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

Фантастическая тяга — За нашу советскую Родину! — ЖЖ

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.

EmDrive

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».

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 опубликовали 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».

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.
Ядерные ракеты и «лампочки»

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.

«Ядерная лампочка»

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.

Полеты без топлива

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).

Система DESTAR

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.

Новый проект Лубина

Сверхсветовое перемещение?

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» заменили на тор, а отрицательная энергия оказалась и вовсе ненужной. В этом случае расчеты показывают необходимость в энергии, содержащейся всего в сотнях килограммов массы.

Схематическое изображение путешествия с помощью пузыря Алькуберре

Чтобы проверить возможность такого искривления пространства-времени, которое в теории может вести к сверхсветовому перемещению, сотрудник НАСА Гарольд Уайт модифицировал интерферометр Майкельсона-Морли, 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.

Выхода нет?

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.

—————————————-—————————————-————————
Толкутся вокруг, да около…
avn-msk

Новое объяснение принципа работы «невозможного» двигателя EmDrive: это все фотоны

Эпопея с так называемым «невозможным» двигателем EmDrive на электромагнитных волнах продолжается. На данный момент ряд известных ученых и научных организаций подтвердили работоспособность EmDrive. Двигатель представляет собой систему, состоящую из резонатора (металлический усеченный конус) и магнетрона. Двигатель работает, это факт. Каким образом? Такая система каким-то образом создает тягу под влиянием электромагнитного излучения. Существует несколько гипотез, объясняющих появление тяги. Пока что ни одна гипотеза не была доказана. Собственное объяснение принципа работы EmDrive в этом месяце предложили финские ученые.

По их мнению, образование тяги в этой системе объясняется определенным типом интерференции волн, а именно — деструктивной интерференцией. Под конструктивной интерференцией понимается такой тип комбинирования отраженных волн при резонансе, когда происходит усиление волнами друг друга. В случае деструктивной интерференции максимумы одних волн приходятся на минимумы других, при этом резонанс отсутствует. Если речь идет о волнах на воде, то при деструктивной интерференции они накладываются друг на друга, и поверхность воды выглядит спокойной.

Можно привести и другой пример, с электронами. Так, интерференция рамановских переходов электрона различной степени нелинейности является деструктивной.

По мнению физиков из Финляндии, в резонаторе этого двигателя из большого количества всех частиц выделяются пары фотонов, которые находятся в противофазе друг с другом. Такие пары, считают ученые, уносят импульс в сторону, противоположную движению двигателя. Взаимодействие этих фотонов приводит в возникновению электромагнитной волны с нулевой поляризацией. Но импульс эта 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».

По мнению исследователей, тяга в двигателе возникает под влиянием волн, длина которых не кратна расстоянию между стенками резонатора. Это возможно только в том случае, если резонатор несимметричен. Если бы он был полностью симметричным, то тяга бы не возникала. В случае EmDrive тяга будет проявляться при любой асимметричной конфигурации. Вероятно, что эффективность работы двигателя зависит как от мощности микроволнового источника, так и от материала резонатора EmDrive, а также от его формы. И зависимость эта нелинейна.

распределение волн

Финны подчеркивают, что их идея — это всего лишь предположение, как и гипотезы их коллег, пытавшихся объяснить принцип действия EmDrive раньше. Физики из Финляндии надеются, что инженеры смогут создать тестовые системы для проверки их теории парных фотонов. Для этого нужно также устройство, которое называется интерферометром. Интерферометр — измерительный прибор, действие которого основано на явлении интерференции. Принцип действия интерферометра заключается в следующем: пучок электромагнитного излучения (света, радиоволн и т. п.) с помощью того или иного устройства пространственно разделяется на два или большее количество когерентных пучков. Каждый из пучков проходит различные оптические пути и направляется на экран, создавая интерференционную картину, по которой можно установить разность фаз интерферирующих пучков в данной точке картины.

