Испытания emdrive: Испытания EmDrive показали, что двигатель не создает тяги / Habr

Испытания EmDrive показали, что двигатель не создает тяги / Habr

В ходе испытаний «невозможного» двигателя EmDrive в Техническом университете Дрездена обнаружилось, что он не создает никакой тяги. Причиной, по которой эта тяга наблюдалась ранее, назвали тепловой эффект.

Andrey Suslov/Getty Images

EmDrive спроектировала компания SPR Ltd. Он представляет собой установку из магнетрона и резонатора, в котором тяга создается благодаря стоячей волне электромагнитных колебаний. Разработки EmDrive ведутся с 1999 года, однако эксперименты до сих пор не дали подтверждения работоспособности двигателя.

SPR Ltd объясняла, что принцип работы двигателя нарушает закон сохранения импульса.  Компания поясняла, что электромагнитная волна, распространяющаяся со скоростью света, имеет определенный импульс, который она передает отражателю, в результате чего возникает некая крошечная сила. Суть EmDrive заключается в том, что, если микроволны отражаются внутри трубки, то они прикладывают больше силы в одном направлении, чем в другом, создавая чистую тягу без необходимости в пропелленте.

Согласно утверждению SPR Ltd, такая накопленная в большом количестве сила способна обеспечить работу EmDrive.

Ученые критически относились к данной идее, так как традиционная наука не признает, что импульс может возникать без объяснимого толчка.

Тем не менее, несколько исследовательских групп, в том числе НАСА Eagleworks и DARPA, продолжали изучение способностей EmDrive. Эксперименты НАСА и команды китайских ученых демонстрировали, что крошечная сила возникает.

Однако теперь физики из Дрезденского технологического университета заявили, что все эти многообещающие результаты были лишь ложными срабатываниями, которые объясняются внешними силами.

Испытательная и измерительная установка для исследований EmDrive в Техническом университете Дрездена/ M.Tajmar

Ученые недавно представили свои выводы в трех докладах на Space Propulsion Conference 2020 +1 с такими заголовками, как «Высокоточные измерения тяги EmDrive и устранение ложноположительных эффектов».

Используя новую измерительную шкалу и разные точки подвески двигателя, они «смогли воспроизвести кажущуюся силу тяги, аналогичную той, которая была измерена командой НАСА, но также и они исчезают с помощью точечной подвески». Ученые использовали для измерения тяги специализированную установку, нечто вроде крутильных весов, которые были изобретены в конце XVIII века для проверки и измерений законов Кулона и Ньютона. В отличие от обычных крутильных весов с нитью, в разработке дрезденских исследователей использовались чувствительные крутильные пружины, удерживающие камеру с двигателем. Смещение камеры измерялось при помощи лазерного интерферометра.

Предыдущие эксперименты Технического университета также демонстрировали, что тяга двигателя сохранялась и составляла около 4 микроньютонов. Однако при этом были зафиксированы смещения камеры. Исследователи затруднялись объяснить природу наблюдаемой тяги, но предполагали, что она вызвана внешними факторами.

По результатам своих экспериментов немецкие ученые сообщили, что у них получилось значительно улучшить измерительную технологию, которая может пригодиться для работы с новым концептом.

Возможное объяснение результатов испытаний EmDrive

Автор Нина Кузнецова На чтение 4 мин Просмотров 26 Опубликовано 5 апреля, 2020
Обновлено 5 апреля, 2020

Это всего лишь комментарий на Reddit. Но он мне показался весьма интересным, а упоминаний в русскоязычных дискуссиях я не видел. Абзацы, помеченные TL;DR, пропущены.

NASA опубликовало статью «Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio-Frequency Cavity in Vacuum» в рецензируемом журнале. Есть ли в ней серьёзные недостатки?

Да. Много. Но сфокусируемся на одном из них: по моему прочтению статьи, данные совершенно ясно показывают, что измеренное авторами смещение вызвано тепловым расширением, а не тягой, созданной полостью. Конечно, я сам не работал с аппаратом, и поэтому не могу утверждать это со стопроцентной уверенностью, но я убеждён, и считаю, что вы тоже должны быть.

