Emdrive принцип: Специалисты НАСА заставили работать «невозможный» двигатель, который в будущем может навсегда изменить область космической техники

Двигатель EmDrive: нарушая законы физики

Этот электромагнитный двигатель опровергает принципы известной нам физики. EmDrive может стать началом эпохи великих космических открытий и колонизации Солнечной системы, о которой так долго мечтали астрономы всего мира.

Уникальная установка способна, к примеру, двигать в вакууме космический корабль… не используя топливо. Так почему же многие ученые считали (а некоторые продолжают считать до сих пор), что это изобретение — чистой воды шарлатанство?

Как работает EmDrive

Орбитальная станция «Тяньгун-2», на которой пройдут испытания ЭМ двигателя

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.

Технологии Шесть машин, припаркованных на Луне: история луноходов

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.

Некоторые любители собирали миниатюрную копию EmDrive прямо у себя дома

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.

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.

Источник: https://i24.info/technologies/dvigatel-emdrive-naryshaia-zakony-fiziki.html

Данный материал является частной записью члена сообщества Club.CNews.
Редакция CNews не несет ответственности за его содержание.

Инвестиции в инновации или деньги на космическую пыль: как Китай пытается стать мировой технологической державой

Общество

12 сентября 2017, 14:57

NASA

Читать 360tv в

Содержание

    —

    <!—
    @page { size: 21cm 29.7cm; margin: 2cm }
    P { margin-bottom: 0.21cm }
    A:link { color: #000080; so-language: zxx; text-decoration: underline }
    —>

    Инженеры из Китая заявили о создании рабочего образца ракетного двигателя EmDrive, действие которого нарушает фундаментальные законы физики. Местный правительственный телеканала CCTV-2 утверждает, что «космическая» новинка позволит долететь до Марса за рекордные десять недель. Между тем, китайское правительство вложило в развитие инновационного сектора своей экономики почти 650 миллиардов долларов и собирается в ближайшее десятилетие инвестировать еще 1,5 триллиона долларов. «360» разбирался, хватит ли Китаю ресурсов, чтобы стать мировой технологической державой будущего.

    Китайские ученые анонсировали создание ракетного двигателя EmDrive, принцип работы которого нарушает привычные физические законы. Об это сообщил британский портал Daily Mail со ссылкой на телеканал CCTV-2.

    Созданный специалистами двигатель является магнитным, однако его тяга может быть сопоставима с реактивной. Ракетный двигатель от китайских разработчиков работает по новому принципу — в его основе лежит микроволновый генератор, помещенный в коническую камеру. Магнетрон генерирует микроволновые колебания, а конус отзывается на них. Этот процесс создает тягу, что приводит к ускорению двигателя в определенном направлении.

    Двигатель EmDrive не потребляет топлива и не генерирует направленного потока излучения, уже заявили в NASA.С помощью такой новинки в космостроении китайские ученые планируют освоить просторы Солнечной системы. Также новая технология позволит сделать спутники в два раза легче существующих, что положительно скажется на скорости космического аппарата.

    По подсчетам создателей, применение EmDrive в космосе позволило бы добраться до Марса за 10 недель. Это послужит дополнительным стимулом для развития космического туризма, уверены разработчики. Испытания научной разработки начнутся уже в следующем месяце, говорится в ролике от телеканала CCTV-2.

    В беседе с «380» член российской Академии космонавтики, физик Василий Шабетник рассказал, что Китаю удалось создать такой двигатель благодаря купленным в США, Европе и России уникальным технологиям, которые не получили развитие на родине изобретателей.

    Никаких нарушений фундаментальных законов физики в механизме работы нового изобретения нет. Этот двигатель работает на микроволновых колебаниях, что приводит к ускорению работы аппарата и позволяет летать со скоростью света без использования топлива. Китайцы создали вполне рабочий космический аппарат
    — Василий Шабетник.

    Впервые о двигателе, который способен самостоятельно генерировать тягу без использования топлива, заговорили еще в 2000-х годах. В 2006 году подобное изобретение представил мировой научной элите инженер из Британии Роджер Шоер. По задумке изобретателя этот тип двигатель не нуждается в контейнерах с топливом, поскольку использует энергию микроволн. Впрочем, тогда реальные испытания EmDrive так и не были проведены.

    «Космическая» держава

    Изобретение двигателя, противоречащего законом физики не первое новшество китайской инженерной мысли. В 2016 году в провинции Гуйчжоу китайцы построили радиотелескоп FAST, который состоит и 4600 панелей и считается крупнейшим в мире. В его возведение вложили около 110 миллионов долларов. Потраченные средства начали окупаться: радиотелескоп не только повысил возможности китайских астрономов в наблюдении за Вселенной, но и позволил привлечь в Китай крупные международные научные проекты.

