Содержание
Двигатель EmDrive — невероятно и неприменимо
По словам изобретателя, этот электромагнитный двигатель опровергает принципы известной нам физики. EmDrive пророчили звание отправной точки эпохи великих космических открытий и колонизации Солнечной системы, о которой так долго мечтали астрономы всего мира. Увы, в реальности все куда прозаичнее.
Василий Макаров
Уникальная установка способна, к примеру, двигать в вакууме космический корабль… не используя топливо. Так почему же многие ученые считали (и продолжают считать до сих пор), что это изобретение — чистой воды шарлатанство?
Как работает EmDrive
Впервые концепция электромагнитной двигательной установки была опубликована еще в далеком 2002 году британской исследовательской компанией Satellite Propulsion Research, основанной аэрокосмическим инженером Роджером Шойером. Тогда же общественности был представлен и первый действующий прототип устройства.
Да-да, именно знаменитые «британские ученые» изобрели фантастический двигатель, вызвавший волну скепсиса со стороны научного сообщества.
Дело в том, что EmDrive бросает вызов всем существующим законам физики (об этом мы уже писали). Его конструкция представляет собой магнетрон, генерирующий микроволны, а также резонатор высокой добротности — металлическое «ведро», ловушку для микроволн в форме герметичного конуса. Магнетрон (в повседневной жизни именно он обеспечивает работу микроволновых печей) связан с резонатором высокочастотной линией передачи, то есть обычным коаксиальным кабелем. Поступая в резонатор, ЭМ волна излучается в стороны обоих торцов с одинаковой фазовой скоростью, но с разной групповой скоростью — именно этим, по мнению создателя, и обусловлен эффект.
В чем состоит различие между этими двумя скоростями? Попадая в замкнутое пространство, электроны начинают распространяться в нем, отражаясь от внутренних стенок резонатора.
Фазовая скорость — это скорость относительно отражающей поверхности, которая, по факту, определяет скорость перемещения электронов. Поскольку электроны попадают в камеру в из одного и того же источника, эта величина и в самом деле едина для всех. Групповая скорость, в свою очередь, представляет собой скорость электронов относительно торцевой стенки и возрастает по мере движения от узкой к широкой части конуса. Таким образом, по мнению Шойера, давление ЭМ волны на широкую стенку резонатора больше, чем на узкую, что и создает тягу.
Двигатель против ньютоновской физики
Так почему же ученые с этим не согласны? Основной претензией физиков является то, что принцип работы описываемой конструкции прямо противоречит третьему закону Ньютона, который гласит, что «действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны».
Говоря проще, в привычном нам пространстве на каждое действие приходится противодействие, равное по силе, но противоположное по направлению. Этот принцип объясняет причину работы всех современных двигателей, от реактивных (газ подается назад, что двигает машину вперед) до ионных (пучок заряженных атомов движется в одну сторону, а корабль в другую). У EmDrive выбросов же попросту… нет.
youtube
Нажми и смотри
Кроме того, неучтенными остаются еще несколько не столь важных параметров. К примеру, автор концепции не учел то, что ЭМ волна оказывает давление не только на торцевые, но и на боковые стенки резонатора. После критики в свой адрес Шойер опубликовал нерецензированную работу с объяснениями своей точки зрения, но, по мнению экспертов, теория радиационного давления сложнее представленной им теории.
Технологии на грани фантастики
В 2013 году двигателем заинтересовалось NASA. Неудивительно: если EmDrive и в самом деле работает так, как заявлено, то это станет настоящей революцией в сфере космических перелетов.
Устройство испытывали в лаборатории Eagleworks в космическом центре имени Джонсона. Работы проводились под руководством Гарольда Уайта, и в их ходе был получен аномальный результат — тяга величиной около 0,0001 Н. Уайт считает, что такой резонатор может работать посредством создания виртуального плазменного тороида, который реализует тягу с помощью магнитной гидродинамики при квантовых колебаниях вакуума. Условия для испытаний были выбраны щадящие, в 50 раз меньше по мощности, чем опыты самого Шойера. Они проходили на крутильном маятнике для малых сил, который способен обнаруживать силы в десятки микроньютонов, в герметичной вакуумной камере из нержавеющей стали при комнатной температуре воздуха и нормальном атмосферном давлении.
youtube
Нажми и смотри
В NASA уверены, что при расчетной тяге в 1,2 мН установка сможет добраться до края Солнечной системы всего за несколько месяцев. А для того, чтобы удержать аппарат на орбите, требуется мощность тяги от 100 мH до 1H.