Отмечу также, что в апреле работу EmDrive пытался связать с взаимодействием фотонов физик Майк Макалох (Mike McCulloch) из Плимутского университета. Макалох предлагает объяснить принцип работы двигателя при помощи эффекта Унру. Этот эффект был назван в честь физика Билла Унру, который открыл его в 1976 году. Он показал, что понимание вакуума зависит от типа движения наблюдателя через пространство-время. К примеру, если неподвижный наблюдатель находится в вакууме, то в случае ускорения этот наблюдатель увидит вокруг себя множество частиц, которые находятся в термодинамическом равновесии. Другими словами, о вакууме можно говорить только относительно определенного объекта. При этом инерция, по словам Махалоха — это давление теплового излучения на ускоряющееся тело. При малых ускорениях волны излучения Унру превышают размеры всей Вселенной, что позволяет говорить о квантовании инерции.

Теория несколько необычная, но она кроме принципа работы EmDrive объясняет еще один эффект — пролетные аномалии. Пролётная аномалия — это неожиданное увеличение энергии во время гравитационных манёвров космических аппаратов около Земли. Эта аномалия наблюдалась как доплеровский уход частоты в S-диапазоне и X-диапазоне и дальней телеметрии.

Так вот, Макалох предположил, что у фотонов есть инертная масса. Фотоны отражаются внутри корпуса EmDrive, следовательно, они испытывают инерцию. Длины волн излучения Унру в этом случае очень малы, их размер сравним с размером корпуса двигателя. Если в широкой части конуса могут поместиться волны Унру, которые не помещаются в узкой части резонатора, то инерция фотонов, которые отражаются, должны меняться. А для сохранения импульса система создает тягу. По мнению автора этой теории, она согласуется с теми величинами тяги, которые были получены в экспериментах.

Проверить как теорию финнов, так и теорию англичанина можно экспериментально, проведя серию тестов с EmDrive. И если окажется, что тягу в «невозможном» двигателе создают именно фотоны, это позволит технологам создать EmDrive с иной формой резонатора, что приведет к созданию большей тяги у двигателя.

Что это может означать для космонавтики? Значительное сокращение времени полета космических аппаратов. Например, New Horizons с EmDrive мог бы добраться до Плутона всего за 18 месяцев вместо 9 лет. Если EmDrive получится масштабировать, то и полет к ближайшим звездам вместо сотен и тысяч лет мог бы занять всего несколько десятков лет. Это, конечно, тоже много, но уже более реально.

Проведённые испытания показали, что двигатель EmDrive будет работать в условиях космического вакуума: 005_kefir — LiveJournal

Учёные из NASA разрабатывают двигатель под названием EmDrive, который не нуждается в ракетном топливе и, по мнению исследователей, теоретически способен доставить космический корабль до Марса всего за 10 недель. Недавние испытания EmDrive проводились в вакууме, где он доказал свою работоспособность.

Источники — http://www.dailytechinfo.org/space/6972-provedennye-ispytaniya-pokazali-chto-nevozmozhnyy-dvigatel-emdrive-budet-rabotat-v-usloviyah-kosmicheskogo-vakuuma.html ,
http://nnm.me/blogs/madrabbitt/pervyy-v-istorii-chelovechestva-mezhzvezdnyy-zond-mozhet-byt-osnashen-dvigatelem-emdrive/ ,
http://www.rosbalt.ru/style/2015/05/04/1395022.html

(Ссылки на предыдущие материалы на эту тему, размещённые в нашем сообществе, см. здесь.)

В прошлом году специалисты подразделения НАСА под названием Eagleworks произвели фурор в околонаучном сообществе, объявив об успешных испытаниях созданного ими варианта «невозможного» электромагнитного двигателя EmDrive, работа которого бросает вызов некоторым законам физики. Успех специалистов НАСА вызвал волну скептицизма вследствие того, что его испытания были проведены не в вакууме, а в воздухе, и создаваемая двигателем крошечная сила тяги могла являться последствием конвекционных потоков воздуха, разогреваемого микроволновым излучением.

