2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое двигатель emdrive

EmDrive

EmDrive — двигательная установка, состоящая из магнетрона и резонатора, впервые предложенная британским инженером Роджером Шойером в 1999 году [1] . Согласно современным научным представлениям не является работоспособной [2] . Высокоточные измерения 2021 года окончательно доказали, что установка EmDrive не создаёт никакой тяги [3] .

Содержание

  • 1 Устройство EmDrive
    • 1.1 EmDrive с научной точки зрения
  • 2 Экспериментальная проверка
    • 2.1 Производители установок
    • 2.2 Группа Яна Цзюаня (Северо-западный политехнический университет)
    • 2.3 Группа Гарольда Уайта (Eagleworks)
    • 2.4 Группа Мартина Таймара (Дрезденский технический университет)
    • 2.5 Предполагаемые китайские испытания в космосе
    • 2.6 Плимутский университет
  • 3 См. также
  • 4 Примечания
  • 5 Ссылки

Устройство EmDrive [ править | править код ]

Используемый в установке магнетрон генерирует микроволны, энергия их колебаний накапливается в резонаторе высокой добротности, и, по заявлениям автора, стоячая волна электромагнитных колебаний в замкнутом резонаторе специальной формы является источником тяги [4] . Вне резонатора не испускается не только вещество, но и электромагнитное излучение [5] ; иными словами, EmDrive — не фотонный двигатель. Но даже если бы создаваемые магнетроном микроволны полностью излучались в одном направлении, полученная тяга была бы значительно меньше заявленной тяги EmDrive [5] .

Отсутствие расходуемого рабочего тела у этого двигателя, очевидно, нарушает закон сохранения импульса [8] [9] [10] , а какое-либо общепринятое объяснение этого противоречия авторами разработок не предложено — сам Шойер опубликовал нерецензированную работу с объяснением, но физики отмечают, что теория радиационного давления более сложна, чем упрощённый аппарат, использованный Шойером, а его объяснения в целом противоречивы [10] [11] .

EmDrive с научной точки зрения [ править | править код ]

Теоретическая физика предсказывает, что EmDrive неработоспособен и любые положительные результаты экспериментов могут быть лишь артефактами измерений, поскольку работоспособность EmDrive противоречила бы закону сохранения импульса.

Для предполагаемого факта работоспособности EmDrive были предложены различные теоретические объяснения, противоречащие, однако, установленным в физике представлениям о природе вакуума, инерции и электромагнитных волн [12] [10] .

Экспериментальная проверка [ править | править код ]

Экспериментальные данные долгое время не давали однозначного подтверждения или опровержения работоспособности подобной установки, что было связано в том числе с небольшой величиной предполагаемого эффекта, сравнимой с погрешностями измерений [13] [14] . Физики объясняли полученные экспериментаторами немногочисленные положительные результаты ошибками в экспериментах [15] . Единственное опубликованное в научном журнале независимое исследование, которое показало положительный результат — это эксперимент группы Eagleworks 2016 года, в котором были устранены многие источники возможных ошибок [16] . Однако работы научной группы из Дрезденского технического университета показали, что измеряемая «тяга» EmDrive возникает из-за влияния внешних факторов, а не из-за самого аппарата [17] [3] . Высокоточные измерения установки EmDrive проведенные Дрезденской научной группой в 2021 году повысили точность результатов предыдущих измерений более чем на три порядка, никакой «тяги» обнаружено не было [18] .

Производители установок [ править | править код ]

Впервые британский инженер аэрокосмонавтики Роджер Шойер (англ. Roger John Shawyer ) представил EmDrive в 1999 году [1] . В декабре 2002 года основанной Шойером компанией Satellite Propulsion Research был представлен первый якобы действующий прототип, развивающий усилие 0,02 Н [19] [20] [21] . В октябре 2006 года той же компанией был показан прототип с заявленной силой тяги 0,1 Н [22] . В 2015 году был представлен очередной вариант EMDrive со сверхпроводящей полостью [4] .

В период 2006—2011 гг. американской компанией Cannae LLC под руководством Гвидо Фетта был создан «Cannae Drive» (также известен как «Q-drive») — двигатель, для которого был заявлен аналогичной принцип работы [23] [24] [25] .

Группа Яна Цзюаня (Северо-западный политехнический университет) [ править | править код ]

В период 2008—2010 гг. в китайском Северо-западном политехническом университете под руководством профессора Яна Цзюаня был создан прототип, якобы развивавший усилие 0,72 Н [26] [27] . В 2016 году результаты этой статьи были опровергнуты её авторами, так как была обнаружена ошибка в измерениях, после исправления которой измеренная тяга оказалась в пределах шума измерений [28] [29] .

