В начале этой недели стало известно, что британский инженер Роджер Шойер (Roger Shawyer) получил патент на обновленную версию созданного им двигателя EmDrive. Она отличается от предыдущей наличием пластины из высокотемпературного сверхпроводника, который, по мнению автора, увеличит эффективность EmDrive. Но, несмотря на выданный патент, до сих пор никто не смог дать безупречное объяснение, почему этот двигатель работает. С точки зрения физики работа EmDrive невозможна, так как она нарушает закон сохранения импульса. Впрочем, эксперименты, в которых демонстрировалась тяга, создаваемая EmDrive, тоже выглядят далеко не убедительными. Так что, говоря откровенно, неясно, имеем ли мы дело с принципиально новым двигателем или же вся эта история – большая ошибка.
По назначению EmDrive представляет собой электрический ракетный двигатель. Согласно замыслу Роджера Шойера, он должен использоваться для космических полетов. Внешне EmDrive напоминает ведро. В его конструкцию входят генератор электромагнитных волн – магнетрон, принципиально не отличающийся от тех, что стоят в кухонных микроволновых печках, а также резонатор, который эти волны улавливает. По словам Шойера, подтвержденным некоторыми экспериментами, при отражении волн в резонаторе двигатель развивает небольшую тягу, хотя из него не вылетает никаких частиц, которыми можно было бы ее объяснить. С точки зрения закона сохранения импульса, этот двигатель работать не должен.
История двигателя началась в 2001 году, когда Роджер Шойер основал компанию Satellite Propulsion Research Ltd. Ему удалось получить грант на свои разработки от департамента торговли и промышленности Великобритании. На следующий год Шойер объявил о создании рабочего прототипа двигателя, который развивает тягу около 0,02 ньютона при мощности магнетрона 850 ватт. Двигатель мог работать всего несколько секунд, так как потом магнетрон выходил из строя из-за перегрева. Забегая вперед, скажем, что ни в одном независимом эксперименте по проверке работы EmDrive не удалось даже приблизиться к названному Шойером значению силы тяги. Даже там, где работу двигателя действительно обнаруживали, речь шла о микроньютонах не более.
К осени 2006 года Шойер разработал систему водяного охлаждения и (опять-таки, по его словам) увеличил тягу двигателя до 0,1 ньютона. 8 сентября журнал New Scientist вышел с портретом ученого на обложке, а в статье двигатель был назван правдоподобным. Шойер намеревался к 2009 году подготовить двигатель для испытаний в космосе.
Публикация New Scientist вызвала значительный резонанс. Австралийский писатель-фантаст Грег Иген (Greg Egan) написал возмущенное открытое письмо, где обвинял журнал в «тяге к сенсациям и отсутствии базовых знаний». По словам Игена, он был «ошеломлен уровнем научной безграмотности авторов», а публикация представляла собой реальную угрозу для понимания науки обществом. Письмо Игена поддержал специалист по математической физике из Калифорнийского университета Джон Баэз (John C. Baez), разместивший его в своем блоге. Специалист по анализу данных Джон Костелла (John P. Costella), имеющий научную степень по теоретической физике, написал опровержение статьи в New Scientist, где объяснял, почему двигатель работать не может.
Редакция журнала признала, что ей следовало бы четче сообщить читателям, что двигатель Шойера нарушает законы физики, и не утаивать тот факт, что несколько ученых отказались дать комментарий по этому поводу, сочтя концепцию двигателя слишком спорной. Но редакторы подчеркнули, что работа EmDrive – феномен, доступный для экспериментальной проверки, и выразили надежду, что такая проверка вскоре последует. Тем не менее, журнал опубликовал несколько критических отзывов о проекте EmDrive.
В 2007 году фирма Роджера Шойера получила лицензию на экспорт технологии в США. Шойер выступил с презентацией проекта в Пентагоне и заключил контракт с компанией «Боинг», который предусматривал создание двигателя и испытание его на спутнике Земли. В 2010 году Шойер объявил, что двигатель с тягой около 0,19 ньютона был завершен и передан компании «Боинг». После этого Satellite Propulsion Research не получала экспортных лицензий и связь ее с «Боингом» прервалась. В 2012 году представитель компании «Боинг» в ответ на вопрос об этих испытаниях, сказал, что научно-исследовательское подразделение компании Boeing Phantom Works действительно занималось изучением необычных проектов космических двигателей, в том числе и EmDrive, но такая работа была прекращена, и теперь компания не сотрудничает с Шойером и не заинтересована в этом проекте. Никаких сведений об испытаниях двигателя сообщено не было.
В 2013 и 2014 годах Роджер Шойер представлял свой двигатель на Международных конгрессах по астронавтике, а статья, основанная на его презентации 2014 года, на следующий год вышла в журнале Acta Astronautica. Теперь, после получения патента на новую конструкцию, Шойер объявил о намерении создать новую фирму по производству таких двигателей Universal Propulsion Ltd., объединившись с небольшой британской компанией Gilo Industries Group, которая производит двигатели для парапланов и Parajet SkyCar – комбинацию квадроцикла и параплана. Изобретатель по-прежнему планирует провести испытания своего двигателя в космосе.
Независимо проверить доводы Лоренца пытались трижды. В 2008 году команда китайских исследователей во главе профессором Цюанем Яном из Северо-западного политехнического университета в городе Сиань разработала теорию, объясняющую работу двигателя, а к 2010 году создала прототип установки. Для магнетрона, мощностью 2500 ватт им удалось добиться тяги в 720 миллиньютонов. Результат был более чем воодушевляющий, но в последующие годы профессор Ян не смог ни разу его воспроизвести и, в конце концов, пришел к выводу, что в 2010 году имела место ошибка эксперимента. Однако он не прекратил усилий и в 2016 году опубликовал статью с описанием результатов новых, более совершенных по методике, испытаний. Тяга вновь была обнаружена, но была значительно меньше. В одном испытании (при использовании внешнего источника питания) она составляла 8-10 миллиньютонов, во втором – 3 ± 0,7 миллиньютона с неопределенностью измерений 80%. Как признали китайские ученые в своей статье, этих данных недостаточно для подтверждения реальной работы двигателя, так как обнаруженная тяга очень мала и может быть результатом погрешности измерений или внешних тепловых или магнитных эффектов.
Вторая группа исследователей, проверявших EmDrive, работает в лаборатории НАСА Eagleworks в Космическом центре имени Линдона Джонсона. Возглавляет лабораторию Гарольд Уайт. Его коллектив специализируется на проверке различных маргинальных физических теорий, которые потенциально могут привести к разработке нового типа ракетных двигателей. Серия испытаний происходила в 2011 – 2015 годах. По предварительным сообщениям 2014 года, тяга была обнаружена и составляла в среднем 91,2 микроньютона, а в самом удачном случае 116 микроньютонов (примерно соответствует весу рисового зерна). Результаты подвергли справедливой критике из-за того, что не были исключены возможные внешние воздействия на двигатель. Например, эксперимент проводился не в вакууме, что позволяло тепловым воздушным потокам воздействовать на EmDrive. При столь небольших значениях силы они могли сыграть главную роль. К тому же полученные значения всего лишь в три раза превосходили погрешность измерений.
На следующий год последовали результаты, полученные уже в вакууме, тяга составила около 50 мкН, но проявлялась столь краткое время, что для уверенности в успехе его было недостаточно. Лаборатория Eagleworks объявила о планах модернизировать оборудование, повысив мощность магнетрона, что позволит, наконец, разобраться с этой проблемой.
В сентябре 2016 года стало известно, что новая статья сотрудников Eagleworks об испытаниях двигателя будет опубликована в рецензируемом научном журнале Journal of Propulsion and Power. Выход статьи ожидается в декабре. По предварительным данным, была показана тяга 1,2 ± 0,1 миллиньютона, что значительно больше, чем в предыдуших опытах.
Также проверкой EmDrive летом 2015 года занимались немецкие физики из Дрезденского технологического университета под руководством Мартина Таймара (Martin Tajmar). Они испытали в вакууме двигатель с магнетроном мощностью 700 Вт, получив тягу около 20 микроньютонов. Им удалось обнаружить и исключить некоторые источники посторонних эффектов, например, воздействие постоянных магнитов, использовавшихся для подавления вихревых токов в крутильных весах, на которых определялась тяга, или же электрическое поле проводов, по которым подается питание. Однако они считают, что далеко не все такие эффекты были учтены, так что при столь низком показателе ученые не могут утверждать, что им удалось подтвердить или опровергнуть работоспособность двигателя. Они намерены продолжить эксперименты, улучшая изоляцию двигателя от посторонних электромагнитных полей.
Так что ни один из независимых экспериментов не подтвердил возможность функционирования такого двигателя. Теоретические обоснования EmDrive, хотя их появилось уже несколько, тоже остаются противоречивыми и убедительными. Сам создатель EmDrive объясняет его действие силой Лоренца, но в его доказательствах другие специалисты находят серьезные упущения. Другие выдвинутые объяснения требуют наличия особых эффектов, которое еще предстоит доказать.
Тем временем, параллельно с Роджером Шойером двигатель подобного типа разработал американский инженер Гвидо Фетта (Guido Fetta), назвав его Cannae Drive. Его испытаниями тоже занимаются в Eagleworks примерно с таким же успехом.
Двигатели типа EmDrive были бы большим достижением для космонавтики, ведь они могут работать без расходуемого топлива, была бы только электроэнергия для магнетрона. Теоретически эти двигатели могли бы значительно ускорить путешествия в космосе, например, от Земли до Луны стало бы возможно долететь всего за четыре часа, а путь до альфы Центавра занял бы менее сотни лет. Но, увы, пока убедительных доказательств их работоспособности не представлено.
Источник: http://polit.ru/article/2016/11/03/ps_emdrive/