Всё дело в этом графике из статьи, который я разметил [Примечание переводчика: в тексте метки на английском, чтобы можно было сравнить]. Обратите внимание на калибровочный импульс, синий участок между «On» и «Off». Он показывает, как балансир реагирует на приложенную силу. Особое внимание обратите на то, как быстро он возвращается в исходную позицию после окончания импульса. Видите, как он отскакивает, когда сила исчезает? Вот качественное проведение эксперимента: применили точно известную силу и показали реакцию.

А теперь посмотрим на радиочастотный импульс, который используется для питания EmDrive (золотая линия на том рисунке). В центре внимания авторов начало этого импульса, а я бы хотел, чтобы вы посмотрели на его конец, который помечен «No response to RF-Off» [«Нет реакции на отключение РЧ»]. Видите, как пружина не возвращается сразу к исходной позиции? Да, след начинает падать, но слишком медленно для возвращения пружины. Вместо этого очень похоже, что импульс что-то нагрел и после его конца оно медленно охлаждается. График прямо из учебника:

Итак, вместо «нового физического эффекта», простое объяснение состоит в том, что импульс нагревает оборудование и изменяет положение равновесия балансира. Я должен сказать, что это упомянуто в их списке возможных ошибок, и они пытаются отвергнуть это объяснение, но по графикам всё видно. Почти на всех нет того быстрого возврата, который должен быть.

Давайте посмотрим на их попытку отвергнуть это объяснение и увидим, что она только сильнее его подтверждает. Они пишут, что система настроена так, чтобы реагировать медленно (хотя быстрая или медленная, эта скорость реакции должна быть одинаковой для калибровки и для рабочего импульса). В более ранней «разделённой конфигурации» она была быстрее и рисунок 12 из статьи тому примером. Давайте на него посмотрим.

Видите «звон» (затухающие колебания) на обоих концах калибровочного импульса (помечено «Ringing indicates underdamping»)? Он показывает, что система недодемпфирована. Это хорошо — как экспериментатор, вы предпочитаете быструю реакцию и готовы за неё платить небольшой пульсацией. А вот теперь посмотрите на рабочий импульс, а точнее, на его окончание. Никакого звона! Этого совершенно решающая улика. Одного этого графика достаточно, чтобы выбросить весь эксперимент. Отсутствие звона полностью исключает возврат пружинной системы к равновесию. То есть, когда EmDrive включен, он не растягивает пружину. Их эксперимент строго доказал, что EmDrive не создаёт тягу!

Рисунок 12 это решающее доказательство того, что что бы ни двигалось при запуске EmDrive, это не та система, которая предназначена для измерения тяги. Они измеряют не то, что им кажется.

Несколько последних замечаний. Во-первых, Уайту стоило бы опубликовать полные данные эксперимента. Меня обвинили в том, что аргумент слишком поверхностный. Будь у нас исходные данные, мы могли бы сделать точные вычисления, создать блокноты IPython, все могли бы увидеть анализ и обсуждать это количественно, а не качественно. В статье данных мало, так что проблема не на моей стороне. Это было бы полезно для всех.

Во-вторых, вот небольшой список улучшений, который я предложил бы любому желающему воспроизвести эксперимент. Они позволят непосредственно опровергнуть это объяснение. [Примечание переводчика: перевод пунктов после первого основан на вариантах, предложенных комментатором Fullmoon.]

• Снимайте температурные данные в реальном времени. Разместите сенсоры, где только можно. Термопары очень легки и дёшевы. Это позволит количественно оценить тепловое расширение.
• Используйте другой тип подвеса, так как текущий может смешивать вертикальные и горизонтальные движения.
• Стабилизировать частоту генератора обратной связью (методом Pound–Drever–Hall)
• Чтобы снизить температурные перепады, не отключайте генератор, а переключайте излучение между полостью и заглушкой.
• Используйте синхронное усиление.

Источник

• Об авторе
• Хотите связаться со мной?

Нина Кузнецова

Главный редактор , youtesla.ru

Более 30 лет я занимаюсь наукой и технологиями. Товарищи советовали мне делиться самым интересным на просторах интернета. Изучение нового и неопознанного это моя жизнь, узнавайте самое интересное со мной.