Группа Гарольда Уайта (Eagleworks) [ править | править код ]

С 2013 года двигатель «Cannae Drive» испытывался в лаборатории Eagleworks. Эта лаборатория работает в космическом центре имени Джонсона под эгидой НАСА со сравнительно маленьким бюджетом 50 тыс. долларов в год и специализируется на исследовании технологий, противоречащих общепринятым научным представлениям [30] . Работы проводились под руководством Гарольда Уайта. Уайт считал, что такой резонатор может работать посредством создания виртуального плазменного тороида, который реализует тягу с помощью магнитной гидродинамики при квантовых колебаниях вакуума [31] .

В ходе экспериментов 2013—2014 годов был получен аномальный результат — тяга величиной около 0,0001 Н [32] [33] [34] . Испытание проводилось на крутильном маятнике для малых сил, который способен обнаруживать силы в десятки микроньютонов, в вакуумной камере из нержавеющей стали при комнатной температуре воздуха и нормальном атмосферном давлении [32] . Испытания резонатора были проведены на очень низкой мощности (в 50 раз меньшей, чем при эксперименте Шойера в 2002 году), но чистая тяга при пяти запусках составила 91,2 мкН при подводимой мощности 17 Вт . Кратковременная наибольшая тяга составила 116 мкН при той же мощности [32] .

Читать еще:  Двигатель 4 м41 характеристики

Публикация работы Eagleworks привела к тому, что иногда EmDrive описывается как «опробованный НАСА», хотя официальная позиция агентства гласит, что «это небольшой проект, который пока не привёл к практическим результатам» [35] .

В ноябре 2016 года была опубликована работа [7] , выполненная инженерами лаборатории NASA Eagleworks, в которой учтены и устранены многие источники возможных ошибок, измерена тяга EmDrive и сделан вывод о работоспособности этой установки. Согласно этой статье, двигатель смог развить тягу в 1,2 ± 0,1 мН/кВт в вакууме с мощностями 40, 60 и 80 Вт . В статье предполагается, что работоспособность двигателя может объясняться при помощи теории волны-пилота [36] [37] .

Группа Мартина Таймара (Дрезденский технический университет) [ править | править код ]

В июле 2015 года были проведены испытания под руководством Мартина Таймара в Дрезденском техническом университете [38] [20] . Результаты не подтвердили, но и не опровергли работоспособность EmDrive [39] [40] .

В 2018 году были опубликованы новые результаты группы Мартина Таймара, согласно которым тяга, наблюдаемая в экспериментах с EmDrive (в том числе, видимо, экспериментах группы Eagleworks), связана скорее с недостаточным экранированием установки от магнитного поля Земли, чем с самой двигательной установкой: измерения показывали наличие небольшой тяги в одном и том же направлении даже при изменении ориентации установки или подавлении электромагнитных волн, поступающих в полость [41] .

Дальнейшие испытания группы Таймара окончательно показали, что EmDrive не создаёт тяги [3] .

Предполагаемые китайские испытания в космосе [ править | править код ]

В декабре 2016 года, ссылаясь на пресс-конференцию одной из дочерних компаний Китайской академии космических технологий (CAST), издание International Business Times [en] сообщило, что правительство КНР с 2010 года финансирует исследования двигателя, а прототипы EmDrive были отправлены в космос [42] для проверки на борту космической лаборатории «Тяньгун-2» [43] [44] [45] . Доктор Чэнь Юэ (Chen Yue) из CAST, согласно публикации International Business Times, подтвердил факт изготовления прототипа двигателя для тестирования на низкой околоземной орбите [46] [47] [48] [49] .

В сентябре 2017 года появились новые сообщения об успешном создании работающего прототипа двигателя EmDrive в Китае [50] [51] .

Плимутский университет [ править | править код ]

В 2018 году агентство DARPA выделило Плимутскому университету [en] 1,3 млн долларов на изучение и создание «двигателя бестопливного типа» на базе «квантованной инерции» (альтернативная космологическая гипотеза Майка Маккаллоха, англ. Dr Mike McCulloch , противоречащая специальной и общей теории относительности [52] ) [53] . Отдельные СМИ сообщают о связи проекта с идеями EmDrive [54] .

Испытания EmDrive показали, что двигатель не создает тяги

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.

Читать еще:  Что такое лакообразование в двигателе

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.

