Как работает emdrive: Ученый выяснил, как работает микроволновый ракетный двигатель EmDrive

НАСА опубликовало официальную финальную версию своего доклада об испытаниях двигателя EmDrive

Двигатель EM Drive официально прошел рецензирование. Прохождение экспертной оценки означает, что эксперты нашли методику экспериментов разумной.

(Продолжение темы. Предыдущие посты: http://ru-universe.livejournal.com/1072293.html ,
http://ru-universe.livejournal.com/1047609.html , http://ru-universe.livejournal.com/1046943.html , http://ru-universe.livejournal.com/1019794.html , http://ru-universe.livejournal.com/934167.html , http://ru-universe.livejournal.com/903292.html .
Ссылки на материалы на эту тему, размещённые в нашем сообществе ранее, см. здесь.)

Источники — https://geektimes.ru/post/282800/ ,
http://www.forbes.com/sites/briankoberlein/2016/11/19/nasas-physics-defying-em-drive-passes-peer-review/

НАСА уже довольно долгое время изучает так называемый «невозможный» двигатель. Споры ученых и энтузиастов космического дела не прекращаются вот уже 15 лет, с момента предоставления двигателя его создателем. И спорить действительно есть о чем — ведь EmDrive создает тягу в замкнутом контуре без всякого выхлопа. На первый взгляд, двигатель нарушает закон сохранения импульса. На второй — тоже нарушает. Но вот результаты десятков (а возможно, уже и сотен) испытаний однозначно говорят о том, что двигатель таки работает.

Агентство НАСА решило взять изучение EmDrive в свои руки. После ряда испытаний, включая вакуум, оказалось, что двигатель действительно работает, и о тепловой конвекции здесь и речи быть не может. Не так давно отчет НАСА попал в открытый доступ, но это все же была не официальная публикация, а нечто вроде утечки. Сейчас заключение специалистов агентства опубликовано по всем правилам на сайте издания Journal of Propulsion and Power.

Как и сообщалось, ранее, авторы публикации — Гарольд Уайт, Пол Марч, Джеймс Лоуренс, Джерри Вера, Андре Сильвестр, Дэвид Брэйди и Пол Бэйли (Harold White, Paul March, James Lawrence, Jerry Vera, Andre Sylvester, David Brady, Paul Bailey), все они работают в Космическом центре им. Линдона Джонсона.

Содержание отчета примерно то же, что уже размещалось в сети, но в последней версии документа есть официальное заключение о том, что EmDrive, созданный в НАСА, развивает тягу в 1,2 миллиньютона на киловатт в вакууме. При этом специалисты во время испытаний и после них пытались найти возможную ошибку в конструкции испытательного стенда или самого двигателя, что и приводит к появлению тяги или, по крайней мере, к ее фиксации. Ошибок и проблем найдено не было, что позволяет говорить о том, что двигатель действительно работает. И это при том, что для появления тяги должна быть «равная по силе обратная реакция».

Двигатель в НАСА испытывали на стенде с установкой на базе торсионного маятника.

1,2 миллиньютона на киловатт — это очень малый показатель. Даже солнечный парус развивает тягу в 3,6 миллиньютона на киловатт, не говоря уже о двигателях на ракетном топливе. Тем не менее, энтузиасты EmDrive считают, что если двигатель оснастить еще и ячейками с топливом, то есть с водородом и кислородом, то его вполне можно использовать в космическом деле. Например, установить на МКС, что позволит работать с минимальным количеством топлива, а также снизить количество маневров для разгона станции. Это, по словам специалистов, должно уменьшит нагрузку на корпус и опорные конструкции МКС, продлив общий срок ее эксплуатации.

Также есть мнение, что EmDrive можно использовать и для космических путешествий, устанавливая такой двигатель на кораблях, которые летят к Луне, Марсу и другим объектам Солнечной системы и даже за ее пределами.

В конце лета этого года появилась информация о том, что уже в следующем году, возможно, в космосе протестируют работу схожего двигателя, работающего на микроволнах с созданием тяги в замкнутом контуре без выхлопа. Речь идет о Cannae Drive. Его экспериментальный образец планируется запустить на орбиту. Срок испытаний — полгода. Таким двигателем оснастят орбитальный спутник, который и будет пробовать перемещаться при помощи электромагнитной тяги.

На орбиту при условии получения финансирования могут отправить и миниатюрный спутник с портативным EmDrive. Этот двигатель разработан немецким инженером. Он начал собирать средства, но, к сожалению, кампания оказалась неудачной — финансирование инженер не получил. Хотя есть вероятность того, что проектом займется какая-либо крупная компания, но эта вероятность не так уж и велика.

Внятного объяснения того, почему «невозможный» двигатель все же работает, пока нет. По мнению НАСА, есть вероятность, что у тяги EmDrive — квантовая природа. Так, она представляет собой последствие появления «квантового вакуума виртуальной плазмы» частиц, появляющихся и исчезающих в замкнутом контуре пространства-времени. Если это так, то снимается «обвинение» в нарушении двигателя закона сохранения импульса, поскольку система, на самом деле, вовсе не изолированная.

Финские физики в июне этого года предложили свое объяснение работы «невозможного» двигателя. Они считают, что в резонаторе EmDrive могут появляться пары фотонов, которые находятся в противофазе друг с другом. Такие пары уносят импульс в сторону, противоположную движению двигателя. И взаимодействие таких фотонов способствует возникновению электромагнитной волны с нулевой поляризацией. Импульс такая волна все же переносит.

«Принцип работы EmDrive можно сравнить с принципом работы реактивного двигателя самолета, когда газы, двигающиеся в одном направлении, толкают самолет в противоположном направлении», — говорит Арто Аннила (Arto Annila), представитель команды ученых из Финляндии. «Микроволновое излучение — это топливо, которое уходит в резонатор… а тягу в EmDrive создают пары фотонов. Когда два фотона движутся вместе, но имеют противоположные фазы, тогда у этой пары нет электромагнитного поля, следовательно, она не будет отражаться от металлических стенок, а уйдет».

В целом, после того, как НАСА подтвердила работу двигателя в земных условиях, для того, чтобы убедиться в возможности его эксплуатации в космосе, нужно провести соответствующие испытания на орбите. И уже после этого можно будет планировать использование EmDrive в космических программах разных стран и компаний.

«Как работает двигатель EmDrive и почему его считают невозможным?» — Яндекс Кью

Популярное

Сообщества

ТехнологииФизика+3

Артемий Пушкарёв

30 июля 2015  ·

19,2 K

ОтветитьУточнить

Первый

Виктор Зубков

5

Борьба со лженаукой  · 28 янв 2017

По-моему, принцип работы двигателя прекрасно объяснен его изобретателем Робером Шоером ( Roger Shawyer ) в публикации на YouTube (Roger Shawyer Explaining The Basic Science behind #EmDrive, www.youtube.com ). В основе работы двигателя в значительной степени лежит независимость скоростей микроволн от скорости резонатора (картинка “Independent of velocities” в момент времени примерно 3. 13 упомянутого видео). Независимость скоростей микроволн от скорости резонатора во многом аналогична второму постулату, лежащему в основе теории относительности. Согласно упомянутому постулату скорость распространения света в любой т. н. инерциальной системе отчета одна и та же. В данном случае, в волноводе и резонаторе (металлический корпус двигателя можно считать волноводом и резонатором) скорости электромагнитных волн или микроволн могут зависеть от размеров и формы резонатора, но НЕ ЗАВИСЯТ от скорости резонатора (момент времени 3.13 упомянутого видео). Согласно теории относительности электромагнитные волны обладают энергией и массой как эквивалентом энергии и могут создавать давление. Это должны проходить в школе. Электромагнитные волны, распространяющиеся внутри резонатора навстречу друг другу с разными вследствие конусообразной формы резонатора т. н. групповыми («реальными) скоростями»), НЕ ЗАВИСИМЫМИ от скорости резонатора, создают некую т. н. равнодействующую силу, толкающую и ускоряющую резонатор. В процессе ускорения резонатора микроволны через упомянутую равнодействующую силу передают импульс резонатору. Примерно так же ускоряется, например, падающий камень, притягиваемый силой притяжения Земли. Думаю, что работа двигателя, если он, конечно, работает, является прекрасным подтверждением как второго постулата, лежащего в основе теории относительности, так и самой теории относительности, а само изобретение, по-моему, является гениальным.

Комментировать ответ…Комментировать…

Павел Гаврилов

5,5 K

сисадмин  · 31 июл 2015

Как работает этот двигатель, не знает даже его изобретатель. Во всяком случае, физики считают набор слов, который он произносит при объяснении принципа работы этого двигателя — бессмысленным.
Главная причина, по которой этот двигатель считается невозможным — это то, что он нарушает закон сохранения импульса в замкнутой системе, а это очень фундаментальный закон, и хотя. .. Читать далее

Павел Гаврилов

31 июля 2015

Добавлю пересказ интервью с Мартином Таймаром, профессором Дрезденского университета, сообщения о котором и… Читать дальше

Комментировать ответ…Комментировать…

Пешков А. С.

8

2 нояб 2020

Строго говоря, в магнитном поле земли это чудо-юдо будет показывать некую, отличную от нуля силу тяги. Однако лишь потому, что сама конструкция создаёт электромагнитное поле достаточно высокой напряжённости. Собственно эксперимент со спутником показал, что возникновение тяги у EmDrive в земных условиях является паразитным эффектом и сам «двигатель» на самом деле не… Читать далее

Комментировать ответ…Комментировать…

Artem Shchegolev

475

Fars  · 12 сент 2017

Не стоит верить всему написанному и увиденному. Россия в своё время такой же двигатель (который якобы противоречил законом физики) запускала в космос, загуглите «гравицапа». Естественно когда этот двигатель должен был скорректировать орбиту спутника — законы физики оказались прочнее веры его изобретателей. Погуглите проблему мракобесия, от него никто не застрахован, не… Читать далее

Комментировать ответ…Комментировать…

Дмитрий Аникин

2,0 K

I  · 31 июл 2015

Представьте себе обычное металлическое ведро без ручки с герметично закупоренным верхом. Одна торцевая часть ведра уже другой, так как оно обладает конической формой. Где-то между торцевыми частями (не знаю, по середине или нет, но это не так важно) сделано отверстие, в которое вставлена высокочастотная линия передачи (волновод или коаксиальный кабель). Где-то снаружи… Читать далее

Максим Булдаков

22 февраля 2016

Я в 10 классе подумал, нельзя ли создавать транспортные средства, передвигающиеся с помощью магнитной левитации. .. Читать дальше

Комментировать ответ…Комментировать…

Вы знаете ответ на этот вопрос?

Поделитесь своим опытом и знаниями

Войти и ответить на вопрос

В комплексном тесте «невозможный» электромагнитный привод не смог создать тягу… снова : ScienceAlert

Physics05 апреля 2021

Пол М. САТТЕР, Universe Today

(© Элвис Попович/Общество CGS)

EM Drive — это гипотетическая ракета, сторонники которой утверждают, что она может генерировать тягу без выхлопа. Это нарушило бы всю известную физику. В 2016 году команда лаборатории Eagleworks НАСА заявила об измерении тяги устройства EM Drive, новость о котором вызвала настоящий переполох.

Последняя попытка воспроизвести шокирующие результаты привела к простому ответу: измерения Eagleworks проводились по нагреву опоры двигателя, а не по какой-то новой физике.

ЭМ-привод — относительно простое устройство: это пустая полость, которая не является идеально симметричной.

По словам сторонников ЭМ-привода, за счет отражения электромагнитного излучения внутри полости сужение полости приводит к чистой тяге двигателя, несмотря на то, что из привода ничего не протекает.

В 2016 году команда лаборатории Eagelworks НАСА, как сообщается, измерила чистую тягу в ходе своего эксперимента с электромагнитным приводом, который, по их утверждению, стал революцией в нашем понимании физики и будущего космических полетов.

Физики были… настроены скептически. Сохранение импульса диктует, что неподвижный объект не может двигаться без действующей на него чистой силы, что, как утверждалось в эксперименте Eagleworks, нарушается.

Но закон сохранения импульса проверялся бесчисленное количество раз на протяжении столетий — фактически, этот принцип лежит в основе почти каждой теории физики. Так что, по сути, почти каждый раз, когда проверяется физика, проверяется и закон сохранения импульса.

Результаты эксперимента Eagleworks не очень убедительны. Хотя команда утверждала, что измерила тягу, она не была очень статистически значимой и оказалась результатом «сбора вишен» — авторы наблюдали за случайными колебаниями и ждали подходящего момента, чтобы сообщить о своих результатах.

Но в духе научного воспроизведения команда Дрезденского технологического университета под руководством профессора Мартина Таймара перестроила экспериментальную установку Eagleworks.

И нашли сквот.

Докладывая о своих результатах на Proceedings of Space Propulsion Conference 2020, профессор Таймар сказал:

«Мы обнаружили, что причиной «толчки» был тепловой эффект. Для наших испытаний мы использовали конфигурацию НАСА EM Drive от White et al. (которая использовалась в лабораториях Eagleworks, потому что она лучше всего задокументирована и результаты были опубликованы в Journal of Propulsion and Power . )

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

В сущности, кажущаяся тяга ЭМ-привода Eagleworks была получена из-за нагрева шкалы, которая использовалась для измерения тяги, а не из-за какого-либо движения самого привода.

«Когда мощность поступает в ЭМ-привод, двигатель прогревается. Это также вызывает деформацию крепежных элементов на шкале, в результате чего шкала перемещается в новую нулевую точку. Мы смогли предотвратить это в улучшенной конструкции, — продолжил профессор Таймар.

Его вывод забивает последний гвоздь в крышку гроба мечтаний об ЭМ-двигателе: «Наши измерения опровергают все заявления об ЭМ-двигателе как минимум на три порядка».

Эта статья была первоначально опубликована Universe Today. Прочитайте оригинальную статью.

Противоречие EmDrive НАСА | Элла Алдерсон | Predict

Концептуальная визуализация корабля с приводом от EmDrive. Изображение Holland Space Yards в сотрудничестве с НАСА.

Многие ученые считают, что человеческое бессмертие будет достигнуто до межзвездного путешествия. Кажется странным полагать, что мы найдем способ жить вечно — черта, которую мы считаем божественной и сверхмощной, — прежде чем мы создадим технологию для посещения наших ближайших звездных систем. В то время как эксперименты на мышах уже нашли способы увеличить продолжительность их жизни на 25%, предложения по межзвездным кораблям переносят их на сотни или тысячи лет в будущее. Учитывая, где мы находимся сегодня, даже межпланетное путешествие в пределах нашей собственной Солнечной системы является медленным и неэффективным. Только достижения в области технологий помогут нам когда-либо добраться до инопланетных берегов экзопланет или даже просто посетить Марс с меньшими затратами и риском для команды первопроходцев.

Из многих технологий, испытанных и рассматриваемых для дальних путешествий — от варп-двигателей Alcubierre до прямоточных реактивных двигателей Bussard — лишь немногие остаются столь же противоречивыми и все же настойчивыми, как EmDrive. Сокращенно от электромагнитного привода, это была концепция, впервые предложенная в конце 1990-х годов аэрокосмическим инженером Роджером Шойером, который создал и испытал свою собственную версию конструкции. Это способ путешествовать в космосе без топлива. Необходимость нести топливо и топливо ограничивает современные химические ракеты из-за дополнительного веса и из-за того, что это топливо необходимо использовать не только для взлета с поверхности Земли, но и для замедления по прибытии в пункт назначения. Топливо объединяет топливо и окислитель, чтобы обеспечить толчок для ракеты и, таким образом, перемещать ее. Тем не менее, без необходимости в этих двух компонентах космические путешествия могли бы быть значительно быстрее, эффективнее и обходиться гораздо дешевле. Межзвездные путешествия на обычных ракетах невозможны, потому что потребность в топливе слишком высока.

Вот почему такие проекты, как EmDrive, — это мечта. Но значит ли это, что они невозможны?

Иллюстрация «бесшумного» EmDrive. Изображение Getty Images.

Чтобы понять, как работает привод (который можно охарактеризовать как двигатель с микроволновым резонансным резонатором), представьте себе медный цилиндр, один конец которого больше, чем другой. Оба конца плоские, а внутри находятся микроволны, которые, как и другие формы электромагнитного излучения, оказывают давление, когда они отскакивают внутри камеры. Таким образом, внутреннее поле излучения может обеспечить различное давление и ускорение на одном конце конуса из-за его формы, давая вам тягу без необходимости в топливе. Поскольку для этого просто требуется начальная мощность, которая затем может быть преобразована в тягу, EmDrive сравнивают с вечным двигателем, где машина может продолжать функционировать без постоянного источника энергии.

И поэтому Лаборатория продвинутой физики движения НАСА, также известная как Eagleworks Laboratories, решила построить собственную лабораторию с многообещающими результатами.

Результаты их испытаний, опубликованные в статье 2016 года, показали, что их привод EmDrive создает положительную тягу при разных уровнях мощности (40, 60 и 80 Вт) как в жестком вакууме, так и в обычном воздухе при атмосферном давлении. Проблема с испытаниями при атмосферном давлении заключается в том, что тепловая конвекция в воздухе может исказить результаты испытаний и создать тягу, которой на самом деле нет. Но при воссоздании в вакууме величина тяги осталась прежней. Это измерялось торсионными весами — металлической проволокой с устройством и подвешенным к ней противовесом. Когда проволока скручена, это дает нам точное измерение величины прилагаемой силы.

Общая наблюдаемая сила составляла несколько микроньютонов, 1,2 миллиньютона на киловатт. Это невероятно малое количество, и оно было намного меньше, чем количество, которое, по утверждению Шойера, наблюдалось в его собственных тестах. Но тем не менее, это был положительный импульс, исходящий от дизайна, который не должен был работать. И НАСА было не единственным, кто видел эти обнадеживающие результаты для EmDrive. Исследователи из Северо-Западного политехнического института в Сиане, Китай, и сотрудники американской компании Cannae также сообщили о положительных результатах.

Но проблема с EmDrive в том, что он не может работать, не нарушая закон сохранения импульса. Это тот же закон, который требует, чтобы ракеты выбрасывали материал назад, прежде чем они смогут двигаться вперед. Чтобы EmDrive работал, ученые сравнивают его с идеей движения автомобиля путем нажатия на приборную панель. Если Третий закон Ньютона гласит, что каждое действие имеет равную и противоположную реакцию, то никакое действие EmDrive не должно создавать ускорение, потому что это закрытая система, и импульс внутри конуса просто перераспределится. Если фотон вырвется из медного корпуса, он станет фотонным двигателем, а не EmDrive. На самом деле, двигатель также нарушает специальную теорию относительности, общую теорию относительности и теорию Нётер, а это означает, что если бы он сработал — а ученые даже не уверены, как на самом деле может быть получена положительная тяга, — он бы подорвал наше понимание современной физики.

Чтобы объяснить, как работает EmDrive, ученые используют теорию пилотной волны, чтобы превратить квантовый вакуум в среду, с которой двигатель может обмениваться импульсом. Но это сильно отличается от успешной квантовой теории поля, которая утверждает, что вы не можете использовать вакуум таким образом.

На данный момент объяснения EmDrives основаны на теории пилот-волны, которая является производной квантовой физики. Но чтобы доказать это, ученые говорят, что в этом устройстве нет ничего квантового и что оно должно иметь объяснение, основанное на общей теории относительности и электромагнетизме Максвелла.

Итак, как поживает EmDrive НАСА? После того, как аналогичные тесты были проведены группой немецких ученых, они пришли к выводу, что положительная тяга, подробно описанная в статье НАСА, была вызвана взаимодействием между силовыми кабелями привода и магнитным полем Земли. Ученые использовали специальный экран из мю-металла, чтобы блокировать большую часть магнитного поля, но даже тогда взаимодействие все же наблюдалось.