Avtosfera76.ru

Авто Сфера №76
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Emdrive двигатель принцип работы и устройство

Квантовый двигатель. Виды и устройство. Работа и применение

Квантовый двигатель — это устройство, которое может выполнять работу абсолютно без потерь энергии, избегая при этом сил трения и теплообмена с окружающей средой. Иными словами, такой движок обладает максимальной эффективностью. Современные двигатели не обладают такими свойствами, ведь существующие законы физики ограничивают их применение. Часть энергии в обязательном порядке теряется.

Поэтому ученые уже десятки лет бьются над созданием «вечных» двигателей, которые бы могли позволить отправить космические корабли на другие планеты, разогнав их до рекордных скоростей. На данный момент уже создаются прототипы таких двигателей и проводятся их испытания. Эти агрегаты работают на совершенно новых принципах, что в будущем может привести к созданию сверхскоростных комических кораблей, летающих машин и многих других изобретений.

Сегодня квантовый двигатель пытаются создать многие страны. Создаются патенты, проводятся испытания, но реальных результатов на данный момент практически нет. Лишь некоторые страны уже добились определенных успехов.

Это в первую очередь Россия, США, Китай и Германия.

  • В Германии немецкие ученые из Аугсбурга создали модель двигателя, работающую по квантовому принципу. Работа такого устройства базируется на том, что два атома, расположенные в газообразной оптической решетке при довольно низких отрицательных температурах подвергаются воздействию внешнего переменного магнитного поля.

В результате один из атомов начинает двигаться по оптической решетке. Через некоторое время он выходит на постоянную скорость. В свою очередь второй атом играет роль стартера. Именно благодаря нему первый атом получает ускорение. Такую конструкцию стали называть квантовым атомным двигателем. Однако такому двигателю до испытаний и реального применения еще далеко.

  • Китай и США также работают над созданием собственного квантового устройства. Они совместно разрабатывают и испытывают двигатель EmDrive. Китай вкладывает очень много денег в космос. Первоначально EmDrive был изобретён в Великобритании, затем созданием подобных двигателей заинтересовались США и Китай. NASA на данный момент практически полностью засекретило испытания своего двигателя EmDrive. Китайская академия наук в свою очередь достаточно часто сообщает о своих успехах. На данный момент Китай испытывает этот движок.

Изобретение EmDrive проверяется в различных условиях, включая вакуум. Устройство, как заверяют изобретатели, действительно работает. Оно может работать бесконечно долго и не требует запаса топлива. При этом для работы такого двигателя в космосе вполне будет достаточно солнечных батарей. Однако на данный момент такой движок выделяется небольшой полезной нагрузкой. В перспективе же EmDrive сможет разгонять ракеты и космические корабли до невероятных скоростей, которые будут приближаться к сотым и десятым долей скоростей света.

  • В России квантовый двигатель разрабатывается разными коллективами учеными. Так в МФТИ разрабатывается «вечный движок» второй степени. Ученые создают машину, в которой КПД будет составлять 100%. Для этого они используют кубиты, то есть элементарные вычислительные модули, а также ячейки памяти квантовых компьютеров. Они соединяются между собой на квантовом уровне. Кубиты способны поглощать тепловую энергию, после чего перемещают излишнюю энтропию в окружающую среду. В результате двигатель находится в состоянии, в котором он может работать бесконечно.
  • Созданием другого вида двигателя занимается Владимир Леонов. Российский ученый для своего двигателя решил использовать реактор холодного ядерного синтеза, который работает на никеле. Благодаря такому решению энергоэффективность подобного двигателя будет невероятно высокой. Так она будет примерно в 1000000 раз превосходить наилучшие известные на данный момент химические топливные элементы.

Согласно расчетам изобретателя космический корабль с подобным двигателем сможет разгоняться до тысячи километров в секунду. Получается, что полет до Марса составит всего 41 час. Владимир Леонов в своем движке использовал теорию суперобъединения, созданную им же. Эта теория базируется на факте существования кванта пространства времени, то есть квантона. Изобретатель считает, что квантон является недостающим элементом таблицы Менделеева. Именно благодаря квантону формируются все остальные элементы.