Инженер NASA предложил новый вариант «невозможного» двигателя

Сотрудник Центра космических полетов имени Маршалла NASA Дэвид Бёрнс (David Burns) предложил концептуальную схему двигателя для космических путешествий, который не использует реактивную тягу и должен приводить к нарушению закона сохранения импульса. Принцип работы заключается в использовании релятивистской поправки к импульсу быстро движущегося тела, говорится в презентации, размещенной на сервере NASA для технических отчетов.

Все используемые сегодня в космической индустрии двигатели являются реактивными — они ускоряются за счет выбрасывания струи вещества в противоположную от направления движения сторону. Обычно применяются химические двигатели, в которых выбрасываются продукты реакции топлива и окислителя. Также используются ионные двигатели, в которых тягу создают ускоренные в электромагнитных полях ионы, но их тяга невелика.

Несколько лет назад активно обсуждался «невозможный» двигатель EmDrive. Его основными компонентами были медный резонатор в виде усеченного конуса и источник микроволнового излучения — магнетрон. По утверждениям создателей, несимметричная форма резонатора приводила к установлению внутри специфических электромагнитных колебаний, которые оказывали на широкое основание чуть большее давление, чем на узкое, в результате чего возникала тяга. На данный момент окончательного решения по поводу работоспособности установки нет, но в большинстве исследований не удалось обнаружить заявленного эффекта.

Дэвид Бёрнс опубликовал схему совсем иного двигателя, функционирование которого с точки зрения закона сохранения импульса также спорно. Принцип работы заключается в использовании релятивистской поправки к импульсу при движении с околосветовой скоростью, которая должна позволять телу внутри двигателя периодически оказывать различающееся давление на противоположные стенки.

Принцип работы нового двигателя можно понять из классического аналога — грузика внутри коробки. Если грузик без трения движется внутри полости и отражается от ее стенок, то он периодически отдает им импульс. Однако законы механики Ньютона запрещают при этом двигаться центру масс системы — если смотреть снаружи, то коробка будет совершать колебательные движения около положения равновесия.

Однако если представить ситуацию, что свойства грузика меняются в зависимости от направления движения, то он сможет оказывать на противоположные стенки разное воздействие, которое будет со временем суммироваться и постепенно ускорять всю систему. В классической физике такое явление невозможно, но Бёрнс предлагает обойти это ограничение за счет эффектов Специальной теории относительности.

Согласной этой теории, импульс тела равен не только произведению массы на скорость, также необходимо умножить эту величину на гамма-фактор, который при небольших скоростях очень близок к единице, но при стремлении к скорости света возрастает. Согласно концепции, грузик должен быть заменен на кольцо из ионов, которые надо ускорять при движении всего пучка в одном направлении и замедлять в противном случае. При этом установка становится похожа на ускоритель частиц с магнитным полем, из-за чего траектории частиц примут спиральный вид. Это обстоятельство легло в основу авторского названия «спиральный двигатель» (Helical Engine).

Для оценки тяги двигателя Бёрнс приводит результаты моделирования для конкретных параметров. В этом примере длина полости составляет 120 метров, малый радиус, на котором вращаются ионы после замедления, — примерно 3,2 метра, а большой — 3,5 метра. В симуляции использовались альфа-частицы (ядра гелия), скорость которых менялась от 99 до 99,05 процентов скорости света, что соответствует гамма-факторам 7,09 и 7,26. Всего в пучке было примерно 1,6 × 10 12 частиц, а магнитное поле составляло от 13,16 до 13,79 тесла. В результате работы такого двигателя по утверждению Бёрнса получается суммарная тяга около одного ньютона при суммарном энергопотреблении в 165 мегаватт.

В заключении автор пишет, что его идея фактически представляет собой запуск в космос синхротрона, потребляющего мегаватты энергии для генерации крошечной тяги, что не является достаточным обоснованием для постройки. Однако потенциально система обладает чрезвычайно высоким удельным импульсом, что теоретически позволяет ей ускоряться почти до скорости света. При этом вопрос с законом сохранения импульса Бёрнс оставляет без ответа: он предполагает, что он может уноситься в виде излучения, но окончательной ясности нет.

Ранее с нулевым результатом завершился проект Google по воспроизведению экспериментов в области холодного ядерного синтеза.

Читать еще:  Что такое пайп на двигатель

EmDrive дает тягу из-за плохого экранирования

В течение нескольких лет ученые ведут обсуждение «невозможного двигателя» EmDrive, который дает «лишнюю» тягу, которая берется как бы из ниоткуда. Его многократно проверяли, как обычные энтузиасты, так и ученые из НАСА. Каждый раз оказывалось, что двигатель хотя бы и очень малую тягу, но дает. И это каждый раз вызывало удивление и непонимание экспертов.

На днях стало известно о результатах проверки «невозможных» двигателей (не только EmDrive) со стороны ученых из Дрезденского технического университета. Результаты неутешительны для тех, кто уже собирался лететь на EmDrive к звездам. Ученые, проводившие эксперименты, уверены, что тяга возникает из-за плохого экранирования двигателя.

EmDrive был представлен широкой общественности в 1999 году Роджером Шойером. На Geektimes он неоднократно описывался. В частности, говорилось, что конструкция двигателя — это несколько элементов, включая несимметричный резонатор и магнетрон. Последний направляет на резонатор электромагнитное излучение, провоцируя появление стоячих электромагнитных волн. Из-за того, что конструкция несимметрична, волны создают разное давление на стенки двигателя и дают тягу.

Ранее утверждалось, что работа двигателя нарушает закон сохранения импульса. Два года назад НАСА опубликовало результаты исследования двигателя. Тогда ученые выяснили, что в случае подведения электрической мощности в 60 Вт двигатель дает тягу около 80 микроньютонов. После того, как столь авторитетная организация опубликовала такие результаты, с ними уже мало кто хотел спорить, хотя до этого момента большое количество ученых подвергали сомнению существование тяги.

Относительно недавно к хору голосов, ратующих за «двигатель нового типа» присоединились и китайцы, которые заявили, что EmDrive работает. Тем самым они подтвердили результаты опытов их коллег из НАСА. Сообщалось даже, что ученые из КНР решили испытать двигатель на орбите Земли.

Сейчас возможности двигателя решили изучить специалисты под руководством Мартина Таймара из Дрезденского университета. Они использовали для измерения тяги двигателей при помощи специализированной установки, разработанной более четырех лет назад и с тех пор непрерывно совершенствующейся. Это нечто вроде крутильных весов, которые были изобретены в конце XVIII века, их использовали для проверки и измерений законов Кулона и Ньютона. Правда, если в обычных крутильных весах использовалась нить, то в разработке немцев установлены чувствительные крутильные пружины, удерживающие камеру с двигателем. Смещение камеры измеряется при помощи лазерного интерферометра.

Точность устройства настолько высока, что оно позволяет зафиксировать силу тяги величиной в несколько микроньютонов. Для того, чтобы обеспечить чистоту экспериментов, ученые решили снизить до минимума влияние факторов, которые могли бы дать лишнюю тягу. Для этого двигатель поместили в условия почти полного вакуума, установили систему мониторинга микроклимата установки и защитили двигатель от наводок при помощи дополнительных экранов.

Несмотря на все принятые меры предосторожности двигатель продолжал работать, его тяга составила около 4 микроньютонов. Это даже несколько больше, чем показывали результаты нескольких других экспериментов. Но проблема в том, что были зафиксированы и смещения камеры. Хуже всего для стройной теории «невозможного двигателя» то, что тяга сохранялась даже в том случае, если электромагнитные колебания внутри подавлялись.

По мнению специалистов все это потому, что никакой неучтенной тяги нет, а проблема — с внешними факторами, пускай и малозаметными. Один из факторов — магнитное поле Земли. Выше уже говорилось, что несмотря дополнительную защиту двигателя экранами тяга все равно появлялась. Поэтому и был сделан вывод о тяге в качестве проявления воздействия магнитного поля Земли.

Кроме EmDrive испытывались и другие двигатели, включая двигатель Маха, который был предложен Джеймсом Вудвартом в 1990 году. Здесь для работы используются принцип, что инерционная масса тела возникает лишь за счет гравитационного взаимодействия со всеми телами Вселенной. Взаимодействие изменяется в том случае, если колеблются отдельные части тела, что позволяет колебаться и массе тела. Если подобрать изменения установив определенный порядок, можно добиться тяги. Тяга получилась тоже небольшой — что-то около 1,2 микроньютона. Но как оказалось величина тяги все равно зависела от угла поворота двигателя, что указывает на наличие внешних факторов, как и в случае с EmDrive.

Пока что доказательства «неработоспособности» двигателей являются лишь косвенными, но ученые работают над тем, чтобы ознакомить со своим трудом других коллег. Многие ученые и раньше высказывались в отношении работы EmDrive в том духе, что несмотря на то, что внешний фактор, который обеспечивает «лишнюю» тягу, пока не найден, вся конструкция не может нарушать законы физики. Речь идет либо о погрешности, либо о том самом неучтенном факторе. Единороги — не существуют, как бы нам того ни хотелось.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector