Двигун EmDrive | Журнал Популярна Механіка

  1. Що це таке?
  2. Що з ним не так?
  3. Є, але маленька?
  4. Це багато чи мало?
  5. Може, вони помиляються?
  6. Працює - і добре?

У листопаді 2014 роки ми вже писали велику статтю про дивовижний двигун EmDrive - мідне відро, яке не вимагає ніякого палива і при цьому якимось чином виробляє енергію. Минуло 2,5 року, двигун багаторазово випробували в різних лабораторія і ... як і раніше нічого не зрозуміли. Загалом, новий лонгрід з оновленою інформацією про неможливе двигуні, який повинен бути вічним. Якби не закони фізики.

Першу статтю можна прочитати тут .

У науковому журналі Американського інституту аеронавтики і космонавтики вийшла стаття, присвячена дивним і суперечливим пристрою - двигуну EmDrive. На думку ряду фізиків, ця конструкція в принципі не може працювати. Це порушувало б фундаментальний закон природи, збереження імпульсу. Інші намагаються знайти розумне пояснення того, чому EmDrive все-таки працює, або хоча б надійні докази його працездатності. Їх приваблює хитка, але грандіозна мета - двигун, здатний перетворювати електрику в тягу без палива або реактивного струменя. Або ж - остаточне закриття багаторічної суперечки.

Або ж - остаточне закриття багаторічної суперечки

Наукова публікація може стати важливим кроком в історії «неможливого» двигуна. Незважаючи на наявність десятків експериментальних перевірок, їх результати не були опубліковані в рецензованих журналах. Цьому заважає відсутність теоретичних основ, що пояснюють роботу EmDrive. До того ж багато експерименти не можна назвати «чистими» - є безліч факторів, які можуть створити видимість роботи двигуна. Про них ми ще поговоримо, а почнемо з інших питань.

Що це таке?

Це гіпотетичний двигун, запропонований британським винахідником Роджером Шойер. Харчуючись електрикою, він (за твердженням Шойер і його не надто численних прихильників) створює слабку тягу без використання робочого тіла. На цей дивний факт вказують і деякі інші експерименти. Однак кричуще порушення закону збереження імпульсу змушує з особливою ретельністю підходити до таких заяв - і багато експертів вказують на помилки в постановці дослідів, які могли створити ілюзію слабкою, але існуючої тяги.

Влаштований диво-двигун просто, зібрати його може будь-який ентузіаст, подужати управління паяльником. Він складається з двох основних деталей: магнетрона і резонатора. Магнетрон - це вакуумна трубка, використовувана для генерації випромінювання в звичайній мікрохвильовці. Вона складається з порожнього циліндра-анода і центрального волоска-катода. Під дією напруги з катода вилітають електрони і починають рухатися по складних траєкторіях всередині циліндра, випускаючи мікрохвилі. За волноводу вони передаються від магнетрона в резонатор, схожий на мідне відро, закрите кришкою. Як стверджує винахідник двигуна Роджер Шойер, тут-то і починається найцікавіше.

Як стверджує винахідник двигуна Роджер Шойер, тут-то і починається найцікавіше

За словами Шойер, головна фішка EmDrive - це форма резонатора. Винахідник передбачає, що через різницю в діаметрі передньої і задньої стінок (як у дна відра і його кришки) на них діють різні за величиною сили, викликані стоячій електромагнітної хвилею в резонаторі. Їх рівнодіюча і штовхає двигун вперед, створюючи тягу, яка спрямована в бік «дна». Згодом, після кількох сперечалися з цією ідеєю повідомлень, Шойер уточнив, що реальний механізм дещо складніше і може бути пов'язаний з проявом ефектів спеціальної теорії відносності (СТО).

Що з ним не так?

Справді, якщо поглянути на перше пояснення механізму роботи двигуна, то виявиться, що воно нагадує історію барона Мюнхгаузена, витягнув себе і коня з болота за волосся. EmDrive - замкнута система, яка нічого не викидає в навколишній простір. Такий об'єкт не може збільшувати свій імпульс без зовнішніх впливів, як і Мюнхгаузен не міг збільшити свій, як би сильно він ні тягнув. Прихильники двигуна парирують ці аргументи тим, що можна допустити відштовхування резонатора від вакуумного стану або ж залучити до пояснення СТО. Однак фізики неодноразово відзначали грубість таких оцінок або відсутність в них фізичного сенсу.