Устройство

Квантовый двигатель имеет устройство в зависимости от его вида:
  • Если говорить о конструкции EmDrive, то она напоминает ведро из металла, которое запаяно с обеих сторон. Внутри у него находится магнетрон, который излучает электромагнитные волны. Такого устройства вполне хватает для создания небольшой тяги.
  • Владимир Леонов уже создал несколько видов двигателей, они могут применяться в разных целях. Для движения с небольшими скоростями используется одно устройство, а для космических путешествий с невероятными скоростями совершенно иное. В последнем он намеревается использоваться реактор холодного синтеза, что позволит достигать скоростей в тысячу км в секунду.

В движках Владимира Леонова для горизонтального перемещения применяются неоднородные магнитные и электрические поля.

Конструкция включает следующие элементы:
  • Корпус.
  • Электрогенератор.
  • Диск, который крепится на валу.
  • Активаторы, которые монтируются на шарнирах.
  • Систему поворота.
  • Аккумуляторную батарею.
  • Подшипники.
  • Преобразователь напряжения.
  • Схема управления.

Рабочее тело изготовлено из ферромагнитного диэлектрика. В качестве электрического двигателя используется гиромотор с обмоткой и ротором.

Принцип действия

Квантовый двигатель имеет следующий принцип действия. Аккумулятор питает электрический генератор и преобразователь напряжения.

В результате создаются три вида напряжения для:
  1. Магнитной составляющей.
  2. Обеспечения питанием электродвигателя.
  3. Катушек магнитной составляющей.

В результате системы магнитов и электродов создают магнитные и электрические поля. Эти поля выделяются ортогональным расположением, что позволяет получить вектора напряженности необходимого направления. Эти неоднородные поля действуют на рабочее тело, образуя поляризацию. Само же рабочее тело вращается вокруг оси. В итоге в рабочем теле наблюдается распределение квантов. Образуется сила тяги, которая передается активатором. Сами активаторы находятся под углом к оси плоскости дисков

Так как ось активатора определяет направление силы тяги, то наблюдается разделение сил на нормальные и тангенциальные. Система взаимодействует с вакуумным полем, что приводит к созданию энергии из поля вакуума. Полученная энергия тратится на вращение электрического генератора, который создает тягу, а также обеспечивает питание гидросистемы двигателя.

Двигатель EmDrive, над которым трудятся США и Китай, работает по совершенно иному принципу. Его работа базируется на разности давления электромагнитного излучения, которые находятся на концах двигателя. В узком месте давление немного меньше, чем в широком. В результате образуется тяга, которая направлена к узкому концу. Скептики неоднократно утверждали, что это невозможно. Однако наличие тяги подтверждалось в проводимых экспериментах.

Применение

Квантовый двигатель может применяться в самых разных областях. Однако, в первую очередь, эти устройства необходимы для космоса. Кроме космических кораблей этот двигатель может быть использован для автомобилей, летающих машин, подводных лодок, кораблей, железнодорожного транспорта и самолетов. При этом автомобилям и самолетам нужно будет минимум топлива. Достаточно будет один раз заправить машину, чтобы годами ездить на ней, не зная проблем. К тому же такие машины практически не будут ломаться.

Подводные аппараты при достаточной мощности двигателей смогут подниматься над водой и даже улетать в космос. В реальности они будут схожи с современными неопознанными летающими объектами, о которых так часто говорят в уфологии. Начнется полноценное освоение солнечной системы и ближайших планет нашей вселенной.

Также двигатель отлично может быть использован для выработки электричества, автономного электрического снабжения квартир и домов. Извлечение энергии из двигателя на квантовом принципе позволит отказаться от традиционного химического топлива, нефти и газа, ведь энергия станет практически бесплатной.

В будущем квантовый двигатель сможет найти и другие применения. Совершенствование технологий приведет к появлению новых двигателей. Это будут миниатюрные устройства, которые смогут преобразовывать магнитную или электрическую энергию в механическую. В результате могут появиться нанороботы, которые смогут лечить людей. К примеру, такие миниатюрные роботы смогут бороться с раком, безопасно удаляя пораженные ткани, уничтожать вирусы и микробы.

В России на данный момент прорабатывается большое число прорывных проектов, связанных с квантовым движком. Им интересуются российские космические концерны. Силовая установка, работающая на квантовом принципе, может стать основой для создания российского космоплана. Возможно, квантовый двигатель будет использоваться для создания сверхтяжелой космической ракеты, которая должна появиться в России до 2030 года.

