Az űrkorszak születése óta egy másik Naprendszer felé tartó utazás álmát összhangban tartják a rakéttal, amely súlyosan korlátozza az űrbe dobott űrhajó sebességét és méretét. A tudósok becslése szerint még a mai legerősebb rakétamotorokkal is körülbelül 50 000 évbe telik majd, hogy elérjük legközelebbi csillagközi szomszédunkat, Alpha Centauri-t. Ha az emberek valaha is arra számítanak, hogy idegen napkelte lép fel, akkor a szállítási időt jelentősen csökkenteni kell.
Fut a lehetetlen EmDrive?
A fejlett motorkoncepciók közül, amelyek ezt megtehették, nagyon kevés olyan izgalmat és ellentmondást váltott ki, mint az EmDrive. Először csaknem húsz évvel ezelőtt írták le, az EmDrive úgy működik, hogy az elektromos áramot mikrohullámúvá alakítja és ezt az elektromágneses sugárzást kúpos kamrán keresztül irányítja. Elméletileg a mikrohullámok nyomást gyakorolhatnak a kamra falára, és elegendő tolóerőt hozhatnak létre az űrhajó űrben történő mozgatásához. Jelenleg azonban az EmDrive csak laboratóriumi prototípusként létezik, és még mindig nem tisztázott, hogy képes-e egyáltalán tolóerőt generálni. Ha igen, akkor az olyan erõk nem elég erõsek, hogy szabad szemmel láthassák, nemhogy a készüléket mozgatni.
Az utóbbi években azonban több tudós, köztük a NASA is, azt állította, hogy sikeresen kifejtette az EmDrive-t. Ha ez igaz, akkor az űrkutatás történetének egyik legnagyobb áttörésén vagyunk. A probléma az, hogy az ezekben a kísérletekben megfigyelt tolóerő olyan kicsi, hogy nehéz megmondani, létezik-e egyáltalán.
A megoldás egy olyan eszköz kifejlesztése, amely képes mérni ezeket a kisebb tolóerő-megnyilvánulásokat. Ezért a német Technische Universität Dresden fizikusok egy csoportja úgy döntött, hogy létrehoz egy eszközt, amely megoldja ezt a problémát. A SpaceDrive projekt, Martin Taimar fizikus vezetésével, olyan érzékeny és érzékeny eszközt hoz létre, amely az interferencia szempontjából véget ér, hogy egyszer és mindenkorra véget vet a vitanak. Októberben Taimar és csapata bemutatta a kísérleti mérések második sorozatát, az EmDrive-t a Nemzetközi Űrhajózási Kongresszuson, és eredményeiket az augusztusban az Acta Astronautica közzéteszi. A kísérletek eredményei alapján Taimar azt mondja, hogy az saga az EmDrive-vel való megoldódása pár hónap múlva vár ránk.
Sok tudós és mérnök nem hisz az EmDrive-ben, mert az sérti a fizika törvényeit. Az EmDrive kamra falát nyomó mikrohullámok úgy tűnik, hogy ex nihilo tolóerőt generálnak, vagyis a semmiből kifolyólag ellentétes a lendület - cselekedet és a reakció megőrzésével. Az EmDrive támogatói viszont a kvantummechanika okos értelmezéseiben válaszokat keresnek, megpróbálva megérteni, hogy az EmDrive hogyan működhetne anélkül, hogy megszakítaná a newtoni fizikát. "Elméleti szempontból senki sem veszi komolyan" - mondja Taimar. Ha az EmDrive képes tolóerőt generálni, amint egyes csoportok állítják, "senkinek sincs tudomása, honnan származik." Amikor a tudományban van ilyen mértékű elméleti rés, Taimar csak egy módszert lát a bezárásának: kísérleti.
Promóciós videó:
2016 végén Taimar és 25 másik fizikus gyűlt össze a Colorado-i Estes Parkban az EmDrive és az ahhoz kapcsolódó egzotikus meghajtó rendszerek első konferenciájára. Az egyik legérdekesebb előadást Paul Marsh, a NASA Eagleworks laboratóriumának fizikusa tartotta, ahol kollégája, Harold White kollégája kipróbálta az EmDrive különböző prototípusait. Marsh előadása és egy későbbi jelentés szerint a Journal of Propulsion and Power-ban ő és White megfigyelt több tucat mikromondó tolóerőt EmDrive prototípusukban. Összehasonlításképpen, egyetlen SpaceX Merlin motor mintegy 845 000 newton tolóerőt hoz létre a tengerszint felett. A Marsh és White problémája azonban az volt, hogy a kísérleti felépítés több interferenciaforrást tartalmazott, így nem tudták biztosan megmondani, mi okozta a tolóerőt.vagy egy speciális akadály.
Taimar és a drezdai csapat a NASA laboratóriumában használt EmDrive prototípus pontos másolatát használta. Csonkított rézkúp - lefelé vágva - egy láb alatt hosszú. Ezt a mintát Roger Scheuer mérnök találta ki, aki 2001-ben írta le az EmDrive-et. A tesztelés során az EmDrive kúpot vákuumkamrába helyezik. A kamerán kívül az eszköz mikrohullámú jelet generál, amelyet koaxiális kábeleken továbbítanak a kúp belsejében lévő antennákhoz.
Ez nem az első alkalom, amikor egy drezdai csapat megpróbálta majdnem észrevehetetlen erőt mérni. Hasonló eszközöket készítettek az ionmotorok működésére, amelyeket a műholdak pontos helymeghatározására használnak. Ezek a mikronwton motorok segítenek a műholdaknak olyan halvány jelenségeket észlelni, mint a gravitációs hullámok. Az EmDrive és hasonló motorok üzemanyag nélküli tanulmányozásához nanonewton felbontásra van szükség.
Az új megközelítés torziós mérleg, inga típusú mérleg használata volt, amely megméri az inga tengelyére kifejtett nyomaték mennyiségét. Ennek az egyensúlynak kevésbé érzékeny változatát a NASA csapata is használta, amikor úgy döntöttek, hogy az EmDrive tolóerőt produkál. E kicsi erő pontos mérésére a drezdai csapat lézer-interferométert használt az EmDrive által előállított mérleg súlyok fizikai elmozdulásának mérésére. A torziós mérlegek nanonewton felbontással rendelkeznek, és több kilogramm tolóerőt támogatnak - mondta Taimar, és ezáltal a legérzékenyebb tolóerő-skálákat jelentette.
De az igazán érzékeny nyomóerő-súlyok valószínűleg nem lesznek hasznosak, hacsak nem tudod meghatározni, hogy az észlelt erő nyomóerő-e, és nem külső interferencia. És Marsh és White megfigyeléseinek számos alternatív magyarázata van. Annak megállapításához, hogy az EmDrive valóban tolóerőt eredményez-e, a tudósoknak képesnek kell lenniük arra, hogy megvédjék a készüléket a Föld mágneses terektől, a környezet szeizmikus rezgéseitől és az EmDrive mikrohullámú fűtéssel kapcsolatos hőtágulásától.
Taimar szerint a torziós egyensúly kialakításának módosítása - az EmDrive tápegységének jobb irányítása és a mágneses mezőktől való védelme érdekében - számos interferencia-problémát fog megoldani. Sokkal nehezebb volt megoldani a „hőelvezetés” problémáját. Amikor az EmDrive-t tápfeszültségre alkalmazzák, a rézkúp felmelegszik és tágul, és a súlypontját annyira elmozdítja, hogy a torziós egyensúly olyan erőt regisztrál, amelyet a tapadás téved. Taiman és csapata remélte, hogy a motor tájolásának megváltoztatása segít megoldani ezt a problémát.
55 kísérlet során Taimar és munkatársai átlagosan 3,4 mikrontávolságú erőt rögzítettek az EmDrive-től, ami nagyon hasonló volt ahhoz, amit a NASA-nál találtak. Sajnos, ezek az erők nyilvánvalóan nem érkeztek a hőeltolódási vizsgálathoz. Ezek inkább a hőtágulásra, mint a tolóerőre voltak jellemzők.
De az EmDrive számára a remény nem veszít el. Taimar és munkatársai két további típusú nyomóerőt fejlesztenek ki, ideértve a szupravezető mérleget is, amelyek elősegítik a hőelvezetés okozta hamis pozitív eredmények kiküszöbölését. Ha ezen a skálán találják meg az EmDrive erejét, akkor valószínűleg ez egy nyomás. De ha a skála nem észlel tolóerőt, az azt jelenti, hogy az EmDrive tolóerő minden korábbi megfigyelése hamis pozitív volt. Taimar reméli, hogy az év vége előtt meghozza a végleges ítéletet.
De még a negatív eredmények sem jelentik az EmDrive ítéletét. Számos más típusú üzemanyag nélküli motor is létezik. És ha a tudósok valaha kifejlesztenek az alacsony nyomású mozgás új formáit, akkor az ultraérzékeny vontatási skálák segítenek elválasztani a fikciót a ténytől.
Ilya Khel