От раждането на космическата епоха мечтата за пътуване до друга слънчева система се поддържаше в съответствие с ракетата, което силно ограничава скоростта и размера на космическия кораб, който изстрелваме в космоса. Учените изчисляват, че дори и при най-мощните ракетни двигатели днес, ще са необходими около 50 000 години, за да достигнем най-близката ни междузвездна съседка, Алфа Кентавър. Ако хората някога се надяват да видят извънземно слънце, времето за транзит трябва да бъде значително намалено.
Работи ли невъзможното EmDrive?
Сред модерните концепции за двигатели, които биха могли да извадят това от земята, много малко са предизвикали толкова вълнение - и спор - колкото EmDrive. За първи път описан преди близо двадесет години, EmDrive работи, като преобразува електричеството в микровълни и насочва електромагнитното излъчване през конусна камера. На теория микровълните могат да оказват натиск върху стените на камерата и да създадат достатъчно тяга за движение на космически кораб в космоса. Засега обаче EmDrive съществува само като лабораторен прототип и все още не е ясно дали изобщо е способен да генерира тяга. Ако това стане, значи сили, които не са достатъчно силни, за да се видят с просто око, камо ли да движат апарата.
Въпреки това, през последните няколко години, няколко учени, включително НАСА, твърдят, че успешно са постигнали тяга с EmDrive. Ако това е вярно, ние сме за един от най-големите пробиви в историята на космическите изследвания. Проблемът е, че тягата, наблюдавана в тези експерименти, е толкова малка, че е трудно да се каже дали изобщо съществува.
Решението е да се разработи инструмент, който може да измерва тези малки прояви на тяга. Затова екип от физици от немския Technische Universität Dresden реши да създаде устройство, което да реши този проблем. Проектът SpaceDrive, ръководен от физика Мартин Таймар, е за създаването на инструмент, толкова чувствителен и имунизиран към смущения, че ще прекрати дискусията веднъж завинаги. През октомври Таймар и неговият екип представиха своя втори набор от експериментални измервания на EmDrive на Международния астронавтичен конгрес, а резултатите им ще бъдат публикувани в Acta Astronautica този август. Въз основа на резултатите от експериментите, Таймар казва, че разрешаването на сагата с EmDrive ни чака след няколко месеца.
Много учени и инженери не вярват в EmDrive, защото той нарушава законите на физиката. Микровълните, които бутат стените на камерата на EmDrive, изглежда, създават тяга ex nihilo, тоест от нищо, което противоречи на запазването на инерцията - действие и никаква реакция. Привържениците на EmDrive от своя страна търсят отговори в умни интерпретации на квантовата механика, опитвайки се да разберат как EmDrive би могъл да работи, без да нарушава физиката на Нютон. „От теоретична гледна точка никой не го приема насериозно“, казва Таймар. Ако EmDrive е в състояние да генерира тяга, както твърдят някои групи, "никой няма представа откъде идва". Когато има теоретична пропаст с такава величина в науката, Таймар вижда само един начин да го затвори: експериментален.
Промоционално видео:
В края на 2016 г. Таймар и още 25 физици се събраха в Естес Парк, Колорадо, за първата конференция за EmDrive и свързаните с тях екзотични задвижващи системи. Една от най-интересните презентации беше дадена от Пол Марш, физик в лабораторията на Eagleworks на НАСА, където той и колегата му Харолд Уайт тестваха различни прототипи на EmDrive. Според представянето на Marsh и последващ доклад в Journal of Propulsion and Power, той и Уайт наблюдават няколко десетки микроневици на тяга в прототипа си EmDrive. За сравнение, един двигател на SpaceX Merlin произвежда около 845 000 нютона на тяга на морско ниво. Проблемът за Марш и Уайт обаче беше, че тяхната експериментална настройка включваше множество източници на смущения, така че те не можеха да кажат със сигурност какво причинява тягата.или специфична пречка.
Таймар и екипът от Дрезден използваха точна реплика на прототипа EmDrive, използван в лабораторията на НАСА. Това е пресечен меден конус - с отрязана горна част - точно под крак. Този дизайн е изобретен от инженера Роджър Шеуер, който за първи път описва EmDrive през 2001 г. По време на тестване конусът EmDrive се поставя във вакуумна камера. Извън камерата устройството генерира микровълнов сигнал, който се предава чрез коаксиални кабели към антени в конуса.
Това не е първият път, когато екип в Дрезден се опитва да измери почти незабележима сила. Те създадоха подобни устройства за работа на йонни двигатели, които се използват за точно позициониране на спътници в космоса. Тези микронеутонови двигатели помагат на спътниците да откриват слаби явления като гравитационни вълни. Но изучаването на EmDrive и подобни двигатели без гориво ще изисква разделителна способност на nanonewton.
Новият подход беше да се използва торсионен баланс, махало тип баланс, който измерва количеството въртящ момент, приложен към оста на махалото. По-малко чувствителната версия на този баланс беше използвана и от екипа на НАСА, когато решиха, че EmDrive произвежда тяга. За да измери точно тази малка сила, екипът от Дрезден използва лазерен интерферометър за измерване на физическото изместване на балансните тегла, произведени от EmDrive. Торсионните им кантари имат разделителна способност на nanonewton и поддържат няколко килограма тяги, каза Таймар, което ги прави най-чувствителните везни на тягата в съществуването.
Но наистина чувствителните тежести на тягата е малко вероятно да бъдат полезни, освен ако не можете да определите дали откритата сила е тяга, а не външна намеса. И има много алтернативни обяснения за наблюденията на Марш и Уайт. За да определят дали EmDrive действително произвежда тяга, учените трябва да могат да предпазват устройството от смущения от магнитните полета на Земята, сеизмични вибрации в околната среда и топлинно разширение на EmDrive, свързано с микровълно загряване.
Таймар каза, че промяната в дизайна на торсионния баланс - за по-добър контрол на захранването на EmDrive и защитата му от магнитни полета - ще се справи с редица проблеми на смущения. Беше много по-трудно да се реши проблема с „термичния дрейф“. Когато се приложи мощност към EmDrive, медният конус се нагрява и разширява, измествайки центъра на тежестта си достатъчно, че торсионният баланс регистрира сила, която може да бъде сбъркана за сцепление. Тайман и неговият екип се надяваха, че промяната на ориентацията на двигателя ще помогне за решаването на този проблем.
В 55 експеримента Таймар и неговите колеги записаха средно 3,4 микронегона на сила от EmDrive, което беше много подобно на това, което откриха в НАСА. Уви, тези сили очевидно не са стигнали до теста за термично изместване. Те бяха по-характерни за термично разширение, отколкото тяга.
Но за EmDrive надеждата не се губи. Taimar и неговите колеги също разработват два допълнителни вида тежести, включително свръхпроводящ баланс, които ще помогнат за премахване на фалшиви позитиви, причинени от термичен дрейф. Ако намерят силата от EmDrive в този мащаб, има вероятност наистина да е тласък. Но ако скалата не открие никаква тяга, това ще означава, че всички предишни наблюдения на тягата на EmDrive са били фалшиво положителни. Таймар се надява да получи окончателна присъда преди края на годината.
Но дори отрицателните резултати няма да означават присъда за EmDrive. Има много други видове двигатели без гориво. И ако някога учените разработят нови форми на движение с ниска тяга, свръхчувствителните тягови везни ще помогнат да отделят измислиците от фактите.
Иля Кел