Однако, специалисты из Космического центра НАСА имени Джонсона на прошлой неделе развеяли все сомнения в работоспособности двигателя EmDrive, который, в теории может разогнать любые объекты до релятивистских скоростей. Испытания двигателя, проведенные в вакуумной камере, показали, что двигатель способен вырабатывать силу тяги и в условиях вакуума, глубина которого превышает глубину вакуума в космическом пространстве.

Напомним, что конструкция двигателя EmDrive, изобретенного Роджером Шауэром (Roger Shawyer), весьма проста. Он представляет собой вакуумную камеру конусообразной формы, в которую направлен выход от одного или большего количества излучателей микроволнового излучения. Этот двигатель вырабатывает небольшую силу тяги, потребляя лишь одну электрическую энергию, которую он может черпать от солнечных батарей, ядерного реактора или другого источника. И это идёт вразрез с некоторыми основными законами физики, ведь для работы двигателя не требуется никакого топлива.

Ученые объясняют работу двигателя EmDrive взаимодействием микроволнового излучения с квантовой составляющей вакуума, квантового состояния с самой низкой энергией, при которой вакуум можно рассматривать как среду, заполненную заряженными движущимися ионами. Движение этих вакуумных псевдо-ионов, вызванное воздействием магнитных и электрических полей излучения, и обеспечивает слабую реактивную тягу, которой достаточно для медленного разгона космического корабля.

Следует отметить, что работы в направлении создания и испытаний двигателей EmDrive ведутся параллельно американскими, британскими и китайскими учёными-физиками. И, вполне вероятно, что в будущем такие двигатели будут использоваться, несмотря на то, что учёные не до конца понимают их принципов работы, на спутниках для поддержания стабильности орбиты, на космических аппаратах, направляющихся к Луне, Марсу или ещё дальше в глубины бездонного космического пространства.

Межзвёздный зонд может быть оснащён двигателем EmDrive

Тестирование двигателей EmDrive, проведённое в NASA Eagleworks, показало работоспособность концепции. Кроме того, модель EmDrive была протестирована и китайскими учёными; все опыты показали наличие пусть и небольшой, но вполне регистрируемой тяги.

Ниже — различные протестированные варианты EmDrive:

Интересные результаты были получены в диапазоне от 50 до 900 миллиньютон, и на текущий момент исследователи полагают, что эффект поддаётся масштабированию с увеличением питающей двигатель мощности. Сам создатель EmDrive считает возможным создание сверхпроводящей версии EmDrive с тягой 300 ньютон на киловатт, запитываемой от радиоизотопного генератора или компактного ядерного реактора. Возможно, что для такого рода миссии хорошо подойдёт компактный термоядерный реактор, разрабатываемый в лаборатории Skunk Works.

Проект беспилотного зонда для миссии к Альфе Центавра:

При мощности порядка 200 киловатт считается возможным создание беспилотного зонда, способного достичь системы Альфы Центавра за 10 лет. Максимальная скорость такого зонда составит порядка 60 % скорости света — цифра совершенно фантастическая для современной космической техники, составляющая 180 тысяч километров в секунду.

Предполагаемые разгонные характеристики зонда:

Однако для обеспечения тяги порядка 300 ньютон на киловатт потребуется увеличение соотношения затрачиваемой энергии к тяге в 300 раз. Экспериментальные установки демонстрируют статическую тягу, однако концепция EmDrive всё ещё вызывает множество вопросов и вряд ли будет принята научным сообществом без успешной демонстрации такого двигателя в рабочих условиях.

В настоящее время ведётся разработка и испытания прототипа EmDrive, который можно будет испытать на существующих типах спутниковых аппаратов. В установке используется магнетрон мощностью 1,2 киловатта с водяным охлаждением. В настоящее время проведено уже 134 теста, максимальная зафиксированная приборами тяга составила 214 миллиньютон на киловатт. Вопросов остаётся по-прежнему много, но всё же не исключено, что перед нами действительно будущее земной космонавтики.