    Не скупятся китайские власти и на строительство передовых научных центров. Так, пару лет назад начал работу крупнейший в Азии центр синхротронного излучения в Шанхае, который обошелся казне в 176 миллионов долларов. Объект занимает 200 тысяч квадратных метров и находится на территории парка высоких технологий Чжанцзян.

    Внутри расположены три ускорителя, которые суммарно способны создать более 60 пучков излучения и обеспечить работу более 100 экспериментальных установок единовременно. Среди 20 крупнейших аппаратов синхротронного излучения шанхайский синхротрон по мощности занимает четвертое место в мире, уступая только аналогичным установкам Японии (Spring-8), США (APS) и Европы (ESRF). 

    Кроме того, предусмотрительные китайцы уже построили специальный космодром для доставки на орбиту компонентов национальной космической станции и осуществления лунных миссий. Объект, который обошелся почти в 12 миллиардов долларов, расположен в районе города Вэньчан на северо-восточном побережье острова Хайнань. 

    Ожидается, что этот центр запуска спутников будет иметь ключевое значение для дальнейшей реализации амбициозной космической программы Китая. В ноябре текущего года из Вэньчана стартует космический аппарат «Чанъэ–5», который должен будет совершить посадку на поверхности Луны и вернуться с образцами лунного грунта на Землю.

    Всего в период с 2007 по 2017 годы правительство Китая потратило на инновационные стартапы и инвестиции в технологический сектор экономики около 649 миллиардов долларов, подсчитали специалисты Bloomberg. Столь внушительные вложения позволят Китаю получить статус технологической державы уже в ближайшие 5-10 лет, рассказал в беседе с редакцией «360» директор по стратегическим инвестициям Российской венчурной компании Ян Рязанцев.

    С каждым годом качество китайских технологических разработок улучшается, поскольку китайские власти и бизнес-элита не скупятся на инвестиции в инновационные отрасли экономики. Кроме того, за счет вложений в перспективные зарубежные стратапы Китай обеспечивает трансферт технологий на собственный рынок
    — Ян Рязанцев.

    По итогам 2016 года объем мировых инвестиционных сделок с китайским участием достиг 245,4 миллиардов долларов, что более чем в два раза превышает показатель в 2015 году, говорится в последнем отчете Linklaters. Впрочем, Китай намерен продолжать инвестиционную экспансию — до 2027 года страна потратить около 1,5 триллионов долларов на инвестиции на приобретение активов по всему миру.

     

    <!—
    @page { size: 21cm 29.7cm; margin: 2cm }
    P { margin-bottom: 0.21cm }
    A:link { color: #000080; so-language: zxx; text-decoration: underline }
    —>

    Авторы:

    Ксения Чемоданова

    Инженерное проектирование Электроника Компьютерное программирование

    Несколько лет назад мы услышали много споров вокруг маловероятной новой двигательной установки. У новой системы много названий: Impossible Engine, Shawyer Drive, Cannae Drive, RF Resonant Cavity Thruster или просто EmDrive. Утверждается, что он обеспечивает источник тяги, не требуя топлива. Источник разногласий связан с тем, что такая система нарушила бы фундаментальную физику, а именно закон сохранения импульса.

    Исаак Ньютон впервые описал закон сохранения импульса, и его часто формулируют так: «Для каждого действия существует равная и противоположная реакция». Другими словами, вы не можете оттолкнуть что-то, не оттолкнувшись от него. Точнее говоря, если я хочу придать импульс объекту, я должен одновременно передать равное количество импульса другому объекту в противоположном направлении. Импульс является векторной величиной, то есть имеет как величину, так и направление. Он определяется как произведение скорости на массу объекта.

    $$P=mv$$

    Обычные ракеты движутся, выталкивая массу сзади. Я никогда не забуду первую демонстрацию, которую я увидел в детстве на Яблоке Ньютона (1988), где джентльмен сидел в крошечной тележке и продолжал швырять теннисные мячи из корзины в тележку. Он бросил мячи так быстро, как только мог, и, конечно же, повозка начала двигаться в противоположном направлении. Он объяснил, что для того, чтобы бросить теннисный мяч, ему нужно его оттолкнуть, и в соответствии с законом сохранения импульса он оттолкнется. Большое изменение скорости, придаваемое небольшой массе теннисного мяча, означало также небольшое изменение скорости, придаваемое большой массе тележки в противоположном направлении. Таким образом, общий импульс системы по-прежнему равен нулю.

    $$m_1v_1+m_2v_2=0$$

    EmDrive, по-видимому, нарушает этот принцип, поскольку ему не требуется реактивная масса, на которую можно было бы воздействовать, чтобы вызвать изменение импульса. Я слышал, что это описывается как попытка заставить машину двигаться быстрее, нажимая на руль или буквально подтягивая себя за ремни. Согласно Ньютону, не должно быть никакого способа изменить импульс массы без использования какой-либо другой массы. Это привело к большому скептицизму в отношении EmDrive, и поначалу его отклонили как чушь.

    Важно отметить, что Ньютон не является последним словом в физике. Хотя все его принципы выполняются в обычных условиях, они часто нарушаются в очень больших и очень малых масштабах. Первым ньютоновским уравнением, нуждающимся в пересмотре, было уравнение силы F=ma. Эйнштейн элегантно пересмотрел уравнение, сделав массу функцией скорости, и таким образом смог ввести теорию относительности, никого не обидев.

    Несмотря на широко распространенное игнорирование Emdrive, несколько ученых, в первую очередь Гарольд Уайт из Eagleworks НАСА, решили протестировать устройство, чтобы увидеть, может ли быть что-то в этом заявлении о безреактивном движении. До сих пор все тесты показали предварительно положительный результат с серьезными оговорками относительно возможных источников ошибок. Это говорит наука, потому что похоже, что это сработало, но мы все еще не уверены. Пока устройство не запустят в космос и не покажут, что оно работает в реальных приложениях, сомнения все равно будут. Cannae Corporation планирует запустить свой собственный РЧ-резонаторный двигатель в кубе, чтобы окончательно решить этот вопрос. Будем надеяться, что они решат поделиться результатами!

    Это не остановило теоретиков от попыток выяснить основные принципы устройства. На эту тему было опубликовано несколько статей, и все они имеют несколько разные представления о том, как это устройство может работать. Гарольд Уайт и его команда нанесли удар по этому принципу, предложив такие вещи, как нетривиальное взаимодействие с вакуумом и прибегнув к теории пилотной волны, но они остановились перед созданием каких-либо конкретных теорий. Недавняя статья для португальской команды из Лиссабонского университета наделала много шума, вы можете найти черновик здесь. Мы здесь, в FTL, сделали свой собственный вывод, который, как мы чувствуем, может быть верным. Наша теория тесно связана с Лиссабонским документом, но мы выбрали другой подход.

    Далее следует чисто спекулятивное исследование физики, лежащей в основе еще непроверенных и потенциально ошибочных утверждений о РЧ-резонаторном двигателе. Давайте взломать!

    Сначала мы предположили, что может быть какой-то эффект квантового туннелирования, который вызовет асимметрию радиационного давления в камере. Это было отвергнуто, поскольку не было возможности показать механизм вероятностного сродства туннелирующих фотонов, и они должны были с одинаковой вероятностью двигаться в любом направлении. Но это заставило нас задуматься.

    Затем мы исследовали резонансные моды самого резонатора. EmDrive использует точно настроенный генератор волн, который создает стоячую волну внутри резонатора. Этот резонанс стоячей волны было бы легко установить, если бы резонатор был однородным, но это не так. Полость имеет форму сужающегося конуса со срезанной вершиной. Стенки резонатора сужаются от одного конца к другому, а это означает, что резонансные свойства резонатора незначительно изменяются по длине устройства. Волны в полости начнут интерферировать друг с другом, и в процессе конструктивной и деструктивной интерференции излучение в полости создаст наилучшую картину стоячих волн, какую только возможно в изолированных участках полости. 9{i(\omega t + k r)}$$

    Таким образом, эти волны должны образовывать лепестки, соответствующие контурам как горизонтальных, так и вертикальных потенциальных границ полости. Это было бы невозможно сделать при одной частоте излучения, так как ширина полости меняется при сужении стенок. Таким образом, внутри камеры должен быть градиент частот. Уравнение для энергии фотона определяется как частота этого фотона, умноженная на постоянную Планка.

    $$E=hf$$

    Энергия имеет другое определение с точки зрения силы. То есть энергия или работа определяется как сила, интегрированная по расстоянию.

    $$E=\int F \, dx$$

    Используя эти два уравнения, одно из квантовой механики, а другое из ньютоновской физики, мы составили следующий вывод. Начнем с дифференцирования уравнения для энергии фотона по частоте.

    $$\Delta E=h\,\Delta f$$

    Далее выполняем аналогичную операцию над уравнением работы-энергии. Это мы делаем для одномерного случая.

    $$\Delta E=F\,\Delta x$$

    Теперь приравняем два уравнения друг к другу.

    $$F\,\Delta x=h\,\Delta f$$

    Затем находим силу F.

    $$F=h{\frac{\Delta f}{\Delta x}}$ $

    Затем мы применяем ограничение и позволяем частотной и пространственной дельтам стать равными нулю.

    $$F=h{\frac {df}{dx}}$$

    Немного махнув рукой, можно сказать, что в трехмерном случае уравнение должно выглядеть как градиент частоты по области .

    $$F=h \nabla f$$

    Теперь это, по общему признанию, наш новый вывод того, что горячо обсуждается, и мы ни на секунду не утверждаем, что это объясняет принцип EmDrive. Кажется, это предполагает, что изменение частоты света в области приведет к возникновению силы. Мы спросили себя, где мы видели силу, связанную с изменением частоты?

    Ответ оказался простым, гравитационный колодец. Гравитация заставляет световые лучи смещаться в синий цвет по мере того, как они продвигаются глубже в гравитационный колодец, как следствие общей теории относительности. Может ли быть так, что верно обратное? Показанная здесь эквивалентность предполагает, что сдвиг частоты приведет к возникновению силы. Гравитация — это сила, фотоны — посредники силы, и комптоновское рассеяние работает по тому же принципу, изменяя частоту и угол фотона, чтобы передать силу электрону.

    Здесь наши представления становятся нечеткими. Что происходит, когда фотон сталкивается с электроном? Связано ли это с эффектом Казимира? Можно ли рассматривать гравитацию как проявление изменения частоты виртуальных фотонов в нетривиальном вакууме? Я уверен, что большинство наиболее придирчивых и скептически настроенных читателей уже давно отключились, но мы начали подвергать сомнению наши основные предположения. Возможно, Эмдрайв — это генератор гравитационного поля. Время покажет… сработает ли вообще.

    электромагнетизм — Каковы предлагаемые теоретические объяснения EmDrive?

    (i) Роджер Шойер

    Выходные данные Шойера в основном доступны на emdrive.com. Среди теоретических объяснений, которые он дает, есть

    1. Заметка о принципах измерения силы EmDrive
    2. Принцип действия
    3. Теоретическая статья

    Ни один из них не прошел рецензирование.

    (ii) Группа СЗПУ

    1. Применение эталонного метода 2 для эффективного расчета производительности
      микроволнового излучения двигателя. Ян Цзюань, Ян Ле, Чжу Юй, Ма Нань. Журнал Северо-Западного политехнического университета 28 нет. 6, 807 2010. Английский перевод на emdrive.com.

    2. Измерение чистой тяги бестопливного микроволнового двигателя. Ян Цзюань, Ван Ю-Цюань, Ли Пэн-Фэй, Ван Ян, Ван Юнь-Мин, Ма Янь-Цзе. Acta Phys. Грех. 61 № 11, 110301 (2012). (На китайском языке; английский перевод на emdrive.com).

    3. Прогнозирование и экспериментальное измерение электромагнитной тяги, создаваемой системой микроволнового двигателя. Ян Цзюань, Ван Юй-Цюань, Ма Янь-Цзе и Ли Пэн-Фэй. Подбородок. физ. B 22 № 5 050301 (2013).

    Также важно отметить, что по крайней мере некоторые из результатов NWPU, по-видимому, были отозваны с исправлением, опубликованным как J. Prop. Tech. 37 № 2, с. 362 (2016) (doi, pdf, реферат на английском и полный текст на китайском).

    (iii) Лаборатория Eagleworks

    Несколько удивительно, что — это рецензируемая публикация НАСА по этому вопросу,

    1. Аномальная тяга, создаваемая испытательным устройством РЧ, измеренная на торсионном маятнике с малой тягой. Дэвид Брэди, Гарольд Уайт, Пол Марч, Джеймс Лоуренс и Фрэнк Дэвис. 50-я Совместная конференция AIAA / ASME / SAE / ASEE по двигателям, Американский институт аэронавтики и астронавтики, 2014 г.

    Принадлежности авторов указаны как Eagleworks Laboratories, Космический центр Линдона Б. Джонсона, Хьюстон, Техас. На сервере технических отчетов НАСА также есть популярная сводка. Это чисто экспериментальная работа, без испытаний в вакууме. Их единственные ссылки — на [6] и на cannae.com.

    На этой конференции есть еще один связанный документ, представленный Гвидо П. Фетта из Cannae, LLC,

    1. Численные и экспериментальные результаты для новой технологии движения, не требующей бортового топлива. Гвидо П. Фетта. 50-я Совместная конференция AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигателям, Американский институт аэронавтики и астронавтики, 2014 г.

    Это платный доступ, поэтому его трудно оценить.

    Что касается связи с НАСА, важно подчеркнуть, что NASASpaceflight, веб-сайт, посвященный науке и космосу, который относительно часто освещает EmDrive на сайте (например, в этой статье) и на своем форуме, делает , а не не имеют официального отношения к НАСА.