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].
Устройство EmDrive
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
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
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 обнаруживаемая при испытаниях EmDrive тяга 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
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)
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)
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].
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)
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
В декабре 2016 года, ссылаясь на пресс-конференцию одной из дочерних компаний Китайской академии космических технологий (CAST), издание International Business Times 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
В 2018 году агентство DARPA выделило Плимутскому университету 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].
См. также
Примечания
- Андрей Борисов. На пустом ведре . Lenta.ru (31 октября 2016). Дата обращения: 13 сентября 2017.
- Владимир Королев То, чего не может быть // Популярная механика. — 2017. — № 2. — С. 46-49.
- Andreas Müller. Latest EmDrive tests at Dresden University shows “impossible Engine” does not develop any thrust (англ.). Grenzwissenschaft-Aktuell.de (21 марта 2021). Дата обращения: 4 апреля 2021.
- Roger Shawyer. Second generation EmDrive propulsion applied to SSTO launcher and interstellar probe // Acta Astronautica. — 2015-11-01. — Vol. 116. — P. 166–174. — doi:10.1016/j.actaastro.2015.07.002.
- «The detector antenna geometry ensures that only a small fraction of the reflected electromagnetic wave 19 is extracted from the cavity»[6]; «Leaking RF fields are kept very low <…> The performance of a photon rocket is several orders of magnitude lower than the observed thrust»[7]; «У всех EmDrive есть одна странная особенность — при работе двигателя не фиксируются выбросы фотонов или других частиц из его резонатора»[1].
- Roger John Shawyer. Патент GB 2537119 // Ipo.gov.uk
- Harold White, Paul March, James Lawrence, Jerry Vera, Andre Sylvester. Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio-Frequency Cavity in Vacuum // Journal of Propulsion and Power. — Vol. 33. — P. 830–841. — doi:10.2514/1.b36120. Архивировано 18 января 2017 года.
- Hambling, David EmDrive: China's radical new space drive . Wired UK (6 февраля 2013).
- Tucker, Bill The Power Of The Force; The Curious Case Of The EmDrive (6 декабря 2015). Дата обращения: 20 февраля 2016.
- C.-W. Wu. Comments on theoretical foundation of “EM Drive” // Acta Astronautica. — 2018. — Vol. 144. — P. 214—215. — doi:10.1016/j.actaastro.2018.01.006.
- Rothman, Tony & Boughn, Stephen, The Lorentz force and the radiation pressure of light, arΧiv:0807.1310
- Невообразимая тяга. Объяснена работа нарушающего законы физики двигателя . lenta.ru (20 июня 2016). Дата обращения: 20 июня 2016.
- Brendan Hesse. Here’s the 411 on the EmDrive: the ‘physics-defying’ thruster even NASA is puzzled over . Digital Trends (7 мая 2016). Дата обращения: 7 августа 2016.
- Учёный объяснил работу нарушающего закон сохранения двигателя . lenta.ru (21 апреля 2016). Дата обращения: 20 июня 2016.
- Dvorsky, George No, German Scientists Have Not Confirmed the "Impossible" EMDrive . io9. Gawker Media (28 июля 2015).
- Brian Koberlein. NASA's Physics-Defying EM Drive Passes Peer Review . Forbes (19 ноября 2016). Дата обращения: 23 ноября 2016.
- Немецкие инженеры разоблачили «невозможный» двигатель EmDrive, Хайтек+. Дата обращения 22 мая 2018.
- M. Tajmar, O. Neunzig & M. Weikert. High-accuracy thrust measurements of the EMDrive and elimination of false-positive effects // CEAS Space Journal. — 2021. — doi:10.1007/s12567-021-00385-1.
- A force for space with no reaction . www.eurekamagazine.co.uk. Дата обращения: 20 июня 2016.
- Учёные не могут найти подвох в «невозможном» двигателе EmDrive . hi-news.ru. Дата обращения: 20 июня 2016.
- Здесь и далее подразумевается, что якобы продемонстрированная работоспособность того или иного варианта EmDrive была достигнута лишь согласно заявлениям тех или иных исследователей; нельзя достоверно утверждать, что тяга действительно присутствовала и не объяснялась какими-то посторонними причинами или ошибками эксперимента.
- No-propellant drive prepares for space and beyond . www.eurekamagazine.co.uk. Дата обращения: 20 июня 2016.
- Нет, варп-двигатель пока не был случайно изобретён
- Cannae Drive
- Nasa validates 'impossible' space drive
- David Hambling. EmDrive: China’s radical new space drive (англ.). Wired UK. Дата обращения: 20 июня 2016.
- Yang Juan, Wang Yu-Quan, Li Peng-Fei, Wang Yang, Wang Yun-Min, Ma Yan-Jie. Net thrust measurement of propellantless microwave thruster : [англ.] // Acta Phys. Sin. — 2012. — Vol. 61. — P. 110301. — doi:10.7498/aps.61.110301.
- Yang Juan, Liu Xian-Chuang, Wang Yu-Quan, Tang Ming-Jie, Luo Li-Tao, Jin Yi-Zhou, Ning Zhong-Xi. Thrust Measurement of an Independent Microwave Thruster Propulsion Device with Three-Wire Torsion Pendulum Thrust Measurement System (Chinese) // Journal of Propulsion Technology. — 2016. — Февраль (т. 37, № 2). — С. 362—371. — doi:10.13675/j.cnki.tjjs.2016.02.022.
- EM Drive Developments, NASA spaceflight forums, discussion of Yang's 2016 paper . forum.nasaspaceflight.com. Дата обращения: 14 сентября 2016.
- Katie M. Palmer. That NASA Warp Drive? Yeah, It’s Still Poppycock // Wired, 6 мая 2016 (англ.)
- Harold "Sonny" White. Eagleworks Laboratories: Warp Field Physics (англ.). NASA Technical Reports Server. NASA (2013). Дата обращения: 5 августа 2014.
- David A. Brady et al. Anomalous Thrust Production from an RF Test Device Measured on a Low-Thrust Torsion Pendulum (англ.) // 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. American Institute of Aeronautics and Astronautics. — 2014. — doi:10.2514/6.2014-4029.
- David Hambling. 10 questions about Nasa’s 'impossible' space drive answered // Wired, 07 august 2014 (англ.)
- В NASA протестировали двигатель, работающий без топлива и опровергающий законы физики . NEWSru.com (4 августа 2014). Дата обращения: 5 августа 2014.
- Powell, Corey S.. Did NASA Validate an "Impossible" Space Drive? In a Word, No., Discover magazine (6 августа 2014). Дата обращения 16 февраля 2016.
- Королёв, Владимир. Отчет о «невозможном двигателе» официально опубликован, N+1 (22 ноября 2016). Дата обращения 23 мая 2018.
- Засосало в пустышку. Дата обращения 27 сентября 2017.
- M. Tajmar and G. Fiedler. Direct Thrust Measurements of an EMDrive and Evaluation of Possible Side-Effects // 51st AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. — 2015. — doi:10.2514/6.2015-4083.
- George Dvorsky. No, German Scientists Have Not Confirmed the “Impossible” EMDrive (англ.). io9. Дата обращения: 20 июня 2016.
- Профессор из Германии не доказал работоспособность EmDrive .
- Объяснено действие нарушающего законы физики двигателя, Lenta.ru (18 мая 2018). Дата обращения 18 мая 2018.
- Russon, Mary-Ann. EmDrive: These are the problems China must fix to make microwave thrusters work on satellites (англ.), International Business Times UK (14 December 2016). Дата обращения 27 сентября 2017. «During the press conference, Li Feng, the chief designer of Cast’s communication satellite division, …its prototype of the EmDrive, which is currently being tested in orbit».
- China claims to have a working version of NASA’s impossible engine orbiting the Earth — and will use it in satellites 'imminently'
- EmDrive: Chinese space agency to put controversial microwave thruster onto satellites 'as soon as possible'
- EmDrive: US and China already testing microwave thruster on Tiangong-2 and X-37B space plane: «IBTimes UK has been informed that the US Air Force is currently testing out a version of the EmDrive electromagnetic microwave thruster on the X-37B unmanned military space plane, while the Chinese government has made sure to include the EmDrive on its orbital space laboratory Tiangong-2.»
- Невозможный двигатель успешно испытали в космосе, Lenta.ru (21 декабря 2016).
- "It comes just a month after anonymous sources told IBTimes UK that tests on the EmDrive were underway aboard Tiangong-2."[43]
- "Chen confirmed that Cast has developed a test device of the EmDrive and that tests to verify that the device can actually fly are already being carried out in low-Earth orbit." / "This ties in with information sources in the international space industry gave IBTimes UK under condition of anonymity that China already has an EmDrive on its orbital space laboratory Tiangong-2."[44]
- 电磁驱动:天方夜谭还是重大突破 "«陈粤介绍,他们已完成了可用于飞行试验的试验装置研制,正在开展在轨验证。»
- Has China cracked Nasa's 'impossible engine'?, Mail Online. Дата обращения 27 сентября 2017.
- Китай испытает в космосе нарушающий законы физики двигатель: EADaily (рус.), EADaily. Дата обращения 27 сентября 2017.
- Brian Koberlein. Quantized inertia, dark matter, the EMDrive and how to do science wrong . Forbes (15 февраля 2017). Дата обращения: 10 января 2019.
- Scientists receive $1.3 million to study new propulsion idea for spacecraft - University of Plymouth
- Британские физики создают «невозможный двигатель» по заказу армии США // РИА, 17 сентября 2018
Ссылки
- Ethan Siegel. No, NASA Did Not Accidentally Invent Warp Drive (2015) // Forbes (англ.)
- Татьяна Фам Невозможный двигатель EmDrive: в космос без топлива // журнал «Популярная механика», № 2, февраль 2017
- Nadia Drake, Michael Greshko. NASA Team Claims ‘Impossible’ Space Engine Works—Get the Facts. National Geographic, 21 ноября 2016 (англ.)
- David Hambling. The Impossible Propulsion Drive Is Heading to Space // журнал «Популярная механика», 2 сентября 2016 (англ.)
- Дж. Баэс The incredible shrinking force (2014). (англ.)
- José Rodal, Jeremiah Mullikin and Noel Munson. Evaluating NASA’s Futuristic EM Drive. // NASASpaceflight, 29 апреля 2015 года.