Испытания

Tajmar опровергают утверждения Emdrive о безреактивном приводе и двигателе с эффектом Маха

5 апреля 2021 г.
Команда

Tajmars из Дрезденского технологического университета провела интенсивные испытания и анализ трех вариантов EmDrive, и измерения опровергли все утверждения EmDrive как минимум на 3 порядка.

Высокоточные измерения тяги ЭДП и устранение ложноположительных эффектов

Высокоточные измерения тяги ЭДП и устранение ложноположительных эффектов

EMDrive — это предложенная концепция безтопливного двигателя, которая, как утверждается, на много порядков эффективнее классических сил радиационного давления. Он основан на микроволнах, которые вводятся в закрытую коническую полость, создавая однонаправленную тягу со значениями не менее одного мН/кВт. Это было встречено с большим скептицизмом, противоречащим основным законам сохранения и классической механике. Однако в литературе появилось несколько тестов и теорий, поддерживающих эту концепцию. Измерение двигателя со значительной тепловой и механической нагрузкой, а также с большими электрическими токами, такими как те, которые необходимы для работы микроволнового усилителя, могут создавать многочисленные артефакты, которые дают ложноположительные значения тяги. После многих итераций мы разработали балансировку тяги с перевернутым маятником и двойным противовесом, в которой подруливающее устройство может быть установлено на подшипнике ниже его точки подвеса, чтобы устранить большинство эффектов теплового дрейфа. Кроме того, EMDrive питался от аккумуляторной батареи, чтобы исключить нежелательные взаимодействия из-за сквозных соединений. Используя геометрию и условия эксплуатации, близкие к модели Уайта и др., которая сообщила о положительных результатах, опубликованных в рецензируемой литературе, мы не обнаружили значений тяги в широком диапазоне частот, включая несколько резонансных частот. Наши данные ограничивают любую аномальную тягу величиной ниже силы, эквивалентной классическому излучению при данной мощности. Это обеспечивает сильные ограничения для всех предложенных теорий и исключает результаты предыдущих испытаний более чем на три порядка.

Измерения тяги и оценка асимметричных инфракрасных лазерных резонаторов для космических двигателей

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.

Реферат – Измерение тяги и оценка асимметричных инфракрасных лазерных резонаторов для космических двигателей
Поскольку современные двигательные установки недостаточны для крупномасштабных космических исследований, необходим прорыв в физике двигателей. Среди различных концепций EMDrive — это предлагаемое устройство, претендующее на более эффективное преобразование энергии в движущие силы, чем классический обмен импульсом фотонов. Он основан на микроволновом резонаторе внутри конической полости. Недавно Тейлор предложил использовать лазер вместо микроволн для увеличения тяги на много порядков благодаря более высокой добротности оптических резонаторов. Его анализ был основан на теории квантованной инерции Маккаллоха, который предсказал, что асимметрия массы, окружающей устройство, и/или геометрия ответственны за силы, подобные EMDrive. Мы проверили эту концепцию в ряде различных конфигураций с использованием различных асимметричных лазерных резонаторов, отражающих полостей из разных материалов и размеров, а также волоконно-оптических петель симметричной и асимметричной формы. Для проверки всех этих концепций был разработан специальный высокоточный баланс тяги с чувствительностью лучше, чем чисто фотонная тяга, которая является силой, эквивалентной давлению излучения лазера при той же мощности, которая используется для работы каждого отдельного устройства. Таким образом, все устройства не показали чистой тяги в пределах нашего разрешения в наноньютоновом диапазоне, а это означает, что любая аномальная тяга должна быть ниже современной безтопливной тяги. Это накладывает сильные ограничения на все предлагаемые теории, такие как квантованная инерция, по крайней мере, на 4 порядка для геометрий лабораторного масштаба и уровней мощности, используемых с наихудшими предположениями для теоретических предсказаний.

