Ответы на 10 вопросов о «невозможном» космическом двигателе NASA
(Продолжение темы. Начало см. здесь: http://ru-universe.livejournal.com/762268.html ,
2-я часть - http://ru-universe.livejournal.com/762663.html
3-я часть - http://ru-universe.livejournal.com/763324.html
4-я часть - http://ru-universe.livejournal.com/765776.html
опрос - http://ru-universe.livejournal.com/766854.html)
По всему миру на прошлой неделе различные СМИ поместили сообщения о том, что американское космическое агентство NASA протестировало двигатель, принцип работы которого противоречит законам физики, и заявило, что этот двигатель реально работает. Журналисты сайта wired.com копнули глубже и нашли очень интересную дополнительную информацию, которая помогла ответить на наиболее важные вопросы читателей.
Источники - http://www.wired.co.uk/news/archive/2014-08/07/10-qs-about-nasa-impossible-drive ,
http://www.delfi.lt/mokslas/mokslas/10-klausimu-apie-neimanoma-varikli-kuris-veikia.d?id=65514870 ,
http://science.d3.ru/comments/583635
1. Может ли столь малая сила быть погрешностью измерения или результатом ошибки?
Оборудование рассчитано на измерение сил менее десяти микроньютонов, а полученная тяга была в несколько раз выше.
Испытательный стенд был тщательно разработан, чтобы удалить любые возможные источники ошибок. Даже волнение в Мексиканском заливе (находящемся в 40 км от лаборатории) каждые три-четыре секунды было бы зафиксировано датчиками, но влияние таких факторов было сведено к минимуму путем размещения приборов на пневматической подушке. Аппарат полностью изолирован, питание и сигналы проходят через жидкие металлические контакты, чтобы предотвратить какие-либо искажения при воздействии на кабели.
Также внимание было уделено и другим возможным факторам, которые могли повлиять на результат - например, защиту от электромагнитных эффектов. Где-то и мог иметь место всплеск, но вроде бы инженеры NASA работали очень тщательно.
2. Тягу также измеряли от «Null Drive»; не значит ли это, что эксперимент не удался?
Многие комментаторы (http://arstechnica.com/science/2014/08/dont-buy-stock-in-impossible-space-drives-just-yet/) указали на это, ошибочно полагая, что это был контрольный тест, и что тяга была измерена, когда не было никакого движения.
На самом деле «Null Drive» был модифицированной версией Cannae Drive - устройства в форме летающей тарелки с пазами, вырезанными только с одной стороны (см. схему - http://www.pbs.org/wgbh/nova/next/wp-content/uploads/2014/07/cannae-drive-schematic.jpg). Основная теория гласит, что пазы создают силовой дисбаланс в резонирующих микроволнах; «Null Drive» же был без пазов, но по-прежнему производил тягу при заполнении микроволнами. Казалось бы, что это является вызовом для теории - вероятно, неслучаен тот факт, что изобретатель Cannae Drive Гуидо Фетта патентует новую и необычную версию двигателя, но результаты остаются в силе.
Настоящий «нуль-тест» был, когда нагрузка была использована без резонатора и, как и ожидалось, при этом не дала тягу:
"Наконец, радиочастотная резистивная нагрузка 50 Ом была использована вместо тестируемого объекта, чтобы проверить, что нет никаких существенных системных эффектов, которые могли бы вызвать видимые или реальные перемещения крутильного маятника. Радиочастотная нагрузка была активирована дважды - оба раза на выходе усилителя было около 28 Ватт мощности, и оба раза не было замечено значительного сдвига маятника."
Также изменение ориентации установки на противоположную меняло вектор тяги.
3. Они не делали это в вакууме; как же мы узнаем, что результат справедлив в космосе?
Хотя в оригинале документа говорится, что тесты проводились "в вакуумной камере из нержавеющей стали с закрытой дверью, но с атмосферным давлении внутри", полный текст доклада описывает испытания, в которых турбовакуумные насосы использовались для понижения давления в испытательной камере до 0,000005 Торр, или около одной стомиллионной от нормального атмосферного давления.
4. Почему они не протестировали версию EmDrive Шоуэра так же, как Cannae Drive?
Оказывается, в январе этого года они делали тестирование версии EmDrive.
Результаты этих испытаний также были положительными, и на самом деле их конически-полостной привод, происходящий от китайского привода, который в свою очередь основан на EmDrive Шоуэра, дал 91 микроньютонов тяги при 17 Ватт мощности, по сравнению с 40 микроньютонами тяги при 28 Ватт для Cannae Drive.
5. Даже если он работает, как такая маленькая тяга может толкать космический корабль?
Тяга была низкой, потому что это очень маломощные устройства. Китайцы продемонстрировали систему, использующую киловатт вместо ватт мощности, которая производит толчок в 720 миллиньютонов (http://www.you-tech.it/index.php/content/download/12369/112491/file/yang-juan-paper-2012(1).pdf). Этого достаточно, чтобы поднять десятки грамм, что делает её конкурентоспособной с современными космическими двигателями. Разница в том, что этот двигатель не требует ракетного топлива, которое, как правило, занимает много веса ракеты и ставит ограничение на длительность работы обычных двигателей.
