Sedan rymdålderns födelse har drömmen om en resa till ett annat solsystem hållits i en "raketkoppel" som kraftigt begränsar hastigheten och storleken på rymdskeppet som vi lanserar ut i rymden. Forskare uppskattar att även med de mest kraftfulla raketmotorerna idag kommer det att ta cirka 50 000 år att nå vår närmaste interstellära granne, Alpha Centauri. Om människor någonsin hoppas se en främmande sol gå upp, bör transittiderna minskas avsevärt.
Kör den omöjliga EmDrive?
Bland de avancerade motorkoncept som kunde få detta från marken har väldigt få genererat lika mycket spänning - och kontrovers - som EmDrive. EmDrive beskrevs för nästan tjugo år sedan genom att konvertera elektricitet till mikrovågor och leda denna elektromagnetiska strålning genom en konisk kammare. I teorin kan mikrovågor sätta press på kammarens väggar och skapa tillräckligt kraft för att röra ett rymdskepp i rymden. För tillfället existerar EmDrive emellertid endast som en laboratorieprototyp, och det är fortfarande oklart om den alls kan generera drivkraft. Om det gör det är det krafter som inte är tillräckligt starka för att ses med blotta ögat, än mindre flytta apparaten.
Under de senaste åren har dock flera forskare, inklusive NASA, hävdat att de framgångsrikt har producerat drivkraft med EmDrive. Om detta är sant, är vi i ett av de största genombrotten i rymdutforskningens historia. Problemet är att drivkraften som observerats i dessa experiment är så liten att det är svårt att se om det finns alls.
Lösningen är att utveckla ett instrument som kan mäta dessa mindre tryckmanifestationer. Därför beslutade ett team av fysiker från det tyska Technische Universität Dresden att skapa en enhet som skulle lösa detta problem. SpaceDrive-projektet, ledat av fysiker Martin Taimar, handlar om att skapa ett instrument så känsligt och immunt mot störningar att det kommer att avsluta diskussionen en gång för alla. I oktober presenterade Taimar och hans team sin andra uppsättning experimentmätningar, EmDrive, vid den internationella astronautiska kongressen, och deras resultat kommer att publiceras i Acta Astronautica i augusti. Baserat på resultaten från experimenten säger Taimar att upplösningen av sagan med EmDrive väntar på oss om ett par månader.
Många forskare och ingenjörer tror inte på EmDrive eftersom det bryter mot fysikens lagar. Mikrovågorna som skjuter upp väggarna i EmDrive-kammaren verkar generera drivkraft ex nihilo, det vill säga, utifrån ingenting, som strider mot bevarandet av momentum - handling och ingen reaktion. EmDrive-förespråkare letar i sin tur efter svar i smarta tolkningar av kvantmekanik, och försöker förstå hur EmDrive kunde fungera utan att bryta Newtons fysik. "Ur teoretisk synvinkel är det ingen som tar det på allvar," säger Taimar. Om EmDrive kan generera drivkraft, som vissa grupper hävdar, "har ingen aning om var den kommer ifrån." När det finns ett teoretiskt gap av denna storlek i vetenskapen ser Taimar bara ett sätt att stänga det: experimentellt.
Kampanjvideo:
I slutet av 2016 samlades Taimar och 25 andra fysiker i Estes Park, Colorado för den första konferensen om EmDrive och relaterade exotiska framdrivningssystem. En av de mest intressanta presentationerna gavs av Paul Marsh, en fysiker vid NASA: s Eagleworks-laboratorium, där han och hans kollega Harold White testade olika prototyper av EmDrive. Enligt Marshs presentation och en efterföljande rapport i Journal of Propulsion and Power, observerade han och White flera tiotals mikrontontryck i sin EmDrive-prototyp. Som jämförelse producerar en enda SpaceX Merlin-motor cirka 845 000 Newtons drivkraft vid havsnivån. Problemet för Marsh och White var dock att deras experimentella installation inkluderade flera störningskällor, så att de inte kunde säga säkert vad som orsakade drivkraften.eller ett specifikt hinder.