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 третьем документе дрезденские физики описывают свои исследования «двигателя на эффекте Маха»:

«Здесь мы доказали, что двигатель на эффекте Маха (идея Дж. Вудворда), к сожалению, является вибрационным артефактом. а также не настоящий толчок.

Реферат – Проект SpaceDrive – Эксперименты с двигателями на эффекте Маха на высокоточных весах в вакууме
Концепции бестопливных космических двигателей тщательно исследуются с использованием высокоточных весов в рамках проекта SpaceDrive. Mach-Effect-Thruster, оригинальная конструкция от Woodward, основанная на особой вибрации асимметричного пьезоэлектрического стекового привода для создания тяги, является одной из концепций, которая была тщательно протестирована. В попытке проверить результаты, опубликованные в рецензируемой литературе, несколько устройств MET были испытаны на двух разных типах весов в условиях вакуума: крутильных весах и перевернутом уравновешенном двойном маятнике, а также на вращающемся устройстве. Приборы характеризуются фоновым шумом ниже 5 нН после усреднения и калибруются с использованием лазерной интерферометрии и звуковой катушки с источником тока высокого разрешения. Устройство, заключенное в заземленный экран из мю-металла на весах и питаемое от специальных усилителей, сканировалось с частотой от 20 до 50 кГц, чтобы определить рабочий диапазон с наибольшими отклонениями луча. Измерения с помощью крутильных весов из предыдущей кампании, по-видимому, указывают на вибрационные артефакты, тепловой шум и изменения центра масс эксперимента на определенных резонансных частотах. Эти измерения были повторены с различными ориентациями устройства на двойных маятниковых весах, и также наблюдались отклонения аналогичной величины, которые можно объяснить тепловым расширением и резонансом устройства. Запись перемещений обоих балансиров с частотой дискретизации до 25 МГц выявила значительную вибрацию при возбуждении актуатора вокруг его продольного резонанса независимо от крепления и изоляции. Расчеты и простое моделирование результирующей импульсной силы от вибраций подтверждают гипотезы, сделанные на основе измерений весов. Дополнительные испытания были проведены на вращающемся устройстве для изучения наличия флуктуаций массы в поле центробежной силы без необходимости синхронизации с двухтактной силой. Наши тесты выявили наличие механических артефактов, но отсутствие тяги.

ИСТОЧНИКИ — Университет Дрездена, Конференция: Space Propulsion 2020+1
Автор Брайан Ван, Nextbigfuture.com

Брайан Ван

Брайан Ван — идейный лидер футуризма и популярный научный блоггер, который ежемесячно читает 1 миллион человек. Его блог Nextbigfuture.com занимает первое место среди блогов научных новостей. Он охватывает множество прорывных технологий и тенденций, включая космос, робототехнику, искусственный интеллект, медицину, антивозрастную биотехнологию и нанотехнологии.

Известный тем, что определяет передовые технологии, в настоящее время он является соучредителем стартапа и занимается сбором средств для перспективных компаний на ранней стадии. Он является руководителем отдела исследований по распределению инвестиций в глубокие технологии и инвестором-ангелом в Space Angels.

Часто выступающий в корпорациях, он был спикером TEDx, спикером Singularity University и гостем многочисленных интервью для радио и подкастов. Он открыт для публичных выступлений и консультаций.

NASA измерило «невозможную» электромагнитную тягу — но так ли уж это важно?

«Медное ведро» — или прототип ЭМ привода — в вакуумной камере.

НАСА

Два года назад ученые НАСА объявили, что измерили то, что не должно быть возможным — тягу двигателя, не использующего топливо.

Теперь, после годичного обзора, статья с описанием работы была опубликована в Journal of Propulsion and Power . В нем описывается, как команда НАСА измерила тягу около 1,2 миллиньютона на киловатт от вызывающего споры электромагнитного или электромагнитного двигателя, хотя они не могут объяснить, как именно.