В документе NASA говорится, что «ожидаемое соотношение тяга/мощность для начальных полетов будет порядка 0,4 ньютона на киловатт электроэнергии (N/kWe), что почти в семь раз выше, чем у ионного двигателя, который используется на орбите сегодня».
6. Как он доставит нас на Марс?
Небольшой, но надёжный толкатель EmDrive идеально подходит для космических миссий, постепенно ускоряя космический корабль до высокой скорости.
В документе NASA проектируется «консервативный» пилотируемый полет на Марс с орбиты Земли на 90-тонном космическом корабле, управляемом по новой технологии. Используя 2-мегаваттный ядерный источник энергии, он может развить 800 ньютонов (180 фунтов) тяги. Вся миссия займет восемь месяцев, в том числе 70-дневное пребывание на Марсе.
Это сопоставимо с планами NASA с использованием традиционной технологии (http://www.lpi.usra.edu/meetings/leag2007/presentations/20071001.drake.pdf), которая занимает шесть месяцев, только чтобы добраться туда, и которая требует нескольких сотен тонн, которые будут выведены на орбиту Земли, чтобы стартовать с неё. Вы также должны оставаться там в течение по крайней мере 18 месяцев, пока вы ждёте, когда планеты выстроятся снова для пути обратно. Новый двигатель обеспечивает достаточно тяги, чтобы преодолеть гравитационное притяжение Солнца на этих расстояниях, что делает маневрирование намного легче.
Менее консервативная разработка предусматривает более совершенный двигатель, развивающий в десять раз больше тяги для той же мощности, что сокращает время перелёта на Марс до 28 дней, и может вообще летать по Солнечной системе как угодно - настоящая машина-мечта для NASA.
7. А как насчёт левитирующих скейтбордов и летающих тачек?
Сверхпроводящая версия EmDrive, будет, в принципе, генерировать в тысячи раз больше тяги (http://emdrive.com/terrestrialapplications.html). И поскольку она не требует энергии, чтобы просто удерживать предметы (так же, как стул не требует питания, чтобы держать вас на расстоянии от земли), то в принципе у вас может появиться скейтборд, который не требует энергии, чтобы парить в воздухе (http://www.scitech-news.ru/2014/08/uchenye-mogut-sozdat-xoverbord-na-osnove-mikrovolnovyx-dvigatelej/).
Но вы должны будете предоставить боковую тягу самостоятельно, или расходовать энергию толкания объекта наряду с другими средствами. Но, в любом случае, сверхпроводящая электроника довольно громоздка и дорога, поэтому супер-Emdrive-двигатель вы действительно не увидите в ближайшие годы.
8. Вероятно, единственный результат всего одной лаборатории окажется ошибкой?
Работа NASA основывается на предыдущих результатах Роджера Шоуэра из Великобритании (http://emdrive.com/demonstratorengine.html) и профессора Ян Чжуань (http://www.emdrive.com/yang-juan-paper-2012.pdf) из Северо-Западного Политехнического Университета в г. Сиань, а также на работах Гуидо Фетта над Cannae [Drive] (http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2014-3853). Это больше, чем подтверждения.
9. Почему нет чёткого объяснения того, как всё это должно работать, не нарушая законы физики?
Различные исследовательские группы имеют свои собственные теории о принципах работы двигателя. Шоуэр основывается на теории относительности, китайский метод основан на Законе Максвелла (http://en.wikipedia.org/wiki/Maxwell's_equations), а NASA в настоящее время рассуждает об отталкивании от «виртуальных частиц квантового вакуума» и говорит, что это «подобно тому, как подводная лодка взаимодействует с водой, которая его окружает». Отчёт NASA намеренно избегает любого теоретического обсуждения по этому вопросу, и не без оснований.
Ни одно из этих объяснений не стало безоговорочным у теоретиков, и можно справедливо сказать, что нет общепринятого объяснения того, каким же образом система резонирующих микроволн может производить тягу. Нет приемлимого теоретического объяснения, как высокотемпературные сверхпроводники работают (http://en.wikipedia.org/wiki/High-temperature_superconductivity), но поскольку эффект был воспроизведён так много раз, то никто и не сомневается, что он произойдет снова.
Если новые результаты тестов двигателя будут повторены, то теория, возможно, будет найдена.
10. Что будет дальше?
Следующим этапом будут новые тесты и новые проверки. Усовершенствованный вариант конического двигателя, основанный на EmDrive, уже разработан, и он будет собран и отправлен на другие объекты, чтобы они могли подтвердить первоначальные результаты.
Текущий план состоит в 4-м и 5-м испытаниях (независимая верификация и валидация):
в Исследовательском Центре Гленна с использованием их крутильного маятника (http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/46791) с малой тягой, аналогичного тому, который уже был испытан, и затем ещё в Лаборатории реактивного движения (JPL), которая имеет свой собственный крутильный маятник с малой тягой. Лаборатория Прикладной Физики Университета Джонса Хопкинса может также проверить устройство, используя другой тип аппарата, известный как Весы Кавендиша (https://ru.wikipedia.org/wiki/Эксперимент_Кавендиша).
После этого, возможно, что дальнейший уровень - это небо. Посмотрим.