Но текущая же конструкция не позволяет выжать из двигателя такую мощность. Кроме того, размещение двигателя в той или иной части теоретического спутника также повлияет на его нагрев и силу тяги.
Спустя несколько месяцев после релиза концепции двигателя специалисты NASA провели серию испытаний двигателя EmDrive, о результатах которых вы можете узнать из нашего материала.
Ученые проверили теорию постоянной тяги в двигателе EmDrive / НВ
- Новости
- Мнения
- Бизнес
- Life
- Радио
- Журнал
ПоддержатьПодписка
6 июня 2019, 20:00
Физики из Немецкого Технического Университета Дрездена проверили, действительно ли проект двигателя EmDrive может создавать тягу. Предыдущие эксперименты не могли точно установить работоспособность двигателя.
Путешествие в другую звездную систему является заветной мечтой любого исследователя космоса на Земле.
Но, к сожалению, современные космические технологии позволяют нам изучать только окрестности нашей планеты.
Видео дня
Аппарату Voyager 2, к примеру, понадобилось более 40 лет, чтобы преодолеть всего 18 млрд км и выйти за пределы Солнечной системы. А теперь представьте, что ближайшая к нам звездная система — Альфа Центавра — находится на расстоянии в 40 трлн км или 4,3 световых года, что в 2,2 тыс. раз дальше, чем сумел пролететь Voyager 2.
Это, по космическим меркам смешное, расстояние является недостижимой целью для всего человечества. Несмотря на это, ученые по всему миру не оставляют попытки создать двигатель, который будет постоянно генерировать тягу и, в перспективе, сможет доставить человека или хотя бы земное оборудование на другую звезду.
Вечный двигатель
Одним из таких двигателей является EmDrive. Проект предложил британский инженер Роджер Шойер в 1999 году, вызвав тем самым много разногласий в научном сообществе.
Дело в том, что установка Шойера не имеет рабочего тела, — в качестве движущей силы устройства используется магнетрон, который генерирует микроволны, и, по заявлениям автора, накапливает энергию колебаний в резонаторе, создавая тягу.
Фото: geektimes.com
Автор идеи заявлял, что суть двигателя в его асимметричной конструкции: дескать, электромагнитные волны производят разное давление на стены двигателя и создают тягу. Загвоздка в том, что заявленный «вечный двигатель» противоречит закону Ньютона о сохранении импульса.
Ученые проводили многочисленные эксперименты с проектом EmDrive и всегда добивались незначительной тяги в несколько микроньютонов, что может соответствовать погрешности измеряемых приборов из-за недостаточного экранирования двигателя и воздействия на него внешних сил.
В прошлом году физики Немецкого Технического Университета Дрездена провели исследование и подтвердили, что тяга в двигателе EmDrive создается из-за плохой внешней защиты резонатора и, как следствие, воздействия внешних сил на электромагнитные колебания внутри двигателя.
Тогда ученые не нашли конкретный внешний фактор, который создает тягу в EmDrive, но все равно пришли к выводу, что двигатель не может нарушать существующие законы физики. Таким образом, теория «невозможного двигателя» продолжила свое существование, хотя и большинство ученых относятся к этой истории скептически.
Конец сомнениям
Через год представители того же Немецкого Технического Университета Дрездена провели еще одно исследование, чтобы точно установить, работает ли двигатель EmDrive. Как пишет журнал WIRED, команда физиков под руководством Мартина Таймара разработали проект SpaceDrive, — «чрезвычайно чувствительный и невосприимчивый к вмешательству инструмент, который раз и навсегда положит конец дискуссии о EmDrive».
Дайджест главных новостей
Бесплатная email-рассылка только лучших материалов от редакторов НВ
Рассылка отправляется с понедельника по пятницу
Таймар и физики из Дрездена создали точную копию двигателя EmDrive, с которым ученые NASA Пол Марч и Гарольд Уайт смогли достичь незначительной тяги пару лет назад.