Новая работа придаст новый импульс технологии, которую одни преподносят как будущее космических путешествий, а другие — как псевдонаучную чушь. Но это далеко не окончательное доказательство того, что ЭМ-привод действительно работает.

Что такое привод EM?

Внизу на Земле мы передвигаемся с помощью трения. Колеса автомобиля толкают по дороге, заставляя его двигаться вперед (или назад, если вы едете задним ходом).

Проблема в космосе в том, что нечего отталкивать — вот почему вам нужно топливо. Согласно третьему закону Ньютона, где каждое действие имеет равную и противоположную реакцию, выброс материала в одном направлении толкает космический корабль в другом. В ракете топливо — это выхлопные газы, выбрасываемые через двигатели с огромной скоростью.

Электромагнитный двигатель — это предлагаемый новый способ движения без топлива, который делает космические корабли намного легче, дешевле и быстрее, поскольку им не нужно таскать с собой топливо.

В то время как лишь горстка групп физиков серьезно относится к идее электромагнитного привода, популярные средства массовой информации подогревают глобальный интерес к электромагнитному двигателю сообщениями, настолько захватывающими дух, что они, должно быть, были написаны в вакууме.

Если это сработает, электромагнитный двигатель сможет доставить нас на Марс всего за 10 недель (вместо шести месяцев). Между тем, путешествие к Альфе Центавра, ближайшей звездной системе к нашей Солнечной системе и родине, возможно, похожей на Землю планеты Проксима-b, займет 9 часов.2 года (в отличие от тысячелетий при использовании обычных двигателей).

О, и его изобретатель, британский инженер-электрик Роджер Шойер, также утверждает, что он даст нам летающие автомобили, неограниченную энергию и решит проблему глобального потепления. Его компания Satellite Propulsion Research Ltd в настоящее время ищет инвестиции для коммерциализации технологии.

Как это должно работать?

Основой ЭМ привода является металлический барабан, пустой, но для микроволновых фотонов, прыгающих внутри него миллионы раз в секунду.

{%recommended 1195%}

Когда фотоны отскакивают туда-сюда, они генерируют маленькую толкающую силу на каждом конце барабана, как шарики для пинг-понга, ударяющиеся о стену.

Пока в этом нет ничего спорного. Мы знаем, что фотоны обладают импульсом — именно так солнечный свет может приводить в движение космический корабль, оснащенный солнечным парусом.

Если барабан представляет собой цилиндр, силы на каждом конце уравновешиваются, и ничего не происходит. Но идея Шойера, предложенная примерно в 2001 году, заключается в использовании конического барабана, у которого один конец шире другого.

Из-за релятивистских эффектов, сказал он, такая форма создаст дисбаланс в силе отскока и вытолкнет весь барабан изнутри. Это «толкание изнутри» и есть то, что нарушает закон Ньютона.

Как выразился Джон Баэз, физик-математик из Калифорнийского университета в Риверсайде, «это все равно, что сесть в машину и заставить ее катиться вперед, нажимая на руль».

Проводник EM тестировался раньше?

Да, но не окончательно.

В 2012 году группа китайских ученых из Северо-Западного политехнического университета в Сиане сообщила об измерении большой чистой тяги (720 миллиньютонов при входной мощности 2500 Вт).

Позже они поняли, что это измерение было ошибкой, связанной с изворотливым кабелем питания. Они повторили свой эксперимент в начале 2016 года, и измеренная тяга исчезла.

Между тем, в июле 2015 года немецкая группа под руководством Мартина Таймара из Дрезденского университета также провела испытания ЭМ-привода в вакууме.

Они измерили тягу, но в нескольких направлениях помимо намеченного. Таймар пришел к выводу, что это «нулевой результат».

Так при чем тут НАСА?

Еще в 2013 году небольшая команда в Лаборатории перспективной физики движения НАСА начала возиться с ЭМ-двигателем и другой связанной с ним технологией под названием «Двигатель Канна».