Двигун Апарат Тяга Принцип роботи Іонний двигун Dawn (3 шт. На борту) 0,030 Н Робоче тіло: іонізований ксенон Фотонний двигун Прототип YK Bae Corp 0,035 Н Робоче тіло: фотони 500-кіловатного лазера Сонячне вітрило IKAROS 0,002 Н Тиск частинок сонячного вітру Рідинний ракетний двигун ЖРД F-1 (5 шт. на 1-го ступеня РН Saturn V) 6. 700 000 Н Паливна пара: гас, кисень EmDrive * - Від 0,00002 до 0,4 Н * Джерело тяги (якщо вона є) невідомий * По різними даними, до сих пір не підтверджено.

Але все-таки суть заяв Шойер полягала не стільки в теоретичних описах, скільки в тому, що він нібито зафіксував реальну тягу від двигуна. На своєму сайті дослідник вказує величину тяги приблизно в 200-230 мН / кВт - більше, ніж у іонних двигунів, які штовхають космічні апарати, викидаючи прискорені в електричному полі заряджені частинки.

Вирішивши, що пояснювати цю тягу - справа теоретиків, кілька груп експериментаторів перевірили EmDrive в своїх лабораторіях. Таку роботу виконали дослідники з китайського Північно-Західного політехнічного університету та Технічного університету Дрездена. Нещодавно до них приєдналися і автори статті, що вийшла в Journal of Propulsion and Power, дослідники з підрозділу NASA Eagleworks, які традиційно займаються найбільш спірними і «футуристичними» проектами агентства.

Нещодавно до них приєдналися і автори статті, що вийшла в Journal of Propulsion and Power, дослідники з підрозділу NASA Eagleworks, які традиційно займаються найбільш спірними і «футуристичними» проектами агентства

Є, але маленька?

Перші тести дали начебто обнадійливі результати: на включене пристрій діяла якась сила. Однак її значення виявилося набагато менше, ніж передбачена Шойер величина, причому чим акуратніше був поставлений експеримент, тим менша реєструвалася тяга. Але ж справа в принципі: звідки вона може взагалі братися? Якщо не розглядати плутаних пояснень Шойер, то можна виділити кілька побічних процесів, які теоретично можуть забезпечити тягу. Це можуть бути потоки повітря, пов'язані з нагріванням двигуна, або теплове розширення самої експериментальної установки. Слабку силу здатне створювати відштовхування від зарядів, «осідають» на стінах тестової камери, або взаємодія EmDrive з магнітними полями проводів, або тиск випромінювання, що залишає резонатор.

З потоками повітря боротися найпростіше - досить проводити випробування в вакуумі. Такі тести були пророблені вченими з Дрездена, які виявили тягу на рівні всього 0,02-0,03 мН / кВт - на межі похибки вимірювань. Крім того, фізики відзначили, що використовували резонатор (те саме мідне «відро») з невисокою добротністю. Випромінювання швидко покидало його, збільшуючи шанси на вклад інших побічних процесів. Співробітники NASA Eagleworks отримали трохи більші цифри - 1,2 ± 0,1 мН / кВт. При цьому вони стверджують, що відстежили всі можливі джерела побічних процесів.

При цьому вони стверджують, що відстежили всі можливі джерела побічних процесів

Це багато чи мало?

Строго кажучи, мілліньютон (мН) - це менше, ніж вага однієї піщинки цукру. Але якщо говорити про реактивному польоті в космосі, то навіть тяга 1 мН, безперервно діючи протягом декількох років, дозволяє розігнати 100-кілограмовий апарат до пристойних швидкостей.

Можна підрахувати, що за десять років такий зонд розженеться на 3 км / с і (з урахуванням стартовою другої космічної швидкості) подолає близько 3,5 млрд км. Але якщо ми оцінимо тягу на рівні, який обіцяє Шойер (200 мН / кВт), то отримаємо прискорення вже до 600 км / с і дистанцію в 660 астрономічних одиниць - відстаней від Сонця до Землі.

Так - слабо, але дуже довго і економно витрачаючи робоче тіло - діють іонні і фотонні двигуни. Перші «вистрілюють» в простір зарядженими іонами, розігнаними до десятків кілометрів на секунду. Їх тяга може досягати 60 мН / кВт, однак вони вимагають використовувати робоче тіло - зазвичай запас інертного газу. Наприклад, апарат Dawn, який недавно завершив основну місію по дослідженню Церери, був змушений взяти на борт 425 кг ксенону.

Фотонні двигуни мають незрівнянно меншою тягою, порядку декількох мікроньютонов на кіловат потужності лазерного випромінювання. Джерелом тяги в них виступає імпульс фотонів, що вилітають в космічний простір. Зате фотонні двигуни не вимагають брати з собою ні палива, ні робочого тіла.

У самому кінці 2016 року Китайська академія космічних технологій (CAST) повідомила, що вже кілька років проводить власні дослідження потенційних можливостей EmDrive і його застосування. За словами одного з керівників CAST Ченя Юе, організація провела власні, «багаторічні і багато разів повторені» експерименти, які підтвердили наявність у EmDrive тяги. Використаний в Китаї прототип створював всього кілька мілліньютонов, але найближчим часом будуть розроблені нові конструкції, розраховані на 100 мН і більше. Можливо, вони будуть випробувані вже на орбіті.

Не можна забувати про пасивних двигунах, які не потребують ні електроенергії, ні палива для своєї роботи, - про сонячних вітрилах. Тяга, яку вони розвивають, визначається площею вітрила і відстанню до Сонця. Біля Землі 1 м² відображає матеріалу буде розвивати тягу в 0,1 мН. Сумарна тяга японського експериментального апарату IKAROS з вітрилом в 200 м² досягала якраз 2 мН. Для розуміння масштабу додамо, що тяга двигунів надважкої ракети Saturn V, що відправляла астронавтів на Місяць, складала 34 000 000 Н.

Може, вони помиляються?

Публікація роботи в рецензованому науковому журналі означає, що стаття пройшла перевірку кількома незалежними експертами у відповідній області. Ця процедура підтримує досить високий рівень статей, але навіть вона не дозволяє уникнути помилок.

Можна згадати, як у 2014 році міжнародна колаборація BICEP опублікувала результати своїх багаторічних досліджень в одному з найпрестижніших наукових журналів Physical Review Letters. Вчені стверджували, що виявили сліди гравітаційних хвиль при вивченні реліктового випромінювання. Однак це трактування була невірною, і сенсаційні результати виявилися впливом галактичної пилу.

Журнал, в якому команда Eagleworks опублікувала свою роботу, може похвалитися в сім разів меншим індексом цитування, ніж Physical Review Letters. Тому існує навіть думка про те, що процедура рецензування в ньому не настільки строга і могла пропустити роботу, незважаючи на огріхи. Варто відзначити, що і сам підрозділ NASA Eagleworks - зовсім невелика лабораторія з фінансуванням на рівні $ 50 000 в рік. Цього насилу може вистачити на виконання високоточного дослідження і покупку необхідного устаткування.

Цього насилу може вистачити на виконання високоточного дослідження і покупку необхідного устаткування

Працює - і добре?

Якщо б стовідсоткові докази працездатності EmDrive існували, вони зажадали б серйозної роботи теоретиків. Але поки відсутність пояснення - непорушна скеля, про яку розбиваються всі доводи надто великих ентузіастів «неможливого двигуна». Воно навіть стало аргументом для відмови в публікації ранніх статей в серйозних наукових журналах.

Люди простіше люблять помічати, що «працює і добре, не обов'язково ж знати як». Однак такий підхід може призвести до несподіваних проблем в довгострокових космічних місіях. Наприклад, якщо робота двигуна пов'язана з магнітним полем, то він може непередбачувано повестися серед магнітних полів відкритого космосу. Нікому не потрібно, щоб апарат втратив свій єдиний джерело тяги десь на півдорозі до Марсу або далеким об'єктів пояса Койпера. Так що до класичного вимогу пред'явити надійні докази обов'язково має додаватися і вимога пояснити все, що відбувається в двигуні - але поки творці EmDrive не можуть показати ні того, ні іншого.

Цікаво простежити, навіщо професійні вчені працюють з такими сумнівними проектами. З одного боку, відкриття реальної тяги в EmDrive може вказати на принципово нові ефекти і довгоочікувану «нову фізику» за межами існуючих моделей. З іншого боку, «закривши» тягу неможливого двигуна, вчені зможуть нарешті дозволити давно набридлий усім суперечка. А по дорозі - створити нові надточні методи для дослідження надмалих сил.

Стаття «Те, чого не може бути» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №2, Березень 2017 ).

Що це таке?
Що з ним не так?
Є, але маленька?
Це багато чи мало?
Може, вони помиляються?
Працює - і добре?
Що це таке?
Що з ним не так?
Є, але маленька?
Але ж справа в принципі: звідки вона може взагалі братися?

Разделы

» Ваз

» Двигатель

» Не заводится

» Неисправности

» Обзор

» Новости


Календарь

«    Август 2017    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 

Архив

О сайте

Затраты на выполнение норм токсичности автомобилей в США на период до 1974 г.-1975 г произошли существенные изменения. Прежде всего следует отметить изменение характера большинства работ по электромобилям: работы в подавляющем большинстве стали носить чисто утилитарный характер. Большинство созданных в начале 70х годов электромобилей поступили в опытную эксплуатацию. Выпуск электромобилей в размере нескольких десятков штук стал обычным не только для Англии, но и для США, ФРГ, Франции.

ПОПУЛЯРНОЕ

РЕКЛАМА

www.school4mama.ru © 2016. Запчасти для автомобилей Шкода