Конструкция двигателя представляет собой медный конус с обрезанным верхом, которая помещена в вакуумную камеру. Источник микроволнового сигнала находится за пределами камеры и передается с помощью кабелей на антенны внутри конуса.
Фото: TECHNISCHE UNIVERSITÄT DRESDEN
В отличие от своего прошлогоднего эксперимента, в этот раз для измерения тяги ученые использовали маятниковые весы, которые измеряют силу крутящего момента, приложенного к оси маятника. Чтобы точно измерить тягу ученые также применили лазерный интерферометр, который нивелирует физическое смещение маятниковых весов.
Авторы проекта SpaceDrive называют свое устройство самым чувствительным балансом тяги из когда-либо существовавших в мире.
Кроме этого, чтобы избежать воздействия на двигатель внешних неучтенных сил, ученые должны были создать специальный экран, который блокировал бы EmDrive от помех, вызванных магнитными полюсами Земли, сейсмическими колебаниями планеты и тепловым расширением из-за нагрева от микроволн.
С естественными земными источниками помех можно было справиться, но вот нагревание меди могло вызвать расширение конструкции и смещение центра тяжести двигателя, что снова привело бы к появлению тяги из-за внешнего воздействия. Чтобы устранить эту проблему, команда Мартина Таймара проводила эксперименты, изменяя положение двигателя в пространстве.
В итоге, после 55 проведенных экспериментов, физики все же зафиксировали тягу в 3,4 микроньютона, что соответствует результатам предыдущих исследований. Тем не менее, ученые не могут с точностью заявить, что нейтрализовали термальный источник воздействия, и, по всей видимости, именно это может вызывать минимальную тягу в двигателе.
Получившийся результат вновь оставляет надежды адептам EmDrive, которые объясняют противоречивую законам физики тягу в двигателе квантовой механикой или даже «магией единорогов, движущей нас сквозь космическое пространство», как выразился физик Крис Ли.
Мартин Таймар не собирается оставлять вопрос тяги EmDrive повисшим в воздухе, и, по его словам, они уже разрабатывают два других измерительных прибора, которые должны исключить любое внешнее воздействие, включая термальную погрешность.
Если физики действительно докажут, что сам по себе EmDrive не создает никакой тяги — научное сообщество лишится почти 20-летней загадки, которую пока никому не удалось решить. В другом случае — феномен этого двигателя может стать основой для величайших открытий.
Редактор: Константин Ценцура
Теги: Физика Двигатель Научные исследования
Показать ещё новости
Про использование cookies
Продолжая просматривать NV.ua вы подтверждаете, что ознакомились с Правилами пользования сайтом и соглашаетесь на использование файлов cookies
Про файлы cookies
Двигатель EmDrive проверен в космосе / Хабр Рендер: Cannae Inc.
С 2003 года эксперты и энтузиасты спорят о возможном существовании гипотетического «волшебного» электромагнитного двигателя EmDrive. Принцип его работы очень прост: магнетрон генерирует микроволны, энергия их колебаний аккумулируется в качественном резонаторе, а то, что в замкнутом резонаторе особой формы возникает стоячая волна электромагнитных колебаний, представляет собой источник тяги.
Это создает тягу в замкнутом контуре, то есть в системе полностью изолирован от внешней среды , без выхлопа.
С одной стороны, этот двигатель как бы нарушает закон сохранения импульса, на что указывают многие физики. С другой стороны, британский изобретатель Роджер Шауэр (Roger Shawyer) твердо верит в работоспособность своего EmDrive — и у него много сторонников (см. несколько сотен дискуссионных страниц на форуме NASASpaceFlight). Испытания, проведенные на Земле (результаты 22 испытаний), похоже, подтверждают работоспособность EmDrive.
Пришло время положить конец спору.
Гвидо Петт (Guido Fetta), единомышленник Шойера и конструктор другого гипотетического двигателя Cannae Drive, работающего по тому же принципу: генерация микроволн и создание тяги в замкнутом контуре без выхлопа, намерен поставить окончательный пункт в дискуссии.
17 августа 2016 года Гвидо Петта сообщил, что собирается запустить на орбиту пилотную модель Cannae Drive — и испытать ее в действии.
Гвидо Петта является исполнительным директором Cannae Inc. Теперь Cannae Inc. лицензировала технологию электромагнитного двигателя компании Theseus Space Inc., которая выведет спутник CubeSat на низкую околоземную орбиту.