Конструкция и история:

EmDrive – это двигатель-загадка. Впервые разработка была представлена аэрокосмическим инженером Роджером Шоером (Roger Shawyer) в 2001 году, а суть технологии может быть описана, как «бестопливный ракетный двигатель», в том смысле, что для него не требуется горючего, в традиционном представлении. Отсутствие на борту больших объемов топлива сделает космические корабли более легкими, их будет проще приводить в движение и, теоритически, их производство станет намного дешевле. Кроме того, гипотетический двигатель позволит достигать неимоверно высоких скоростей: астронавты смогут добираться до внешних границ Солнечной системы всего лишь за считанные месяцы.

Все дело в том, что сама по себе концепция движения без реактивного выброса массы «не стыкуется» с ньютоновским Законом сохранения импульса, который утверждает, что внутри замкнутой системы линейный и угловой моменты остаются постоянными величинами, вне зависимости от изменений, происходящих внутри этой системы. Проще говоря, если к телу не приложить внешнюю силу, то сдвинуть его с места невозможно.

Загадочный электромагнитный двигатель, который создает тягу безо всяких реактивных процессов, также нарушает и Третий (не менее фундаментальный) закон Ньютона: «На каждое действие всегда есть равное и противоположное противодействие». Так как же тогда «действие» (реактивное движение космического аппарата) происходит без «противодействия» (сжигания топлива и реактивного выброса масс) и как вообще такое возможно? Если система работает, это значит в ней задействованы силы или явления неизвестной природы или же наше понимание законов физики абсолютно ошибочно.

Читать еще:  Did двигатель что это такое

ПРИНЦИП РАБОТЫ EMDRIVE

Оставив на некоторое время физическую «невозможность» технологии, давайте определимся, что она собой представляет. Итак, EmDrive относится к категории гипотетических машин, использующих в своей работе модель «РЧ тягового полостного резонатора» (RF resonant cavity thruster). Такие устройства работают за счет магнетрона, испускающего микроволны в закрытую металлическую камеру в форме усеченного конуса, которые затем отражаются от ее задней стенки, передавая реактивную тягу аппарату. Опять же, выражаясь обычным языком, тело просто «отталкивается» от самого себя (как всё-таки глупы были люди, не верившие Барону Мюнхгаузену, когда он рассказывал о том, как вытащил себя за волосы из болота).

Такой принцип движения в корне отличается от того, что используют современные космические корабли, сжигающие огромное количество топлива для производства энергии, подымающей в небо массивные аппараты. Одной из метафор, раскрывающих суть «невозможности» такой технологии, может также стать предположение, что сидящий в салоне незаведенного автомобиля водитель способен сдвинуть его с места – всего лишь надавив, как следует, на рулевое колесо.

Несмотря на то, что было проведено несколько успешных тестов экспериментальных прототипов – с очень небольшим, порядка нескольких десятков мкН, выделением энергии (вес мелкой монеты) – итоги ни одного из исследований не были опубликованы в каком-либо рецензируемом журнале. Это значит, что к любым положительным результатом нужно относится с долей здорового скептицизма, который допускает, что зафиксированная тяга могла быть неучтенной силой или ошибкой аппаратуры.

Пока технология не получила соответствующего научного подтверждения, логично было бы предположить, что EmDrive, на самом деле, не работает. Однако есть множество людей, которые опытным путем доказали, что «невозможный» электромагнитный двигатель все-таки работает:

В 2001 году Шойер получил от британского правительства грант в размере £45 000 на тесты для EmDrive. Он заявил, что в ходе испытаний была получена тяга силой 0,016 Н и для этого потребовалось 850 Вт энергии, однако не одна экспертная оценка не подтвердила результат. Причем цифры были настолько малы, что легко могли сойти за погрешность измерительной техники.

В 2008 году группа китайских ученых Северо-западного политехнического университета во главе с Ян Хуаном (Yang Juan), по их заявлению, подтвердила дееспособность технологиисоздания тяги за счет электромагнитного резонанса и позднее разработала свою собственную рабочую модель двигателя. С 2012 по 2014 год было проведено несколько удачных тестов, в которых удалось получить тягу силой 750 миллиньютон при затраченных на это 2500 ватт энергии.

