[Из песочницы] 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 новости30 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, 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 2014 г. 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.
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 и два.
Возможное применение Дальнейший текст является исключительно авторскими размышлениямиДумаю, 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.