Марк Миллис о двигателе на эффекте Маха, испытания EmDrive

Лето 2017 года Марк Миллис провел в Техническом университете Дрездена, где он вел курс под названием «Введение в физику межзвездных полетов и движения», курс, который он также читал в Университете Пердью в прошлом. Ноябрь. Бывший глава проекта НАСА «Прорыв в физике движения» и архитектор-основатель фонда «Тау Зеро», Марк участвовал в проекте «СпейсДрайв», которым руководил Мартин Таймар в Дрездене. Этот проект широко освещался в новостях благодаря лабораторным испытаниям двух противоречивых концепций двигателей: Двигатель с эффектом Маха и EmDrive. Обзорные комментарии Марка по моделированию для первого были почти такими же длинными, как черновой документ Таймара. Описанный ниже проект SpaceDrive представляет собой более широкую работу, которая включает в себя больше, чем эти две области — ни двигатель EmD, ни двигатель MET не достигли фазы активных испытаний в течение лета, когда он был там, — но текущая работа над обоими занимает Миллиса в последующем эссе.

Марк Миллис

Возможно, вы заметили новый поток статей о EmDrive. То, что побудило к этому раунду освещения, было промежуточным отчетом, частью прогресса в проекте Мартина Таймара «SpaceDrive» по тщательной проверке таких утверждений. Доклад Таймара на конференции [цитата ниже] — один из первых шагов по проверке на наличие ложных срабатываний. Я ожидаю, что последуют другие статьи, каждая из которых будет продвигаться к другим возможностям. Может пройти год или больше, прежде чем будут получены неопровержимые результаты. До тех пор относитесь к сообщениям в прессе об определенных выводах как к весьма подозрительным.

О работе Таймара, эта цитата из его доклада на конференции:

В рамках проекта SpaceDrive [6] мы в настоящее время оцениваем два наиболее выдающихся кандидата в двигатели, которые обещают бестопливные двигатели намного лучше, чем фотонные ракеты: так называемые EMDrive и двигатель на эффекте Маха. Кроме того, мы проводим дополнительные эксперименты, которые могут дать дополнительную информацию об исследуемых двигателях или открыть новые концепции. Чтобы должным образом протестировать подруливающие устройства-кандидаты, мы постоянно совершенствуем нашу систему балансировки тяги, а также проверяем взаимодействие двигателя с окружающей средой, которое может привести к ложным измерениям тяги.

Двигатель на эффекте Маха — это другой подход к созданию неракетного космического двигателя, но он основан на нерешенных вопросах физики, где есть шанс на новые открытия. Его теория привела к проверяемому предсказанию, которое затем превратилось в идею движущего эффекта.

Нерешенный вопрос физики: «Каково происхождение инерциальных систем отсчета?» Одна попытка ответить на этот вопрос называется «принципом Маха» (термин, введенный Эйнштейном для описания точки зрения Эрнста Маха), который примерно звучит так: «инерция здесь из-за материи там». Идея состоит в том, что явление инерции представляет собой взаимодействие между этой массой и всей окружающей массой во Вселенной (предположительно гравитационное по своей природе). Джим Вудворд подхватил вариант этого у Денниса Шиамы и заметил, что инерционная масса объекта может колебаться, если колеблется его энергия (представьте себе энергию в конденсаторе). Это привело к идее движущего эффекта за счет изменения расстояния между двумя флуктуирующими моментами инерции. В отличие от EmDrive, эта идея с самого начала обсуждалась в рецензируемой литературе, причем некоторые из наиболее важных статей:

Вудворд, Дж. Ф. (1990). Новый экспериментальный подход к принципу Маха и релятивистской гравитации, в письмах Foundations of Physics Letters , 3(5): 497-506.

Вудворд, Дж. Ф. (1991). Измерения махистских переходных флуктуаций массы, в Foundations of Physics Letters , 4(5): 407-423.

Вудворд, Дж. (1994), «Метод кратковременного изменения массы объекта для облегчения его транспортировки или изменения его стационарного кажущегося веса», патент США № 5,280,864.

Вудворд, Дж. (2012). Создание звездолетов и звездных врат , Springer.