В 2014 году исследователи NASA протестировали свою модель EmDrive, причем испытания проходили также и в условиях вакуума. И снова ученые отрапортовали об успешном эксперименте (они зафиксировали тягу в 100 мкН) результаты которого, опять, не были подтверждены независимыми экспертами. В тоже время, другая группа ученых космического агентства весьма скептично отозвалась о работе коллег – однако, ни опровергнуть, ни подтвердить возможность технологии так и не смогла, призвав к проведению более глубоких исследований.

В 2015 году эта же группа NASA протестировала другую версию двигателя Cannae Drive (бывший Q-drive), созданную инженером-химиком Гвидо Фетта (Guido Fetta) и заявила о положительном результате. Практически в одно время с ними, немецкие ученые из Дрезденского технологического университета также опубликовали результаты, в которых предсказуемо подтвердили наличие «невозможной» тяги.

И уже в конце 2015, еще один эксперимент от НАСА, проведенный группой Eagleworks (космический центр имени Джонсона) окончательно подтвердил состоятельность технологии. Тестирование проводилось с учетом предыдущих ошибок и, тем не менее, результаты оказались положительными – двигатель EmDrive производит тягу. В то же время, исследователи допускают, что обнаружились новые неучтенные факторы, одним из которых может быть тепловое расширение, ощутимо влияющее на устройство в условиях вакуума. Будет ли передана работа на рассмотрение экспертам или нет, ученые из Исследовательского центра Гленна, Кливленд, штат Огайо, Лаборатории реактивного движения НАСА и Лаборатории прикладной физики университета Джонса Хопкинса уверены, что продолжать эксперименты стоит.

ЧЕМ НАМ «СВЕТИТ» EMDRIVE

Вообще научное сообщество очень осторожно воспринимает все, что связано с EmDrive и с электромагнитными резонансно полостными двигателями в целом. Но с другой стороны, такое количество исследований вызывает несколько вопросов. Почему к технологии такой повышенный интерес и почему столько людей хотят ее протестировать? Что на самом деле может предложить двигатель с таким привлекательным концептом?

От разного рода атмосферных спутников и до более безопасных и эффективных автомобилей – такую широкую сферу применения пророчат новому устройству. Но главным, по-настоящему революционным последствием его внедрения являются невообразимые горизонты, которые открываются для космических путешествий.

Потенциально, корабль, оснащенный двигателем EmDrive, способен добраться до Луны всего за несколько часов, до Марса – за 2-3 месяца и до Плутона – примерно за 2 года (для сравнения: на то, чтобы долететь до Плутона зонд New Horizons потратил более 9 лет). Это достаточно громкие заявления, однако, если выяснится, что технология имеет под собой реальное основание, эти цифры не будут настолько фантастическими. И это с учетом, того что нет нужды перевозить тонны горючего, производство космических аппаратов станет более простым, а сами они будут намного легче и значительно дешевле.

Для НАСА и подобных организаций, включая множество частных космических корпораций вроде SpaceX или Virgin Galactic легковесный и доступный корабль, способный быстро добираться до самых отдаленных уголков Солнечной системы, является вещью, о которой пока можно только мечтать. Тем не менее, для реализации технологии, науке еще придется потрудиться.

В то же время, Шойер твердо убежден, что для того, чтобы объяснить, как работает EmDrive, не требуется никаких псевдонаучных или квантовых теорий. Наоборот, он уверен, что технология не выступает за рамки действующей модели ньютоновской механики. В подтверждение своих слов он написал несколько статей, одна из которых сейчас находится на рецензировании. Ожидается, что документ будет опубликован в этом году. Вместе с тем, его прошлые работы подверглись критике за некорректные и непоследовательные научные изыскания.

Несмотря на его настойчивые утверждения о том, что двигатель работает в пределах существующих законов физики, Шойер умудряется делать и несколько фантастичные предположения относительно EmDrive. Например, он заявил, что новый двигатель работает за счет варп-поля и именно поэтому последние результаты NASA были успешными. Такие выводы привлекли массу внимания онлайн сообщества. Однако, опять-же, на сегодняшний день нет прозрачных и открытых подтверждающих данных, и для того чтобы технологию восприняла официальная наука нужно провести еще не одно глубокое исследование.

Колин Джонсон (Colin Johnston), сотрудник Планетария Арма, написал объемную статью, в которой раскритиковал EmDrive и неубедительные результаты множества проведенных экспериментов. Кроме того, Кори С. Пауэлл (Corey S. Powell) из Discovery, вынес свой обвинительный вердикт для двигателей EmDrive и Cannae Drive, точно также, как и для исследований NASA. Профессор математики и физики Джон С. Баэз вообще назвал концепцию этой технологии «вздором» и его заключения отражают настроения многих ученых.

