создания тяги в этом направлении. Другими словами, вам не нужно монтировать их по периметру корабля. Их может быть внутренний . Это также означает, что космическим кораблям не нужно «поворачиваться», чтобы изменить направление тяги. Это также означает, что средства связи снаружи такого корабля могут быть постоянно ориентированы на Землю, что значительно упрощает поддержание связи.

Как сам ученый, я также могу сказать вам, что это означает, что такие корабли будут построены как сферических машин , чтобы установить двигатели ЭД в центре масс (по всем очевидным причинам, связанным с законами физики) . Таким образом, будущие космические корабли будут больше похожи на мини-звезды смерти, чем на истребители X-Wing. В космосе нет воздуха. «Крылья» не нужны. По сути, каждый космический корабль, который вы видели в «Звездных войнах», «Звездном пути» и «Звездном крейсере Галактика», совершенно неправильный.

Дополнительные источники для этой истории включают:

https://www.nasaspaceflight.com/2015/04/evaluating-nasas-futuristic-em-drive/

https://hacked.com/scientists-confirm -impossible-em-drive-propulsion/

http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-3177449/Nasa-s-impossible-fuel-free-thrusters-work-German-scientists-confirm-viability -super-fast-space-travel-slash-journey-moon-4-HOURS.html

http://www.telegraph.co.uk/news/science/space/11769030/Impossible-rocket-drive-works-and-could-to-Moon-in-four-hours.html

http://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=36313.1940

https: //www.naturalnews.com/files/EM-drive-thrust.pdf

Космический двигатель: отделение фактов от научной фантастики

Неудачное свойство научной фантастики состоит в том, что она, к сожалению, является вымыслом. Вместо того, чтобы парить между звездами и бесчисленными галактиками, мы до сих пор оказываемся ограниченными этой планетой, которую мы называем Землей. Только горстка людей когда-либо добралась до одинокой луны Земли, и только два наших беспилотных зонда добрались до Солнечной системы Земли после многих десятилетий путешествия. Достаточно впасть в отчаяние, что мы никогда не приблизимся к тому фантастическому будущему, которое, казалось бы, обещало нам научная фантастика.

Возможно, еще не все надежды потеряны. За последние десятилетия мы улучшили наши химические ракеты, экспериментируем с различными типами ядерных ракет, а ионные двигатели стали обычным явлением на современных спутниках, а также для миссий в Солнечной системе. И даже если ажиотаж вокруг EMDrive исчез так же быстро, как и появился, сверхсветовой привод Alcubierre по-прежнему остается заманчивой возможностью после многих лет доработок.

Несмотря на то, что физика выступает против нашего желания жить среди звезд, каковы наши нынешние шансы? Давайте посмотрим на методы движения, которые у нас есть сегодня, и на что мы можем рассчитывать с разной степенью уверенности.

Правители низкой околоземной орбиты

Ракетный двигатель RS-68 во время испытаний в Космическом центре Стеннис НАСА в 2000 году. С первых дней существования ракетного двигателя в первой половине 20 ^-го -го века мы придумали множество усовершенствований и новых технологий. Мы разработали новые виды твердого и жидкого топлива, научились использовать как гиперголическое, так и криогенное топливо. Это сделало процесс запуска новых спутников и новых зондов на орбиту вокруг Земли и на межпланетные переходные орбиты практически рутинным делом.

После выхода из гравитационного колодца Земли или безопасного выхода на орбиту вокруг планеты достаточно метода движения, способного использовать меньшую грубую силу, поскольку гравитационное притяжение Земли больше не вызывает беспокойства. Вот здесь-то и проявляют себя ионные двигатели: используя относительно небольшое количество топлива и электричества от солнечных батарей или других источников, таких как РИТЭГи, им удается генерировать значительную тягу в виде ионных пучков. Поскольку ионные двигатели имеют очень высокий удельный импульс, они очень эффективны в использовании топлива, но имеют недостаток, заключающийся в очень малой тяге.

Это подводит нас к сути проблемы, связанной с ракетами и космическими двигателями: баланс производительности между требуемой энергией и израсходованным топливом. В то время как химическую ракету можно легко масштабировать, чтобы использовать больше топлива для большей тяги, ее удельный импульс довольно ужасен, а это означает, что на каждую единицу сожженного топлива большая часть энергии, содержащейся в топливе, тратится впустую, то есть не используется по назначению. движения.

Удельный импульс (I _sp ) определяется в секундах, где указанное значение указывает, как долго ракетный двигатель или эквивалентное устройство может обеспечивать тягу ракеты, используя доступное топливо. Это определяет продолжительность тяги и, следовательно, общее ускорение. Кроме того, химические ракеты становятся легче по мере расхода топлива, в результате чего ускорение при той же тяге со временем увеличивается. Таким образом, отношение тяги к весу определяет, насколько хорошо работает ракета.

Для прямого сравнения: химическая ракета, такая как Falcon 9 компании SpaceX с двигателями Merlin 1D (полная тяга), имеет I _sp 311 секунд в вакууме и 282 секунды на уровне моря. Между тем I _sp ионного двигателя измеряется не секундами, а неделями или даже месяцами или годами. И это несмотря на то, что ионный двигатель спутника или зонда имеет лишь часть тяги, которую имеет химическая ракета. Между тем, ионный двигатель имеет очень низкое отношение тяги к весу, что не позволяет ему поднять столько же, сколько лист бумаги из гравитационного колодца Земли.

За пределами околоземной орбиты

Выпускная сторона эволюционного ксенонового ионного двигателя НАСА (NEXT).

Используя эти химические ракеты и ионные двигатели, мы можем получать и удерживать спутники, а также Международную космическую станцию ​​на орбите, даже если они находятся на более низких орбитах, где атмосферное сопротивление является проблемой. И как недавно продемонстрировали США, Китай и ОАЭ, получив орбитальные аппараты Hope ( Misabar Al Amal ) и Tianwen-1 (Q questions to Heaven ) вокруг Марса, а также марсоход Perseverance на марсианской земле, мы у меня довольно хорошо получается путешествовать по крайней мере к одному из наших ближайших соседей в Солнечной системе.

Большинство путешествий в пределах Солнечной системы основано на орбитальной механике, ярким примером которой является текущая миссия ESA BepiColombo. Вместо того, чтобы путешествовать по прямой линии от Земли до Меркурия, эта миссия рассчитана на семь лет, в течение которых BepiColombo будет использовать помощь гравитации: по сути, используя гравитацию различных планет и Солнца нашей Солнечной системы, чтобы как набирать, так и терять скорость, поскольку а также изменить свою орбиту вокруг Солнца, чтобы в конечном итоге он мог выровняться с Меркурием и припарковаться на своей орбите.

Это также показывает, что еще одним важным фактором здесь является время. Без учета того, сколько времени может занять путешествие в пределах Солнечной системы или за ее пределы, использование гравитации с Земли и других планет является действительным и очень эффективным способом путешествовать в космосе. Таким образом зонды «Вояджер» успешно покинули Солнечную систему, на это ушло всего около сорока лет. Конечно, вне научных миссий отбрасывание фактора времени — это только вариант, когда начинают рассматривать что-то вроде кораблей генерации.

Как и на Земле, мы предпочитаем путешествовать быстрее и тратить меньше времени. В конце концов, кому захочется застрять на паруснике у мыса в многомесячном путешествии, когда можно просто сесть на самолет, например, на Восток? Точно так же мы ищем способы быстрее путешествовать в космосе.

Going Nuclear

Есть несколько возможных пунктов назначения, к которым мы хотели бы отправиться быстрее: один из них, конечно, Марс, но интерес представляют и другие планеты в нашей Солнечной системе, такие как спутник Юпитера Европа. Здесь мы сталкиваемся с большой проблемой как с нашими химическими ракетами, так и с нашими ионными двигателями: один не может обеспечить тягу достаточно долго, а другой не обеспечивает достаточной тяги. Возможное решение здесь восходит к 1950-х, в виде ядерной силовой установки.

Многие, вероятно, знают о проекте DARPA «Орион», в котором ядерно-импульсный двигатель рассматривался как способ полета на Марс и обратно в течение четырех недель. Хотя этот проект так и не был реализован, велись работы над новыми концепциями на базе АЭС. Здесь большая часть самых последних исследований сосредоточена на использовании ядерного синтеза для создания высокоскоростного выхлопа. Нечто подобное мы видим и в общем объеме ядерных тепловых ракет, частью которых являются АЭС, где акцент сместился с деления на синтез. Некоторые из них, такие как Direct Fusion Drive, можно рассматривать как улучшенный ионный двигатель.

Устройство PFRC-2 во время импульса магнитного поля в Принстоне в 2016 году.

DFD вместе с другими — это некоторые из концепций, которые НАСА в настоящее время изучает, чтобы сократить время полета на Марс и в другие пункты назначения, в том числе для Ориона (космического корабля). DFD использует результаты экспериментов Принстонской конфигурации с обращенным полем (PFRC), чтобы обеспечить непрерывную тягу на значительно более высоких уровнях, чем сегодняшние ионные двигатели. Это сделало бы его подходящим для межпланетных путешествий с прогнозируемым временем в пути четыре года, чтобы добраться до Плутона на краю нашей Солнечной системы.

Конечно, ничто из этого не облегчило бы межзвездное путешествие за пределы нашей Солнечной системы.

Освещение вещей

В этой вселенной есть лишь несколько вещей, которые несомненны. Одним из них является то, что пространство очень большое, не говоря уже о том, что оно очень пустое. Другой состоит в том, что объекты имеют массу, а еще существует скорость света (c). Сочетание последних двух определяет очень реальный предел того, насколько объект может ускоряться. Это проблематично в свете таких проблем, как доставка человека к ближайшей звездной системе (Альфа Центавра, 4,37 световых года) в течение жизни этого человека.

Как самый далекий искусственный объект, «Вояджер-1» движется со скоростью 1/18 000 скорости света, что означает, что он сможет достичь Альфы Центавра примерно через 80 000 лет. Однако, как мы увидим, решение здесь не просто в увеличении ускорения, поскольку это создает две новые проблемы. Во-первых, это чистая кинетическая энергия, поскольку энергия, необходимая для ускорения до заметной доли скорости света, больше, чем можно было бы надеяться получить с помощью любого современного или будущего метода движения.

Астронавты на Международной космической станции наблюдают время на 0,01 секунды медленнее за земной год, чем люди на поверхности Земли.

Вторая проблема определяется общей теорией относительности (ОТО). Проще говоря, если объект испытывает ускорение, то система отсчета объекта и любых внешних наблюдателей начинают расходиться. Этот гравитационный эффект замедления времени в визуальном представлении означает, что стороннему наблюдателю часы, удерживаемые ускоряющимся объектом, замедляются, и наоборот, часы внешнего наблюдателя будут казаться, что они идут быстрее, чем часы, которые они держат.

Хотя влияние этого замедления времени относительно Земли относительно незначительно (например, астронавты на МКС против людей на Земле), суровая правда здесь заключается в том, что мы вообще не хотим значительно ускоряться. То есть, если мы не хотим иметь дело с ситуациями, когда люди на борту космического корабля, путешествующего со скоростью 0,6с, сами испытают недели, проходящие во время миссии, в то время как на Земле прошли десятилетия. Это делает беспилотные космические зонды даже части c относительно бессмысленными.

Потенциальное решение здесь заключается в концепции варп-двигателя, также известного как двигатель Алькубьерре и его производных. Этот метод, по сути, позволяет кому-то двигаться со скоростью, превышающей скорость света (FTL), без изменения их эффективной гравитации и, следовательно, их системы отсчета. Это также позволяет избежать потребности в огромном количестве энергии.

Физические варп-двигатели

Варп-корабль «Феникс» из «Звездного пути», построенный на основе переделанной межконтинентальной баллистической ракеты. Приводы

FTL являются в значительной степени одним из основных продуктов научной фантастики и принимают множество форм. Из них варп-двигатель — один из немногих, основанных на научной теории и подвергшихся изучению и совершенствованию в течение нескольких десятилетий. По своей сути принцип достаточно прост: «варп-двигатель» создает (деформирует) пространственно-временную оболочку вокруг объекта («варп-поле»), которая затем может двигаться, не увеличивая свою кинетическую энергию. Его эффективная скорость будет ограничена тем, насколько быстро он может искривлять пространство-время.

Недавнее дополнение к литературе по этой теме — книга «Введение в физические варп-двигатели» Бобрика и др., которая работает с литературой последних десятилетий, создавая систему классификации для различных мыслимых типов варп-двигателей.

Что наиболее важно, в нем рассказывается о том, как предположение, сделанное с помощью двигателя Алькубьерре — в том смысле, что для него требуется большое количество отрицательной массы — было просто основано на непонимании лежащей в основе теории. По сути, это означает, что потребность в отрицательной массе может быть уменьшена или даже полностью устранена, и что в области физики пока что ничто не мешает человечеству создавать настоящие физические варп-двигатели и отправляться в сверхсветовые путешествия по галактике и за ее пределы.

Космос: последний рубеж?

Тогда может показаться, что по крайней мере какая-то часть научной фантастики может в ближайшем будущем стать научным фактом, а звездолеты, изображенные в оригинальном сериале «Звездный путь» (TOS, TNG и VOY) на стороне Федерации, обеспечивают дразнящий шаблон каким может быть будущее человечества. Интересно, что во вселенной «Звездного пути» изобретателю потребовалось до 2063 года, чтобы испытать первый варп-двигатель.

К счастью, пока не известно, как будет выглядеть наша временная шкала. Сможем ли мы действительно построить варп-двигатели через сорок лет или нет, и что мы там обнаружим, если мы это сделаем, — все еще открытые вопросы. Когда мы вспоминаем исторический полет Юрия Гагарина в космос шестьдесят лет назад, интересно заглянуть в будущее и узнать, что могут принести следующие десятилетия.

Новый околосветовой двигатель НАСА может нарушить законы физики

2 апреля 2022 г. 1 апреля 2022 г. Ученые NASA Eagleworks Laboratories добились больших успехов в нарушении законов физики в этом процессе.

В рецензируемом журнале Journal of Propulsion and Power компания Eagleworks представила отчет о своих открытиях, в котором сообщалось об удивительных результатах экспериментов с электромагнитными двигательными установками (EM Drive).

Как это работает?

Используя электрические волны, такие как микроволны, эти фотоны проникают внутрь пустой медной конической комнаты, производя толчок.

В противоположность этому, ионные двигатели, используемые в современных космических кораблях НАСА, создают энергию путем впрыскивания ионизирующего топлива (обычно газообразного ксенона), а также испуская заряженное атомное излучение. Топливо или выхлоп не входят в двигатель и не выходят из него, что нарушает основной закон физики.

Как это работает против законов физики?

Третий закон движения Ньютона – на каждое действие есть равное и противоположное противодействие.

Это концепция, описывающая, что происходит, когда кто-то толкает лодку веслом или отталкивает ее от бортов во время планирования. Это происходит, когда движущая сила ударяется о поверхность, вызывая толчок, вызывающий движение.

Это именно та концепция, которая лежит в основе конструкции двигателей, которых EM Drive полностью избегает. В отличие от обычных двигателей, электромагнитная силовая установка Eagleworks излучает энергию от электрических импульсов, которые касаются внутренней части их конусообразного отсека (точнее, способ работы двигателя будет подобен движению автомобиля вперед при ударе о воздушное окно).

Согласно их публикации, EM Drive произвела 1,2 миллиона миллиньютонов на каждый киловатт электроэнергии, закачанной в шахту. Сказав это, 1,2 миллиона миллиметров — это лишь часть давления, создаваемого двигателями легких ионов, которые в настоящее время используются многими космическими кораблями НАСА. Величина тяги, создаваемая EM Drive, превышает предельные возможности солнечного паруса (на начальной стадии).

Eagleworks надеется, что EM Drive сможет найти астронавтов в этом районе в течение 70 дней, когда двигатель будет готов. Поскольку электричество закачивается в пустую медную конусообразную камеру, как фотонные частицы, что-то столь же простое, как солнечные батареи, может обеспечить энергию, необходимую для питания космического корабля.

После полной разработки EM Drive может перевозить космические корабли в космос без тяжелой нагрузки по перевозке тонн топлива, что может облегчить и ускорить полет.

Прочтите: НАСА скрывает первую цель Джеймса Уэбба. Почему, давайте узнаем

Что такое EM Drive?

Изображение предоставлено: emdrive

EmDrive — это концепция авиационного двигателя, впервые опубликованная в 2001 году. Она предназначена для создания импульса путем отображения микроволн внутри устройства, что нарушает закон сохранения энергии и другие законы физики.

Эту концепцию иногда называют двигателем с резонансной полостью или невозможным двигателем.

Концепция электромагнитного привода была впервые предложена 20 лет назад британским ученым Роджером Шойером. В частности, в ответ на изгнание научного сообщества ученые NASA Eagleworks произвели фурор, когда объявили, что EM Drive работал во время экспериментов 2014 года.

Их утверждения были встречены исследованиями и скептицизмом, что противоречило публикации их выводов в рецензируемом журнале, добавляя достоверности их основным результатам.

Почему Em Drive так важен?

Изображение предоставлено: НАСА/Лаборатория реактивного движения

Электродвигатель предназначен для создания тяги без топлива. При работе в больших масштабах это может изменить то, как мы относимся к космическим путешествиям. Одной из наиболее обсуждаемых проблем в космических путешествиях является топливо, и эта проблема может быть решена с помощью EM Drive.

Подробнее: Наконец-то ожидание окончено, первая космическая туристическая миссия НАСА будет запущена 3 апреля

Некоторые несоответствия ЭМ-драйва

Изображение предоставлено: Zmescience

Предложенная теория работы EmDrive нарушает закон сохранения энергии, согласно которому любое взаимодействие не может быть динамическим; результатом сохранения энергии является третий закон Ньютона, в котором каждое действие имеет равное и противоположное противодействие. Энергосбережение – это мера природы.

Часто упоминаемый пример отсутствия энергии, по-видимому, является результатом Казимира; в типичной ситуации, когда две параллельные пластины притягиваются друг к другу.

Однако пластины движутся в противоположных направлениях, поэтому на пустую поверхность не оказывается результирующее давление, и, кроме того, к системе необходимо приложить силу, чтобы разделить пластины.

Принимая во внимание электрическое и магнитное поля одного и того же, EmDrive или любое другое устройство не могут разрядить передачу энергии в старый или квантовый вакуум.