Среди учредителей компании «Тезей Спейс» — сама Cannae Inc., а также малоизвестные фирмы LAI International, AZ и SpaceQuest.
Дата запуска пока не объявлена. Возможно, энтузиасты смогут собрать деньги и построить экспериментальный аппарат в 2017 году.
Единственная задача для этого спутника — испытание двигателя Cannae Drive в течение полугода. Спутник попытается двигаться, используя электромагнитную тягу 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 малых спутниках. Двигатель не требует топлива, у него нет выхлопа.
Объем двигателя на спутнике CubeSat — не более 1,5 единиц, то есть 10×10×15 см.
Источник питания менее 10 Вт. Сам спутник будет состоять из шести блоков.
Спутниковая компания Канны. Рендер: Cannae Inc.
Сразу после успешной демонстрации на орбите компания Theseus Space намерена предложить новый двигатель сторонним производителям для использования на других спутниках.
По словам Канна, более массивный вариант электромагнитного двигателя массой 3500 кг способен за 15 лет доставить груз массой 2000 кг на расстояние 0,1 светового года. 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 достоверного повторного научного эксперимента, то ученым предстоит найти объяснение этому явлению. Сам Роджер Шойер предполагает, что принцип работы двигателя основан на специальной теории относительности. Двигатель преобразует электричество в микроволновое излучение, которое излучается внутри закрытой конической полости, что заставляет микроволновые частицы прикладывать к большей плоской части поверхности полости большую силу, чем к более узкому концу конуса, и тем самым создавать тягу.
Шойер уверен, что такая система не противоречит закону сохранения импульса.
Гвидо Петта предлагает аналогичное объяснение в описании патента США № 20140013724, где упоминается сила Лоренца — это сила, с которой электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу.
Исследователи НАСА, испытавшие на себе EmDrive, предполагают, что тяга создается «квантовым вакуумом виртуальной плазмы» частиц, которые появляются и исчезают в замкнутом контуре пространства-времени. То есть система на самом деле не изолирована, поэтому она не нарушает закон сохранения импульса из-за эффектов квантовой физики.
EmDrive
Разработка EmDrive обычно игнорируется научным сообществом, хотя некоторые эксперименты все еще проводятся. Например, в 2012 году группа китайских физиков опубликовала результаты измерений электромагнитного двигателя, которые составили 70-720 мН при мощности СВЧ-излучателя 80-2500 Вт, с погрешностью измерения менее 12%. Это немного превышает тягу ионного двигателя.
Энтузиасты уверены: если EmDrive заработает, то в будущем можно будет создавать не только эффективные космические двигатели, но и летающие автомобили, а также корабли, самолеты — любой транспорт на электромагнитной тяге.
Компания Cannae не единственная, кто хочет проверить работу электромагнитного двигателя в космосе. Немецкий инженер Пауль Коцыла (Paul Kocyla) спроектировал небольшой карманный EmDrive, а сейчас собирает деньги в рамках краудфандинговой кампании. Для запуска прототипа в космос на мини-спутнике PocketQube требуется 24 200 евро. За три месяца удалось собрать 585 евро.
Прототип EmDrive немецкого инженера Пауля Коцыля Шойера
недавняя научная работа была опубликована в открытом доступе. «Во всем мире люди измеряли тягу. Одни строили двигатели в своих гаражах, другие в крупных организациях. Все они выдают тягу, большой тайны нет. Кто-то думает, что тут какая-то черная магия, но это не так. Любой нормальный физик должен понимать, как это работает.
Если кто-то не понимает, ему пора менять работу», — безапелляционно заявил британский инженер.
«Невозможный» ЭМ-привод — будущее или фантазия? | Амелия Сеттембре
С тех пор, как возникла идея путешествовать в космосе, мы думали об эффективных и быстрых способах сделать это.
Конечно, это было непросто из-за большого количества открытого пространства между планетами и тому подобного (если вы попытаетесь добраться до Луны со скоростью миля в минуту, это займет у вас шесть месяцев, чудовищное количество времени). Из-за этого было трудно найти быстрый и безопасный способ отправить людей в космос.