Taimar och Dresden-teamet använde en exakt kopia av EmDrive-prototypen som användes i NASA-laboratoriet. Det är en avkortad kopparkotte - med toppen avskuren - precis under en fot lång. Denna design uppfanns av ingenjören Roger Scheuer, som först beskrev EmDrive 2001. Under testning placeras EmDrive-konen i en vakuumkammare. Utanför kameran genererar enheten en mikrovågsignal som överförs via koaxialkablar till antenner inuti konen.
Det här är inte första gången ett lag i Dresden försöker mäta nästan omöjlig styrka. De skapade liknande enheter som fungerar på jonmotorer, som används för att exakt placera satelliter i rymden. Dessa Micronewton-motorer hjälper satelliter att upptäcka svaga fenomen som gravitationella vågor. Men att studera EmDrive och liknande motorer utan bränsle kräver nanonewton-upplösning.
Den nya metoden var att använda en torsionsbalans, en balans av pendeltyp som mäter mängden vridmoment som appliceras på pendelns axel. En mindre känslig version av denna balans användes också av NASA-teamet när de beslutade att EmDrive skulle producera drivkraften. För att mäta denna lilla kraft exakt använde Dresden-teamet en laserinterferometer för att mäta den fysiska förskjutningen av balansvikterna som producerades av EmDrive. Deras torsionsskalor har nanonewton-upplösning och stöder flera kilogram thrusterar, sade Taimar, vilket gör dem till de mest känsliga tryckskalorna som finns.
Men verkligen känsliga tryckvikter kommer sannolikt inte att vara till hjälp om du inte kan avgöra om den detekterade kraften är tryckkraft och inte en extern störning. Och det finns många alternativa förklaringar till Marsh och Whites iakttagelser. För att avgöra om EmDrive faktiskt producerar drivkraft måste forskare kunna skydda enheten från störningar från jordens magnetfält, seismiska vibrationer i miljön och termisk expansion av EmDrive i samband med uppvärmning av mikrovågsugn.
Taimar sa att genom att göra ändringar i utformningen av torsionsbalansen - för att bättre kontrollera EmDrive-strömförsörjningen och skydda den från magnetfält - kommer det att tas upp ett antal störproblem. Det var mycket svårare att lösa problemet med "termisk drift". När kraft appliceras på EmDrive, värms kopparkonen upp och expanderar och förskjuter tyngdpunkten så mycket att torsionsbalansen registrerar en kraft som kan misstas för dragkraft. Taiman och hans team hoppades att ändra motorns orientering skulle hjälpa till att lösa detta problem.
I 55 experiment registrerade Taimar och hans kollegor i genomsnitt 3,4 mikronton kraft från EmDrive, vilket var mycket likt det de hittade på NASA. Tyvärr kom dessa krafter uppenbarligen inte till termisk förskjutningstest. De var mer karakteristiska för termisk expansion än drivkraft.
Men för EmDrive försvinner inte hoppet. Taimar och kollegor utvecklar också ytterligare två typer av tryckvikter, inklusive en supraledande balans, som hjälper till att eliminera falska positiva effekter orsakade av termisk drift. Om de hittar kraften från EmDrive på denna skala, är det troligt att det verkligen är ett tryck. Men om skalan inte upptäcker någon drivkraft, kommer det att betyda att alla tidigare observationer av EmDrive-drivkraften var falska positiva. Taimar hoppas få en slutlig dom före årets slut.
Men även negativa resultat kommer inte att innebära en dom för EmDrive. Det finns många andra typer av motorer utan bränsle. Och om forskare någonsin utvecklar nya former av lågtrycksrörelse kommer ultrakänsliga dragskala att hjälpa till att skilja fiktion från faktum.
Ilya Khel