Команду возглавляет Гарольд «Сонни» Уайт, ученый, пытающийся искривить пространство-время с помощью электромагнитных полей.

В начале работы над электромагнитным приводом команда Уайта действительно обнаружила чистую тягу, хотя поначалу их критиковали за то, что они выполняли работу только в воздухе.

Это означало, что они не могли исключить роль молекул воздуха, отбрасываемых от нагретого устройства во время работы, как источника аномальной тяги.

{%рекомендуется 606%}

Теперь та же команда опубликовала документ, описывающий их последние вакуумные испытания их ЭМ-привода. Результаты, кажется, рассеивают роль воздуха, потому что команда измеряет одинаковую тягу в нормальной атмосфере и в вакууме.

Они также обнаружили, что эта сила увеличивается примерно пропорционально увеличению мощности микроволн, чего можно было бы ожидать, если бы источником были микроволны.

В ходе эксперимента команда Уайта поместила свой электромагнитный привод на конец крутильных весов — прибора, измеряющего крошечные силы.

Они измерили тягу 1,2 миллиньютона на киловатт. Это та сила, которую вы почувствуете, если положите на ладонь семь зерен риса. Киловатт — это то, сколько может потреблять энергоемкий бытовой прибор, такой как пылесос.

Измеренная сила крошечная, но все же более чем в 100 раз сильнее, чем сила, создаваемая солнечным парусом. При непрерывной генерации даже одного миллиньютона может быть достаточно, чтобы разогнать космический корабль до огромных скоростей при наличии достаточного времени.

Группа обнаружила в своей установке девять возможных источников аномальной тяги и учла все возможные.

Например, чтобы учесть любую систематическую погрешность в их измерительном приборе, они установили устройство на качающемся рычаге в обоих направлениях. В обоих случаях тяга была направлена ​​на узкий конец устройства.

Удивительно, но оригинальная теория, предложенная Шойером, кажется, предсказывает, что тяга должна идти в противоположном направлении, чем показывают результаты НАСА. Вместо этого команда Уайта предполагает, что устройство может работать, отталкивая «квантовый вакуум», то есть море виртуальных частиц, которые заполняют даже пустое пространство.

Означает ли это, что НАСА «проверило» электромагнитный двигатель?

Нет. Получение статьи через экспертную оценку не является окончательным доказательством того, что привод EM действительно работает. Это просто означает, что группа независимых ученых изучила методы и не нашла ничего явно неправильного.

Ничто в стандартной физике не может объяснить, как может работать ЭМ-привод. Это не обязательно причина сразу отвергать результат — мы знаем, что физика неполна, — но это причина сохранять скептицизм. Как сказал Карл Саган, «необычные утверждения требуют экстраординарных доказательств».

Мы можем учиться только на «аномалиях» прошлого. Нейтрино со скоростью выше скорости света, обнаруженные ЦЕРН в 2011 году, оказались ошибкой неправильно подключенного оптоволоконного кабеля. Источник аномалии ЭМ-двигателя, скорее всего, является чем-то столь же обыденным.

Физик из Калифорнийского технологического института Шон Кэрролл написал в Твиттере еще в 2014 году: «То рвение, с которым люди принимают поверхностные утверждения о невозможных космических двигателях, заставило бы покраснеть поклонников астрологии».

Получайте новости о научных новостях прямо на свой почтовый ящик.

Несмотря на заголовки, ЭМ-двигатель по-прежнему ерунда

Заголовки гласят: «На Луну за четыре часа» и «Импульсный двигатель из Звездного пути» даже в таких популярных изданиях, как Telegraph.

Это старая история, которая, вероятно, будет всплывать на долгие годы. Это бесплатная энергия космических путешествий. Очарование просто слишком велико, чтобы чудаки могли его игнорировать.

Речь идет о EM Drive, о котором я писал здесь. Создатели привода утверждают, что он создает тягу без топлива. Физики говорят, что это нарушило бы закон сохранения импульса. Устройства, которые утверждают, что нарушают устоявшиеся законы физики, имеют ужасный послужной список.