Ученые предположили, и, изучив загрузку ракет топливом и использование ионных двигателей, они нашли некоторые рабочие решения. Однако ни одно из этих решений не было идеально подходит для , всем им не хватает хотя бы небольшой части того, что делало бы их совершенно безупречными для космических путешествий.
Несмотря на это, астрофизики продолжали писать цифры и строить расчеты.
Совсем недавно это привело их к способу улучшения космических путешествий, который (на бумаге) является одновременно быстрым и эффективным. Единственная проблема? Они не уверены, возможно ли это .
Электромагнитный привод — это, по сути, электрический двигатель, способный ускорять космический корабль за счет отражения микроволн внутри конической камеры (глубокая защитная камера). На самом деле было подсчитано, что с ЭМ-двигателем мы могли бы добраться до Марса за 70 дней, или почти треть времени, которое потребовалось бы нам с обычными двигателями.
Однако для ученых есть одна вещь, которая не складывается в этом, казалось бы, совершенном устройстве: логически, оно не должно работать.
Основной проблемой теории электромагнитного привода является несуществующее применение третьего закона Ньютона (каждое действие имеет противоположное равное противодействие). Это связано с тем, что с ЭМ-приводом почти ничего не выдавливается через сопло на конце, что могло бы продвигать ЭМ-привод.
Несмотря на это, НАСА создало тестовую версию EM Drive (результаты в форме записи здесь: https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/1.B36120), которая необъяснимым образом работала . Это имело бы больше смысла, если бы это произошло только один раз, но снова и снова EM Drive продолжал работать и доказывал свой успех.
Без применения третьего закона Ньютона нет причин, по которым ЭМ-привод должен быть эффективным. В 2016–2018 годах ЭМ-привод использовался как НАСА, так и немецкими исследовательскими группами, каждая из которых стремилась понять, что приводило в движение ЭМ-привод.
В итоге был сделан вывод, что ЭМ-привод имел возможность двигаться благодаря электромагнитной реакции, происходящей как внутри резонансной конической камеры, так и снаружи.
Это также сочетается с высокочастотной электрической энергией, которая преобразуется непосредственно в тягу, что является еще одним способом работы ЭМ привода (более подробную информацию можно найти здесь, в презентации: http://www.
emdrive.com /shrivenhampresentation2019.pdf)
Кроме того, при рассмотрении Привода учитывается теория пилотной волны.
Теория волны-пилота обычно ассоциируется с квантовой механикой. Это предполагает, что отдельные частицы не существуют как вероятностные волны (то есть они движутся случайным образом), а вместо этого существуют и реальные частицы, и волны. В теории пилотной волны волны — это почти как пути (или пилоты), по которым частицы следуют и проходят.
Это также можно обобщить так: частицы не имеют точного местоположения, пока за ними не наблюдает внешняя сила .
НАСА предполагает, что эта теория может объяснить отсутствие реакции внутри ЭМ-привода, поскольку он сохраняет способность двигаться. Прямо сейчас это их основная идея, связанная с фактической наукой и вероятностью, стоящей за Двигателем.
Даже наименее эффективная (или последняя испытанная) версия ЭМ-привода производит 1,2 миллиньютона на киловатт силы из вакуума — довольно мало по сравнению с 60 миллиньютонами на киловатт силы, создаваемыми невероятно мощным Ионный двигатель Холла.
Несмотря на это, во все еще загадочном EM Drive определенно есть возможности для улучшения и повышения эффективности.
Последнее испытание EM Drive было проведено летом 2019 года., что дает больше пояснений о том, что и почему работает EM Drive. Тем не менее, нам еще предстоит многое понять, прежде чем EM Drive будет принят или будет иметь возможность подвергаться модификациям, чтобы стать более пригодным для использования в космической отрасли.
- После многих лет теоретизирования способов эффективного путешествия в космосе в начале 2000-х годов был задуман EM Drive. Несмотря на его изначально полезный характер, ученые все еще не до конца понимают, что за ним стоит наука.
- Это связано с тем, что ЭМ-привод фактически нарушает третий закон Ньютона , который гласит, что все должно иметь равную и противоположную реакцию. за ЭМ Драйвом. В дополнение к этому, EM Drive состоит из резонансной камеры, которая позволяет передавать электрическую энергию практически напрямую в тягу.