Ферн, Х. и Вансер, К. (2014). Экспериментальные испытания двигателя на эффекте Маха. Журнал космических исследований , 3: 197-205.

Лабораторные результаты Мартина Таймара можно резюмировать следующим образом: ложноположительные толчки наблюдались в условиях, когда не должно быть никакого толчка или только незначительный толчок. Перед испытанием подруливающих устройств при их номинальных и максимальных рабочих параметрах необходимо проводить более систематические проверки. Несоответствие было более выраженным для EmDrive, чем для двигателя с эффектом Маха. В обоих случаях преждевременно делать окончательные выводы, поскольку работа над этим еще не завершена. И если какие-либо подруливающие устройства действительно пройдут все эти тесты, тогда начнутся дополнительные испытания, чтобы выяснить, как работают подруливающие устройства (изменяющиеся условия, чтобы увидеть, какие из них влияют на уровни тяги).

В случае с EmDrive для подруливающего устройства было доступно только 2 Вт из более обычных 60 Вт мощности. Даже при таком низком уровне мощности наблюдалось тяговое усилие около 4 мкН, что больше, чем 2,6 мкН, ожидаемые по заявлениям Сонни Уайта. Более показательные наблюдения заключались в том, что толчки наблюдались, когда EmDrive не должен был толкать. Когда EmDrive был направлен в сторону, не вызывающую тяги, тяги все еще наблюдались. Когда мощность двигателя подруливающего устройства была направлена ​​на аттенюатор для дальнейшего снижения мощности двигателя в 10 000 раз, тяга на прежнем уровне все еще наблюдалась.

Эти наблюдения не сулят ничего хорошего для заявлений EmDrive о реальной тяге, но еще слишком рано решительно отвергать эти возможности. Одним из подозреваемых в ложном срабатывании является взаимодействие с током, подаваемым на устройство, и магнитным полем Земли, где ток силой 2 ампера в нескольких сантиметрах проводов может создавать тягу в диапазоне мкН. После добавления дополнительного магнитного экранирования и работы на разных уровнях мощности запланированы дальнейшие испытания.

В случае с двигателем на эффекте Маха, который, кстати, не упоминался ни в одной из статей прессы, выводы были менее пессимистичными. Снова были измерены тяги, превышающие ожидаемые для низких уровней мощности (0,6 против 0,02 мкН). В отличие от несоответствия EmDrive, тяги не наблюдалось, когда двигатель на эффекте Маха был направлен в сторону, где не было тяги. Однако был случай, когда направление тяги не менялось при изменении направления двигателя. Предполагаемые причины, подлежащие дальнейшему исследованию, включают как магнитные, так и тепловые эффекты (расширения).

Совет: если вы планируете ознакомиться с бумагой Таймара. Когда я попробовал свое обычное «быстрое чтение» по бумаге, прочитав аннотацию и просмотрев рисунки, я ввел себя в заблуждение. Прочтите полный текст, сопровождающий рисунки, чтобы понять, на что вы действительно смотрите. Это короткая статья.

Что касается некоторых репрезентативных статей в прессе, вот краткая оценка

(1) Дэвид Хэмблинг, Новое исследование ставит под сомнение «невозможность» EmDrive, но эта странная идея с двигателем еще не умерла

В этой статье более подробно, чем в других, рассказывается о том, что на самом деле было сделано, а что нет, и есть ссылки на источники информации. В нем не упоминается двигатель с эффектом Маха.

(2) Майк Уолл, «Невозможный» космический двигатель EmDrive действительно может быть невозможным

Здесь упоминается сомнение, но дверь остается приоткрытой. Хотя в нем не упоминается двигатель с эффектом Маха, который также проходит испытания, он, по крайней мере, дает ссылку на основную статью и упоминает, откуда он взялся.

(3) Итан Сигел, EmDrive, «невозможный» космический двигатель НАСА, действительно невозможен: многие тесты сообщали об «аномальной тяге», которой не должно было быть. Исследователь наконец показал, где все остальные ошиблись

В этой статье больше говорится о старых утверждениях и ожиданиях, чем о том, что было на самом деле в новой статье. В нем не упоминается двигатель с эффектом Маха.