Источник: https://lenta.ru/, digitaltrends.com

  • Наша продукция
  • Презентации по направлениям
  • Инжиниринг
  • Консалтинг
  • Металлообработка
  • Моделирование
  • Разработки

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

Двигатель EmDrive – что это и как работает?

В 2001-м году британский инженер Роджер Шойер предложил новый тип электрического двигателя, принцип которого в корне отличается от принципа работы перечисленных выше двигателей.

Конструкция представляет собой закрытую металлическую камеру (резонатор) в форме усеченного конуса (нечто вроде ведра с крышкой), который имеет определенный коэффициент отражения микроволнового излучения. Подключенный к конусу магнетрон генерирует электромагнитное излучение в микроволновом диапазоне, которое поступает в резонатор и создает там так называемую стоячую волну. За счет резонанса энергия колебания микроволн возрастает.

Как известно, свет, или электромагнитное излучение, оказывает давление на поверхность. По причине сужения камеры в одну сторону, давление микроволн на меньшее основание усеченного конуса – меньше, чем давление на большее основание. Если рассматривать камеру как закрытую систему, то результатом описанного выше эффекта будет лишь нагрузка на материал камеры, причем на одну ее сторону – больше. Однако, создатель концепции двигателя EmDrive утверждает, что данная система является открытой по причине предельной скорости движения электромагнитного излучения («скорость света»).

Зоны тяги, создаваемые частицами

Физический принцип действия такого двигателя не ясен в полной мере. Роджер Шойер убежден, что объяснения данной технологии возможно в рамках всем известной ньютоновской механики. Вероятно, в силу наличия коэффициента отражения микроволнового излучения в камере, некоторая малая часть излучение выходит наружу, за пределы резонатора, что делает систему открытой. В то же время, выход излучения со стороны большего основания усеченного конуса происходит в большей степени по причине большей площади основания. Тогда выходящее микроволновое излучение будет аналогом рабочего тела, которое и создает тягу, движущую космический корабль в обратном направлении от излучаемых микроволн.

В то же время, исследователи НАСА предполагают, что истинна действия двигателя лежит намного глубже, в квантовой механике, в общей теории относительности, согласно которой система является открытой. Максимально упростив теорию, можно сказать, что частицы могут исчезать и рождаться в замкнутом контуре пространства-времени.

Читать еще:  406 карбюраторный двигатель как подключить

Схема двигателя EmDrive

Возможность реализации двигателя подобным методом оценивали несколько научно-исследовательских организаций, в том числе и НАСА.

Двигатель EmDrive: может ли машина нарушить законы физики

Уникальная установка способна, к примеру, двигать в вакууме космический корабль. не используя топливо. Так почему же многие ученые считали (а некоторые продолжают считать до сих пор), что это изобретение — чистой воды шарлатанство?

Как работает EmDrive

Впервые концепция электромагнитной двигательной установки была опубликована еще в далеком 2002 году британской исследовательской компанией Satellite Propulsion Research, основанной аэрокосмическим инженером Роджером Шойером. Тогда же общественности был представлен и первый действующий прототип устройства. Да-да, именно знаменитые «британские ученые» изобрели фантастический двигатель, вызвавший волну скепсиса со стороны научного сообщества.

Дело в том, что EmDrive бросает вызов всем существующим законам физики (об этом мы уже писали). Его конструкция представляет собой магнетрон, генерирующий микроволны, а также резонатор высокой добротности — металлическое «ведро», ловушку для микроволн в форме герметичного конуса. Магнетрон (в повседневной жизни именно он обеспечивает работу микроволновых печей) связан с резонатором высокочастотной линией передачи, то есть обычным коаксиальным кабелем. Поступая в резонатор, ЭМ волна излучается в стороны обоих торцов с одинаковой фазовой скоростью, но с разной групповой скоростью — именно этим, по мнению создателя, и обусловлен эффект.

В чем состоит различие между этими двумя скоростями? Попадая в замкнутое пространство, электроны начинают распространяться в нем, отражаясь от внутренних стенок резонатора. Фазовая скорость — это скорость относительно отражающей поверхности, которая, по факту, определяет скорость перемещения электронов. Поскольку электроны попадают в камеру в из одного и того же источника, эта величина и в самом деле едина для всех. Групповая скорость, в свою очередь, представляет собой скорость электронов относительно торцевой стенки и возрастает по мере движения от узкой к широкой части конуса. Таким образом, по мнению Шойера, давление ЭМ волны на широкую стенку резонатора больше, чем на узкую, что и создает тягу.

Двигатель против ньютоновской физики

Так почему же ученые с этим не согласны? Основной претензией физиков является то, что принцип работы описываемой конструкции прямо противоречит третьему закону Ньютона, который гласит, что «действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны». Говоря проще, в привычном нам пространстве на каждое действие приходится противодействие, равное по силе, но противоположное по направлению. Этот принцип объясняет причину работы всех современных двигателей, от реактивных (газ подается назад, что двигает машину вперед) до ионных (пучок заряженных атомов движется в одну сторону, а корабль в другую). У EmDrive выбросов же попросту. нет.

Кроме того, неучтенными остаются еще несколько не столь важных параметров. К примеру, автор концепции не учел то, что ЭМ волна оказывает давление не только на торцевые, но и на боковые стенки резонатора. После критики в свой адрес Шойер опубликовал нерецензированную работу с объяснениями своей точки зрения, но, по мнению экспертов, теория радиационного давления сложнее представленной им теории.

Технологии на грани фантастики

В 2013 году двигателем заинтересовалось NASA. Неудивительно: если EmDrive и в самом деле работает так, как заявлено, то это станет настоящей революцией в сфере космических перелетов. Устройство испытывали в лаборатории Eagleworks в космическом центре имени Джонсона. Работы проводились под руководством Гарольда Уайта, и в их ходе был получен аномальный результат — тяга величиной около 0,0001 Н. Уайт считает, что такой резонатор может работать посредством создания виртуального плазменного тороида, который реализует тягу с помощью магнитной гидродинамики при квантовых колебаниях вакуума. Условия для испытаний были выбраны щадящие, в 50 раз меньше по мощности, чем опыты самого Шойера. Они проходили на крутильном маятнике для малых сил, который способен обнаруживать силы в десятки микроньютонов, в герметичной вакуумной камере из нержавеющей стали при комнатной температуре воздуха и нормальном атмосферном давлении.

Невозможный двигатель

«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. Политех попытался расставить все по своим местам.

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.

Читать еще:  В чем измеряется постоянная двигателя

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».

Мнение «против»

Meduza приводит мнение физика Дмитрия Мамонтова, который называет EmDrive “ерундой” и сравнивает принцип его действия с усилиями барона Мюнхгаузена, который вытянул сам себя за волосы из болота: “Для того, чтобы двигатель что-то двигал — ракету или самолет, — ему нужно выбрасывать рабочую массу. Все знают, как это отлично работает в ракетных двигателях. … Но огонь тут не обязательно нужен: есть игрушка, водяная ракета — работает на том же принципе. А без выброса массы — это Мюнхгаузен”.

NASA подтверждает работоспособность «невозможного» волнового двигателя, не использующего реактивную массу — EmDrive

Дисклеймер: данная статья написана неспециалистом в данной области. Коррективровки замечания и развёрнутые комментарии всячески приветствуются.

Суть новости

30 июля на 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference — пятидесятой совместной конференции Американского Института Аэронавтики и Астронавтики, Американского Сообщества Инженеров-Механиков, Сообщества Автомобильных Инженеров и Американского Сообщества Инженерного Образования, посвященной двигательным системам, если кому интересно значение сокращений, представители лаборатории NASA предоставили отчёт, согласно которому EmDrive, двигатель, создающий тягу без выброса реактивной массы, работает.

Принцип работы

Очевидно, читатель, следуя примеру мирового научного сообщества, скептически выгибает бровь относительно предыдущей фразы. Потому тут же приведу описание принципа работы двигателя [1] , представленное на сайте компании-изобретателя.


В самом общем виде устройство состоит из магнетрона и отражательной камеры специфической формы, создающей резонанс электромагнитной волны.

Принцип действия основывается на эффекте давления электромагнитного излучения: микроволновое излучение оказывает давление на отражатель. Благодаря форме отражательной камеры давление на большей стороне оказывается выше, чем на меньшей. Возникает логичное возражение, что, согласно ньютонианским законам, такое давление в закрытой системе приведёт лишь к нагрузке на материал камеры. Однако, по утверждению создателей, в данном случае необходимо применение Специальной Теории Относительности, согласно которой, из-за околосветовой скорости движения волны, отражательная камера и волна должны рассматриваться в разных системах отсчёта и, следовательно, комбинация отражатель+волна становятся открытой системой и создаёт тягу без использования реактивного выброса. Сила волны дополнительно увеличивается благодаря создаваемому резонансу. Интересующиеся конкретными формулами могут посмотреть их в приведённом выше источнике.

История


Первый экспериментальный образец: медного цвета отражательная камера, магнетрон и много водного охлаждения.

Первые новости о таком двигателе появились в 2000 году, когда британец Roger J. Shawyer основал компанию Satellite Propulsion Research Ltd, занятую разработкой этого устройства. Несмотря на то, что рабочий прототип был изготовлен ещё в 2003 году (устройство создавало тягу в едва заметные, но достаточные для доказательства работоспособности концепции 16 mN), полноценные независимые исследования были начаты только в 2008 году — тогда китайская команда учёных провела теоретические расчёты и согласилась, что теория жизнеспособна. В 2010 году та же команда опубликовала работу, где вывела формулу расчёта тяги такого двигателя, а так же заявила, что в экспериментах была получена тяга в 720 mN (72 грамма). Однако, и их работа была встречена с большим скептицизмом.

Наконец, учёный из США, Guido Fetta, построил свою версию «безтопливного» двигателя, работающего на том же принципе, но использующего не форму отражателя камеры, а отражатели с разным коэффициентом отражения, и убедил NASA провести испытания.

Результаты испытаний лаборатории Eagleworks Laboratories были представлены 30 июля 2014г. Общий смысл отчёта можно сжать до «Мы не уверены, как это работает, но оно работает»: исследователи старались избегать размышлений о физике работы двигателя и просто привели результаты испытаний. Выдержка из отчёта [2] .

Для надежности испытаний сотрудники лаборатории провели сравнительные испытания «нулевого двигателя» — той же системы, настроенной с незначительными изменениями, предотвращающими появление тяги, а также испытывали рабочий образец в разных направлениях, чтобы исключить возможные ошибки, вызванные воздействием электромагнитного поля на измерительное оборудование.

Согласно отчёту NASA, удалось достичь тяги в 30-50 mN. Заметно меньше, чем ранее заявленный результат китайской команды, однако вполне достаточно для подтверждения функциональности такой системы. К сожалению, количество затраченной электроэнергии указано не было, так что оценить эффективность такого двигателя пока не выходит.

Источники информации: раз [3] и два [4] .

Возможное применение

Дальнейший текст является исключительно авторскими размышлениями

Думаю, любой энтузиаст космической техники сможет привести немало возможных ситуаций, где подобный электрический двигатель будет крайне полезен. В первую очередь — вывод спутников на высокую земную орбиту. Сейчас большая часть массы отправляемого на геостационарную орбиту аппарата состоит из топлива. С использованием EmDrive, аппарат может выйти на высокую орбиту, получая энергию от солнечных батарей или РИТЭГов.

Аналогичная система может использоваться и для исследования Солнечной системы — двигаясь с постоянным, хоть и небольшим ускорением, космический аппарат сможет покрывать межпланетные расстояния куда быстрее, чем используя современную систему «начального пинка» от химической ракеты и полёта по баллистической траектории.

Аналогичную систему предлагают ионные двигатели, но, во-первых, в них всё же используется рабочее тело, а значит, что его количество накладывает ограничения на общее количество тяги, которое может произвести двигатель, не говоря о том, что топливо имеет массу. Во-вторых, судя по увиденному, конструкция EmDrive куда проще и дешевле ионного двигателя: отражательная камера, магнетрон, источник энергии и система охлаждения — все эти части достаточно просты и давно испытаны.

Разумеется, пока что речь идёт лишь о крайне лёгких аппаратах — ещё неизвестно, возможно ли будет создать двигатель с тягой достаточной, чтобы его можно было установить на пилотируемый корабль или аппарат размером с межпланетный модуль Curiosity. Однако, если это всё же окажется возможным, единственным ограничением в межпланетных перелётах окажется энергия, а в отличие от топлива, добывать её в космосе мы уже умеем.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector