• РЕГИСТРАЦИЯ

«Невозможный» космический двигатель оказался работоспособным

21 8236

«Двигатель, работающий вопреки всем законам физики» — самая популярная из новостей космонавтики последних дней. В этой истории строгие отчеты NASA и детальные выкладки инженеров странным образом соединились с довольно нелепыми заявлениями журналистов.

Неправда: «Первые испытания двигателя EmDrive прошли успешно»

В NASA была испытана система Cannae Drive, которая реализована на принципе, предложенном британским разработчиком Роджером Шойером (Roger Shawyer). Многие годы его проект EmDrive оставался непризнанным, несмотря на успешные демонстрации и на то, что в 2012 г. работоспособность концепции подтвердила независимая группа китайских инженеров.

Лишь аналогичный Cannae Drive, собранный американцем Гвидо Феттой (Guido Fetta), удостоился строгих испытаний в лабораториях NASA. Испытаний, закончившихся сенсационно: 30 июля на конференции в Кливленде инженеры агентства сообщили, что Cannae Drive выдает стабильную тягу в 30−50 мкН. Это на порядки меньше, чем у современных плазменных и ионных двигателей — и еще меньше, чем у жидкостных реактивных. Но все они требуют топлива, которое может занимать больше половины веса космического аппарата. «Неправильному» двигателю Шойера-Фетты этого не нужно.

Послужной список Шойера впечатляет: 11 лет инженерных работ в области оборонных технологий, 20 лет в космическом консорциуме EADS Astrium… и 14 лет собственной разработки «электро-микроволнового двигателя» EMDrive. Как же мог такой человек «оступиться», создав нечто, что физику отвергает? Конечно, не мог — в отчете NASA сказано: «Результаты показывают, что радиочастотный резонансный двигатель (…) создает силу, которую невозможно отнести к какому-либо явлению классического электромагнетизма». Уточнение «классический» здесь очень важно — и скоро мы узнаем, почему.

Неправда: «Двигатель, работающий вопреки всем законам физики»

Идея EMDrive берет начало еще в работах Джеймса Максвелла, который в 1870-х заметил, что излучение должно создавать давление на любую поверхность, на которую падает — небольшое, но все-таки вполне реальное. На рубеже ХХ в. это было доказано экспериментально, когда Петр Лебедев измерил величину светового давления Солнца. «Для своего времени Лебедев поставил поразительный опыт, ведь свет оказывает очень малое давление — например, 100-ватная лампочка, если сконцентрировать на теле весь ее свет, будет создавать силу всего 300 наноньютонов», — добавляет руководитель физической лаборатории Политеха Юрий Михайловский. В 1920-х один из пионеров советской космонавтики Фридрих Цандер предложил использовать это давление для создания космических кораблей на солнечном парусе.

Конечно, впечатляющей тяги от такого движителя ожидать не стоит — давление фотонов солнечного света очень мало и падает с увеличением расстояния от звезды — однако он не требует никакого топлива и может работать, теоретически, сколь угодно долго. Эти преимущества достаточно весомы, и проекты создания солнечного паруса пытаются реализовать уже не одно десятилетие. Существовали они и в СССР, и в США, однако из-за бесчисленных технических трудностей ни один из них успехом не увенчался, и только в 2010 г. японский аппарат IKAROS сумел не только благополучно развернуть парус размерами 14×14 м, но и менять с его помощью скорость и направление движения. Впрочем, нам придется снова вернуться в прошлое.

Дело в том, что про Солнце Максвелл не говорил: это лишь частный случай, ведь давление создает любое излучение. С его помощью можно добиться и большей тяги, если только получить достаточно мощный поток излучения и канализировать его в нужном направлении. Эта идея, по словам Шойера, «крепко засела» у него в голове еще в 1970-х, когда он сотрудничал с британской компанией Sperry Gyroscope и работал над созданием гироскопов для систем ориентации военных аппаратов.

Неправда: «Первый двигатель, работающий без топлива»

«В основе работы любого двигателя лежит простой принцип: чтобы двигаться вперед, по закону сохранения импульса надо что-то отправить назад, — рассказывает Юрий Михайловский, — Поэтому, если говорить о полетах к звездам, у нас неизбежно возникнет проблема с тем, что для них топлива, продукты сгорания которого могли бы вылетать назад, толкая вперед корабль, — не напасешься. Поэтому сейчас для этой цели рассматривается возможность использовать солнечный парус, который сможет использовать давление света, например, от установленного на Луне мощного лазера. Такому двигателю-парусу топливо на борту не нужно». Не требует топлива и EMDrive — но давайте разберемся, почему.

Возьмите обычный магнетрон — электронную лампу, такую же, какие производят микроволны в любой бытовой СВЧ-печке. Направляйте их не просто в воздух, а в волновод — медную трубку, которая служит удобным каналом, направляющим движение волн, и не дает им быстро затухать. Придайте волноводу специальную форму, такую, что микроволны с определенной длиной волны будут интерферировать, усиливаясь и накапливая больше энергии.

Теперь запаяйте открытые концы волновода — и микроволны будут, отражаясь то с одной, то с другой стороны, путешествовать внутри туда и обратно, создавая давление на обоих концах. Конечно, это давление в две стороны будет уравновешено. Но если сделать волновод коническим, то фотоны микроволн в широкой части смогут путешествовать более-менее свободно, а в узкой будут «замедляться» непрерывным отражением от стенок. Такая система создаст тягу в сторону широкого конца волновода, не требуя никакого топлива: достаточно электричества для генерации микроволн.

Именно тут происходит нечто, из-за чего от проекта Шойера так долго отмахивались. Ведь еще из ньютоновских принципов мы помним, что сила действия равна силе противодействия, и фотоны микроволн, путешествуя лишь в пределах волновода, не должны создавать тягу. Это все равно что встать на платформу вагона и бросать в его переднюю стенку тяжелые ядра: импульс по направлению вперед, который создаст удар ядра, будет уравновешен импульсом в обратном направлении, который оно придаст вам в момент броска.

Однако фотоны микроволн в EMDrive классическим правилам не подчиняются. Во-первых, они движутся на скорости света, и для точного описания их поведения потребуются расчеты на основе Специальной теории относительности. Во-вторых, все происходит в таких крошечных масштабах, на которых должны проявляться странные квантово-механические явления. В частности, в вакууме волновода должны появляться и снова исчезать виртуальные частицы и, возможно, резонирующие микроволны каким-то образом влияют на эти процессы.

«Не стоит думать, что такой двигатель — вечный! — подчеркивает Юрий Михайловский. — Для создания тяги он потребляет энергию, просто огромную для таких показателей. Автор утверждает, что максимальная тяга для этого двигателя 333 мН/кВт, однако те прототипы, о которых сообщают в NASA, имеют эффективность в тысячи раз меньше. Для сравнения: если вы просто включите фонарик, то будете ощущать тягу в противоположную от распространения луча сторону, равную 3,3 мкН/КВт».

Рассмотреть происходящее теоретически еще предстоит, как предстоит и провести нужные расчеты. Это не значит, что они не могут быть проведены вообще, или что двигатель Шойера отменяет современную физику. Это — один из тех случаев, когда практика несколько обогнала теоретические выкладки.

Возможно: «Двигатель совершит прорыв в космической индустрии»

На самом деле, с давлением, которое фотоны излучения создают внутри волновода, физики сталкиваются уже достаточно давно. Этот эффект заметен в современных ускорителях частиц, где оно слегка растягивает длину волновода — приходится использовать сложные системы для компенсации этого воздействия. Просто до Шойера никто не задумывался о том, что такую силу можно использовать.

Зато задумывались физики о том, как сделать волноводы более эффективными, так, чтобы энергия пойманных в них волн не рассеивалась в тепло. Как правило, для этого используются сверхпроводящие материалы и сложные установки для поддержания сверхнизких температур. Внимательный Шойер обратил внимание и на это: его расчеты показали, что при достижении определенного уровня сохранения энергии микроволн в EMDrive такие двигатели смогут создавать тягу очень существенную. Вплоть до такой, которая позволит использовать их даже на Земле, на автомобилях, самолетах и повсюду, где только могут понадобиться двигатели. Сначала в космической индустрии, далее — везде.

Юрий Михайловский резюмирует: «Устройство и принцип работы данного двигателя вызывают ряд вопросов. Конечно, должно пройти достаточное время, чтобы убедиться, что такая схема действительно корректно работает. В подобный экспериментах очень легко совершить ошибку, особенно когда очень хочется получить заветный результат. Чтобы подтвердить работоспособность такого двигателя, его должны собрать и протестировать в разных лабораториях мира. Так что говорить о сенсации пока что преждевременно».

via

Я уже на Марсе попиваю сок. Вы там скоро?

    Кремль чего-то срочно добивается от Киева. Массированный удар - Белоусов дал залп. Такого не было 70 дней

    Ранним утром сегодня Белоусов дал залп. Состоялся массированный удар, каких не было на протяжении 70 дней. Били в формате "2+2". И хоть Киев, как всегда, "сбил все ракеты", ограничения ...

    "Мама, мы вернулись из Армении. Жить будем у тебя, пока не встанем на ноги"- заявили два лба, которые 2 года назад ушли через Верхний Ларс

    Здравствуй, дорогая Русская Цивилизация. Есть такая шутка:"Деньги - это такие предатели! Гулять, значит, мы идём вместе, а домой я всегда возвращаюсь один".Это прям про наших знакомых В...

    Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

    0 новых комментариев

      Gagarin Вчера 12:58

      «Джеймс Уэбб» нашел серу в атмосфере экзопланеты

      Международная команда исследователей задействовала телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) для изучения атмосферы суперземли L 98-59 d. Им удалось найти соединения серы, указывающие на бурную вулканическую активность. L 98-59 d — это одна из четырех подтвержденных экзопланет, обращающихся вокруг красного карлика в 34,6 световых лет от Земли. О...
      313
      Gagarin 11 ноября 11:02

      Что на самом деле произошло с обсерваторией Аресибо

      Обсерватория Аресибо, настоящий гигант радиоастрономии, на протяжении десятилетий была одним из самых важных инструментов для изучения Вселенной. Ее внушительная конструкция с рефлектором диаметром 305 метров была одним из крупнейших телескопов в мире, настоящей научной сокровищницей. Однако в 2020 году в результате впечатляющего обрушения эта эпоха закончилась. Ч...
      6809
      Gagarin 10 ноября 10:46

      Новый полет Starship назначили на 19 ноября

      Компания SpaceX запланировала следующий полет Starship на 19 ноября. Он будет проходить по схеме предыдущего испытания с незначительными изменениями. Согласно заявлению компании, шестой полет должен расширить границы возможностей Starship и приблизить его к повторному использованию. Как и во время предыдущего теста, который состоялся 13 октября, сверх...
      426
      Gagarin 8 ноября 13:52

      Почему Луна всегда повернута к Земле только одной стороной?

      Все мы знаем, что Луна всегда повернута к Земле только одной стороной. Есть даже такое устойчивое выражение, как "темная сторона Луны". Но ведь это довольно странно. Большинство небесных тел не только летают по своим орбитам, но еще и крутятся вокруг своей оси. А у Луны период вращения вокруг оси синхронизирован с периодом вращением вокруг Земли. П...
      1874
      Gagarin 7 ноября 12:43

      Зонд Parker готовится к финальному пролету Венеры

      Уже завтра зонд Parker Solar Probe (PSP) выполнит свой последний маневр в окрестностях Венеры. Это позволит ему выйти на финальную орбиту и побить собственный рекорд, став самым близким к Солнцу космическим аппаратом за всю историю. PSP был запущен в 2018 году. Он предназначен для изучения верхнего слоя солнечной атмосферы, называемого короной, и прои...
      226
      Gagarin 23 октября 10:46

      Концепция создания ракетного топлива на Марсе

      В Технологическом институте Джорджии исследователи представили концепцию ракетного топлива, которое может быть создано прямо на Красной планете и использовано для возвращения астронавтов на Землю в будущем. Такое топливо имеет биологическую основу. В его составе присутствует несколько природных компонентов, имеющихся на Марсе: вода в замороженном состоянии, све...
      284
      Gagarin 19 октября 14:40

      Как ученые объясняют падение Тунгусского метеорита в 1908 году

      Секрет Тунгусского метеорита по-прежнему остается нераскрытым. В документах зафиксировано, что 17 июня 1908 г., вблизи села Ванавара Енисейской губернии, недалеко от реки Подкаменная Тунгуска, произошел взрыв феноменальной силы. За некоторое время до этого многочисленные жители восточносибирских земель наблюдали за таинственным огненным объектом, стремительно прон...
      1320
      Gagarin 16 октября 16:31

      Новые китайские спутники создают проблемы

      Недавний запуск китайских спутников Qianfan вызвал волну беспокойства в астрономическом сообществе. Благодаря своей исключительной яркости эти спутники, являющиеся частью коммуникационной мегасозвездия, вызывают вопросы об их влиянии на наблюдение ночного неба. Новое созвездие Этот амбициозный проект, запущенный компанией Shanghai Spacecom Satellite Technolo...
      408
      Gagarin 13 октября 10:46

      Черная дыра уничтожает звезду и преследует другую

      Недавние наблюдения показывают, что сверхмассивная черная дыра уничтожила звезду, а ее обломки теперь взаимодействуют со второй звездой, которая ранее была вне опасности. Это исследование, опубликованное в журнале Nature, проливает свет на сложные взаимодействия между черными дырами и звездами, устанавливая связь между двумя элементами, которые до сих пор остав...
      647
      Gagarin 11 октября 13:56

      Почему земляне до сих пор не на Луне?

      Всегда, когда заходит вопрос о космосе я представляю, о чем думали люди во время Гагарина, во время лунных миссий, во время отправки автоматический станций к Венере, Марсу и в дальний космос. Вспоминаю детские мысли во время становления и развития космической станции "МИР". Все тогда думали, что вот вот, еще немного, еще чуть чуть и человечество истопчем...
      1100
      Gagarin 10 октября 16:40

      Рекордное облако плазмы летит на Землю от Солнца

      После вспышек на Солнце к Земле приближается крупное облако плазмы, сообщил руководитель Лаборатории солнечной астрономии ИКИ РАН Сергей Богачев.   «Крайне неблагоприятный геомагнитный прогноз на ближайшие два дня сформирован по результатам моделирования последних крупных вспышек на Солнце. Наблюдения показывают, что вчерашняя вспышка уровня X1.8 ...
      1241
      Gagarin 9 октября 16:43

      Как Марс превратился из мира, богатого водой, в такой как сейчас

      Сегодня мы видим Марс как пустынную планету, холодную и враждебную, с поверхностью, покрытой горами камней и песка, без текучей жидкой воды. Короче говоря, планета, непригодная для жизни. Однако когда-то это было не так. Одна из целей миссии НАСА Curiosity, которая исследует Красную планету с 2012 года, — понять, как она превратилась из мира, богатого водой ...
      971
      Gagarin 7 октября 13:49

      Если магнитные поля вокруг звезд невидимы, то как ученые их изучают?

      В космосе магнитные поля — хотя их и не видно в телескопы — играют важнейшую роль, оказывая влияние на небесные тела, начиная от звезд и планет и заканчивая целыми галактиками. Эти магнитные силы остаются скрытыми от прямого наблюдения, что представляет собой проблему для астрономов, поскольку их изучение становится все более сложным, особенно вблизи з...
      347
      Gagarin 4 октября 13:55

      Если ракета «Союз-5» не так уж и нужна, то зачем мы её делаем?

      Первый пуск ракеты «Союз-5» перенесли на 2026 год. «Союз-5» планировали впервые запустить в 2022 году. Потом — в 2023 году, но тогдашний глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин ещё в июле 2022 года допускал, что пуск могут перенести, — и оказался прав: в том же месяце в «Прогрессе» сообщили, что ракета будет г...
      713
      Gagarin 26 сентября 12:45

      Почему астронавты стареют медленнее в космосе

      «Почему астронавты стареют медленнее в космосе: насколько моложе будут застрявшие исследователи, когда вернутся на Землю»: Найден еще один способ замедлить старение – полететь в космос.   «Астронавты Бутч Уилмор и Суни Уильямс застряли на Международной космической станции как минимум до февраля из-за неисправного корабля «Б...
      353
      Gagarin 25 сентября 12:48

      Земля нарушила семь из девяти планетарных границ

      Обнародован отчет Потсдамского института исследований воздействия человека на климат (PIK). Он основан на многолетних наблюдениях, показывающих, что существует девять систем и процессов — так называемых планетарных границ, — которые способствуют стабильности жизнеобеспечения планеты.   «Индустриальная цивилизация близка к преодолению с...
      1156
      Gagarin 25 сентября 10:47

      SpaceX подняла с морского дна фрагменты Super Heavy

      Фото, демонстрирующее извлеченные со дна Мексиканского залива остатки ускорителя B11. Он был задействован в июньском испытании Starship.   В его ходе и ускоритель и прототип космического корабля сумели осуществить тормозной маневр и приводниться. Их спасение не предусматривалось, так что предполагалось, что это последний раз, когда мы их увидим. Но в...
      741
      Gagarin 19 сентября 14:44

      В ордовикском периоде у Земли могло быть кольцо

      Все крупные планеты Солнечной системы имеют кольца, и есть предположение, что Марс мог иметь кольцо в прошлом. В связи с этим возникает вопрос, было ли в прошлом кольцо и у Земли? Международная команда исследователей попыталась ответить на этот вопрос. Она обратила внимание на т. н. ордовикский ударный всплеск: повышенную частоту падения хондритных метеорито...
      426
      Gagarin 19 сентября 12:40

      Астероид Апофис всё же может уничтожить Землю в 2029 году

      Давно забыты громкие заголовки: конец света в 2029 году! Астероид Апофис уничтожит Землю! Забыты потому, что все расчеты показывают что небесное тело пройдет между Землей и Луной 13 апреля 2029 года. Близко, но безопасно. Астроном Пауль Вигерт обнаружил, что в расчетах допущена фатальная ошибка. Вигерт считает, что траекторию полета астероида может изменить ...
      1149
      Gagarin 19 сентября 10:41

      У Земли появится второй спутник

      Новый «друг» начнет вращение вокруг планеты с 29 сентября. По прогнозам ученых, помимо Луны, земля затянет на свою орбиту еще одно космическое тело.    Как сообщает Пул N3, новым спутником Земли станет небольшой астероид (2024 PT5), и погостит он у нас всего несколько месяцев – с 29 сентября по 25 ноября. Космический камен...
      717
      Служба поддержи

      Яндекс.Метрика