Forskare vid Tekniska universitetet i Dresden mätte drivkraften för den "omöjliga motorn" EmDrive, som inte kräver bränsle för att driva och bryter mot lagen om bevarande av fart, och drog slutsatsen att det inte finns någon magi här. Experimentet visade att den registrerade drivkraften förklaras av otillräcklig skärmning av installationen och som en följd av det tidigare oberättigade för påverkan av jordens magnetfält. Forskare delade sina resultat på Space Propulsion Conference.
Forskare under ledning av Martin Taimar mätte drivkraften för EmDrive med hjälp av en torsionsrigg, som hon fulländade konsekvent under fyra år. Funktionsprincipen för denna installation påminner om torsionsbalansen, uppfann i slutet av 1700-talet och användes för att testa lagarna i Coulomb och Newton. En torsionsbalans är en balanserad arm upphängd på en vertikal tråd. När externa krafter verkar på spaken vrids den och avböjningsvinkeln kan användas för att bedöma storleken på de applicerade krafterna. I installationen av de tyska forskarna användes känsliga torsionsfjädrar i stället för en gänga, som höll kameran med en motor, och kameraförskjutningen mättes med en laserinterferometer. Detta gjorde det möjligt att fixera tryckkraften i storleksordningen för flera mikrontoner.
Kammaren för experimentet och dess layout.
Naturligtvis försökte forskarna att så mycket som möjligt minska möjliga påverkan av yttre krafter, som kunde förväxlas med drivkraften från den "omöjliga motorn". För detta installerades kameran på ett separat betongblock som undertrycker fundamentets vibrationer. Kammaren evakuerades till ett tryck i storleksordningen en pascal (100 tusen gånger mindre än atmosfärisk), alla viktiga delar av installationen var skyddade från extern elektromagnetisk strålning med metallplåtar, och de försökte också förhindra att elektroniken överhettades genom att kontrollera dess temperatur med hjälp av infraröda kameror.
Innan grundläggande experiment genomfördes kalibrerade fysiker inställningen för att se till att de verkligen hade uteslutit alla externa faktorer. Slutligen, när man mätte drivkraften, vände forskarna motorn inuti kammaren för att se om något som inte redovisades för faktorer påverkade resultaten. I en idealisk situation, när det inte finns några sådana faktorer, bör kamerans förskjutningsriktning vara motsatt riktningen för motorns drivkraft - till exempel, i en rotationsvinkel på motorn på 0 grader, är kamerans förskjutning positiv, vid 180 grader, negativ, och i en vinkel på 90 grader är den helt frånvarande.
Mätningar med EmDrive visade något annorlunda beteende. Naturligtvis nådde drivkraften i nollvinkel fyra mikronton med en förstärkareffekt i storleksordningen två watt, och när motorn var 180 grader förändrades förskjutningen tecken. Således visade det sig att förhållandet mellan drivkraft och kraft är ungefär lika med två millinewton per kilowatt, vilket är nästan dubbelt så mycket som resultaten från tidigare experiment. Men i en vinkel på 90 grader registrerade fysikerna fortfarande kameraförskjutning, även om det borde ha varit frånvarande. Dessutom, när kraften för elektromagnetiska svängningar inuti motorn dämpades av nästan hundra tusen gånger, förändrades inte tryckvärdet praktiskt taget. Detta innebär att i själva verket kopplingen som observerades i experimentet inte var förknippad med motorn utan utan redovisning för externa faktorer.
Jordens magnetfält kan fungera som sådana faktorer, konstaterar forskarna. Fysiker lägger till att alla enheter som är involverade i experimentet var skärmade och koaxialkablar användes där det var möjligt, men fältet kunde fortfarande tränga in i installationen genom sina leder. Naturligtvis borde det ha varit kraftigt försvagat, men storleken på den uppmätta drivkraften är så liten att den lätt kan tillskrivas denna effekt. I själva verket är styrkan i jordens magnetfält cirka 50 mikrotesla, och strömmen som driver förstärkaren var upp till två ampere. Genom att använda Ampere-lagen är det lätt att beräkna att ett sådant tryck på ungefär två mikronton kan skapa en sektion av tråd som bara är två centimeter lång. För att eliminera denna kraft skyddar du förstärkaren och kameran samtidigt,öka storleken på Faraday-buren av metall. Författarna till artikeln betonar att i alla tidigare mätningar av EmDrive-drivkraften utfördes inte sådan skärmning, och därför bör deras resultat noggrant kontrolleras.
Människor har länge drömt om interstellar resor, men många tekniska svårigheter förhindrar att denna dröm går i uppfyllelse. En av de största är behovet av att bära en enorm massa bränsle ombord på rymdskeppet, eftersom vi ännu inte har annan teknik som skulle göra det möjligt för oss att utveckla höga hastigheter i rymden. Vi förlitar oss på jetström, och detta är ett av problemen.
Kampanjvideo:
För att rymdskeppet kan flyga till den närmaste stjärnan till solsystemet - Proxima Centauri (avstånd ca 4,2 ljusår), kommer det att ta en massa bränsle som kan jämföras med solens massa.
För närvarande utvecklingen av alternativa sätt att påskynda rymdfarkoster, till exempel med hjälp av samma solseglar, som använder energin från solvinden eller laserstrålningen för framdrivning. Exempelvis föreslår Breakthrough Starshot-projektet att lansera små fartyg (cirka ett gram i massa) till Proxima Centauri, som kommer att påskyndas av solvinden och nå stjärnan inom tjugo år. Sådana tekniker kan dock inte skalas till mänskliga storlekar.
EmDrive-motorn, ett annat alternativ till jetframdrivning, visade löfte som en teknik som kommer att öppna vägen för oss till interstellär resa. Motorn föreslogs av Roger Scheuer redan 1999. Den består av en asymmetrisk resonator och en magnetron, som leder elektromagnetisk strålning in i den och väcker stående elektromagnetiska vågor. I sin tur, på grund av konstruktionens asymmetri, skapar vågorna olika tryck på motorns väggar och utgör en drivkraft.
Driften av en sådan motor bryter mot lagen om bevarande av fart, en av de grundläggande fysiska lagarna. Emellertid hävdade flera experiment att EmDrive fortfarande skapar dragkraft. Till exempel rapporterade ingenjörer vid NASA i ett papper som publicerades i november 2016 om ett tryckkraft på cirka 80 mikronton med en applicerad elektrisk effekt på cirka 60 watt. Och i september förra året meddelade kinesiska forskare också en fungerande prototyp av motorn, "omöjlig" ur vetenskapens synvinkel.
Nikolay Khizhnyak