(4) Майк Венер, «невозможный» бестопливный двигатель НАСА на самом деле невозможен

Еще одно краткое мнение, и опять же, никакого упоминания о двигателе на эффекте Маха.

Вывод: наука не основывается на заявлениях. Несмотря на то, что могут говорить заголовки, лабораторная работа — это вопрос совершенствования методов и уточнения предыдущих утверждений. На данный момент продолжается оценка двигателя EmDrive и эффекта Маха, без каких-либо гарантий, что какой-либо из этих эффектов может оказаться подлинным, но давайте позволим процессу развиваться.

Доклад Таймара — Tajmar et al., «Проект SpaceDrive — первые результаты по EMDrive и двигателям с эффектом Маха», представленный на конференции Space Propulsion 2018 в Севилье, Испания (полный текст).

Последние испытания EmDrive в Дрезденском университете показали, что «невозможный двигатель» не развивает тяги

Lesezeit: ок. 3 Minuten

Испытательная и измерительная установка для исследований «EmDrive» в Техническом университете Дрездена.
Авторские права: M. Tajmar et al. 2021

Дрезден (Германия) – После испытаний в лабораториях НАСА первоначально появилась надежда на то, что так называемый EmDrive может представлять собой революционную бестопливную альтернативу космическим двигателям, отрезвляющие окончательные отчеты о результатах интенсивных испытаний и анализов теперь доступны три варианта EmDrive, разработанные физиками из Дрезденского технологического университета (TU Dresden). Grenzwissenschaft-Aktuell.

de (GreWi) провел эксклюзивное интервью с руководителем исследования профессором доктором Мартином Таймаром о результатах.

Найдите оригинальную версию этой статьи на немецком языке ЗДЕСЬ. в трех сопроводительных документах в «Proceedings of Space Propulsion Conference 2020 + 1» ( Paper 1 , Paper 2 , Paper 3 ) они должны были подтвердить ранее обсужденные промежуточные результаты, согласно которым EmDrive не развивать тягу, ранее наблюдаемую другими командами (например, Eagleworks НАСА и другими). Команда также подтвердила, что уже измеренные силы тяги могут быть объяснены внешними эффектами, как это было доказано Таймаром и его коллегами с использованием высокочувствительной экспериментальной и измерительной установки.

О своей работе над классическим EmDrive Профессор Таймар сообщает редактору GreWi Андреасу Мюллеру:

«Мы выяснили, что причиной «толчка» был тепловой эффект. Для наших тестов мы использовали конфигурацию NASA EmDrive от White et al. (который использовался в лабораториях Eagleworks, поскольку он лучше всего задокументирован, а результаты были опубликованы в «Журнале движения и мощности».

Испытательная и измерительная установка для исследований «EmDrive» в Техническом университете Дрездена. Авторское право: M , Таймар и др. 2021

С помощью новой структуры измерительной шкалы и различных точек подвески одного и того же двигателя мы смогли воспроизвести кажущиеся силы тяги, подобные тем, которые были измерены командой НАСА, а также заставить их исчезнуть с помощью точки приостановка.

Унив.-проф. д-р техн. Martin Tajmar
Copyright/Quelle: Christian Hüller / www.tu-dresden.de

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».

В дополнение к классическому EmDrive команда Таймара также проанализировала вариант LemDrive :

«Этот лазерный вариант EmDrive основан на теоретических соображениях Маккаллоха. В многочисленных экспериментальных установках мы смогли показать, что как лазерные резонаторы, так и асимметричные волоконные катушки не проявляют никаких сил, превышающих нормальное фотонное давление. Его теория (…мы ограничиваемся здесь лабораторным эталоном, а не его астрономическими утверждениями), а также приведенные им эксперименты исключаются на 4 порядка.

Как с EmDrive, так и с LemDrive мы достигли точности измерения, которая ниже фотонного давления. То есть, даже если бы одна из этих концепций сработала, эффективнее было бы просто использовать в качестве привода лазерный луч».

В третьей статье дрезденские физики описывают свои исследования «Двигателя на эффекте Маха» :

„ Здесь мы доказали, что двигатель на эффекте Маха (идея Дж.