Утверждается, что устройство работает, отражая микроволны в своей камере. В этом есть тонкая асимметрия, отскок сильнее в одном направлении, чем в другом, что создает толчок. Проблема с этим, конечно, в том, что тяга ничем не уравновешена, вы получаете чистый импульс в одном направлении без равного и противоположного импульса в другом. Ньютон недоволен.

Предыдущие тесты были неубедительны, производя небольшое количество аномальной тяги, которую можно легко объяснить экспериментальной ошибкой. Электромагнитный привод снова в заголовках с типичным преувеличением из-за нового исследования, посвященного приводу. Подробности исследования, хотя оно еще не опубликовано, не рецензировано и даже не представлено, доступны здесь: Прямые измерения тяги EMDrive и оценка возможных побочных эффектов.

Возможно, одна из причин, по которой это исследование привлекает столько внимания средств массовой информации, заключается в том, что его авторы, Мартин Таймар и Г. Фидлер, являются известными учеными с достаточной репутацией. Единственное, что имеет значение, однако, это детали самого исследования.

Исследование представляет собой попытку воспроизвести предыдущее исследование, показывающее небольшое количество аномальной тяги. Авторы заключают:

«Наша тестовая кампания не может подтвердить или опровергнуть утверждения EMDrive, но намерена независимо оценить возможные побочные эффекты в используемых до сих пор методах измерений. Тем не менее, мы наблюдаем толчки, близкие к фактическим предсказаниям, после устранения многих возможных источников ошибок, которые должны потребовать дальнейшего изучения явления».

Это утверждение должно заставить задуматься любого скептически настроенного читателя. Результаты исследования не могут подтвердить, что устройство работает. Однако они зафиксировали аномальную тягу. Вопрос, однако, в том, откуда исходит толчок, и исследование не может нам ответить.

Одним из вероятных источников является тепло, которое является известным источником фальшивой тяги, измеряемой в таких экспериментах. Эрик В. Дэвис, старший физик-исследователь Института перспективных исследований в Остине, отмечает:

«В заключительных абзацах [исследования] я отметил, что аппарат [Таймара] создавал тягу в сотни микроньютонов, когда он сильно нагревался, и что его измерительные приборы не очень точны, когда аппарат нагревался», — сказал Дэвис io9. «Он также заявил, что все еще записывает сигналы тяги даже после отключения электричества, что является огромным ключом  подсказки к тому, что его измерения тяги являются всеми ложными положительными сигналами тяги с систематическим артефактом».

Другими словами, измеренная тяга пришла и ушла с нагревом, а не с питанием устройства. Это огромный красный флаг, что измеренная тяга была побочным эффектом тепла, а не производилась ЭМ-двигателем. Проще говоря — это бред.

Ученые, как правило, не воспринимают эти утверждения всерьез, и не потому, что они ограничены или являются подставными лицами для Большого Пропеллента. Они настроены скептически, потому что у нас есть очень слабые доказательства, пытающиеся опровергнуть непоколебимый закон физики. Опять же, история не была благосклонна к таким утверждениям.

Я также отмечаю, что в ходе эксперимента была измерена очень маленькая тяга в микроньютонах. Это обычная картина, которую мы видим с устройствами свободной энергии или холодным синтезом. Они создают крошечные количества аномальной энергии, количество которых легко может быть связано с очень тонкими систематическими недостатками в экспериментальной установке. Затем сторонники утверждают, что эффект можно увеличить, но в этом-то и проблема. Тогда мы никогда не слышим о масштабном успехе, потому что тонкие ошибки не увеличиваются.

Здесь, вероятно, то же самое. Я буду впечатлен, когда они разработают ЭМ-привод, производящий настоящую ньютонную тягу, и эффект настолько велик, что тонкая ошибка не может быть объяснением. Начните летать на кораблях по Солнечной системе без топлива, и я рассмотрю возможность переписать учебники физики.