Американское Минобороны выдало физикам контракт, предполагающий создание прототипа аналога EmDrive, который, по мнению ученых, нарушает законы физики.
©Wikipedia
Двигатель EmDrive может стать одним из величайших прорывов в истории Земли или, наоборот, — одной из величайших афер современности. Его концепцию можно описать фразой «все гениальное просто» (конечно, если предположить, что он вообще работает).
Двигательная установка состоит из магнетрона и резонатора: внешне она напоминает перевернутое ведро. Впервые эту концепцию предложил британец Роджер Шойер в 1999-м. Согласно ей, магнетрон генерирует микроволны, энергия их колебаний накапливается в резонаторе высокой добротности, а, если верить создателю EmDrive, стоячая волна электромагнитных колебаний в замкнутом резонаторе специальной формы выступает как источник тяги.
Ученые указали на то, что из-за отсутствия расходуемого рабочего тела EmDrive, видимо, нарушает закон сохранения импульса. При этом полученную в ходе испытаний незначительную тягу часто списывали на ошибки в расчетах.
Тем не менее сейчас американское оборонно-исследовательское агентство DARPA выделило британскому физику Майклу Маккаллоху и его коллеге из Испании 1,3 миллиона долларов на компьютерное моделирование, а также создание прототипа аналога «невозможного» двигателя. Как говорит сам ученый, передвижение корабля в космосе станет возможным даже в том случае, если он будет иметь только источник тока. При этом человечество сможет открыть для себя межзвездные путешествия. Ранние результаты работ ученые рассчитывают получить через полтора года.
Ранее Майкл Маккаллох представил свое объяснение работы EmDrive, которое, впрочем, не встретило широкой поддержки. Оно основывается на выдвинутом в рамках квантовой теории поля эффекте Унру. Это эффект наблюдения теплового излучения в ускоряющейся системе отсчета при отсутствии этого излучения в инерциальной системе отсчета. Иными словами, если вокруг неподвижного наблюдателя есть только вакуум, то ускоряющийся наблюдатель видит вокруг себя множество частиц, которые находятся в термодинамическом равновесии, — то есть теплый газ.
Стоит отметить, что недавно другая группа ученых предложила куда более простое (хотя не менее туманное) объяснение работы «невозможного» двигателя. Появляющуюся внутри EmDrive незначительную тягу связали со взаимодействием между магнитным полем кабелей и усилителя и магнитным полем Земли.
Комментарии
Простое и понятное объяснение принципа работы двигателя EmDrive.
Мощность и энергия света и микроволн может быть выражена через электрическое и магнитное поля или через энергию и число фотонов, причем энергия фотонов определяется частотой. Так или иначе, при малых (по сравнению со скоростью света, по крайне мере – при нулевой скорости)) скоростях, достаточно большой массе и небольших ускорениях резонатора двигателя EmDrive, а также при полном отражении микроволн от торцов резонатора частота, мощность и энергия микроволн меняются слабо (Допплеровское смещение – мало), микроволны у каждого из торцов резонатора идентичны (за исключением направления движения), импульсы микроволн у каждого из торцов резонатора взаимно уничтожают друг друга, обмен энергией между микроволнами и торцами резонатора – слабый, силы, возникавшие при подобном отражении микроволн – малы, т. е. силами, возникающими при отражении микроволн от торцов конуса в двигателе EmDrive, можно пренебречь, В соответствии с теорией относительности скорость света и микроволн в вакууме постоянна в любой инерциальной (не ускоряющейся) системе отчета, при этом скорость микроволн, распространяющихся в волноводе, зависит от диаметра волновода примерно так же, как скорость света в стекле зависит от показателя преломления, т. е. выражается через скорость света в вакууме и параметры волновода. Микроволны в конусообразном резонаторе двигателя EmDrive распространяются навстречу друг другу и накапливаются (усиливаются) в результате многократных отражений. Скорость одной из волн уменьшается, скорость второй – увеличивается. При торможении первая волна отдает импульс резонатору, а резонатор приобретает импульс и ускоряется. Вторая волна, движущаяся в противоположном направлении, ускоряется и приобретает импульс, а резонатор приобретает дополнительный импульс и дополнительное ускорение, которые по величине (по величине – примерно) и направлению совпадают, соответственно, с импульсом и ускорением, полученными резонатором в результате торможения первой волны. Общий импульс, приобретаемый резонатором, примерно равен суммарному изменению импульсов микроволн, движущихся навстречу друг другу, или удвоенному изменению импульса каждой из микроволн. Таким образом возникает сила тяги. Двигатели EmDrive могут содержать цилиндрическую насадку, заполненную диэлектриком, обеспечивающую дополнительное изменение скоростей микроволн. Ускорение и значительное перемещение двигателя EmDrive в пространстве возможно без каких-либо внешних сил и реактивных струй. В соответствии с теорией относительности энергия обладает эквивалентом массы. Микроволны, обладающие энергией и эквивалентом массы, непрерывно генерируются в двигателе Emdrive при его перемещении и ускорении, распространяются в резонаторе конической формы навстречу друг другу с изменяющимися скоростями, усиливаются в результате многократных отражений, толкают резонатор изнутри, постепенно превращаются в тепло и рассеиваются (при этом источник энергии может терять массу, и возможно тепловое излучение).
Тогда, не проще ли ехать на прямом давлении(отдаче) излучения(пусть даже легчайших фотонов)? :)
А не изобретать лесапед? И кпд выше(боюсь, на порядки значений ;)).
Парус из фотоэлементов(накопление электроэнергии), и мощный источник света.
Парус аккумулирует прямое давление солнечного света(прямой импульс) + электроэнергию.
Источник света даёт тягу за счёт отдачи(фотонов).
Все т. н. лучевые двигатели типа лазерного луча или лазерного паруса имеют крайне низкое соотношение импульс/энергия. Например, лазеры могут резать металл, но не могут создавать сильное давление. Это связано с тем, что лазеры могут передавать энергию типа Е равно м с в квадрате. Это большая энергия при очень малой массе. Большая величина энергии при очень маленькой массе достигается за счет скорости света в квадрате. Однако импульс равен массе, умноженной на скорость света в первой степени, и даже при высокой скорости света и большой энергии лазер не может создать большое давление, т. к. масса энергии, вообще говоря, очень маленькая. Вообще, чем выше скорость рабочего вещества, тем ниже энергетическая эффективность двигателя. Это есть в Википедии, статья называется «Specific impulse». Раздел «энергетическая эффективность» (Energy efficiency) нашел только в англоязычном варианте. Там написано, что «требуемая мощность пропорциональна скорости выхлопа». Это можно вычислить и самостоятельно. Для этого достаточно импульс MV разделить на кинетическую энергию ( MV в квадрате, деленное на два). Получится величина, обратно пропорциональная скорости. Поскольку у лучевых или просто лазерных двигателей скорость «выхлопа» очень высокая, то подобные двигатели имеют очень низкую энергетическую эффективность. В двигателе EmDrive происходит накопление рабочего вещества (энергии или ее массового эквивалента) в резонаторе за счет многократных отражений, при этом разность скоростей на противоположных концах резонатора все-таки остается сравнимой со скоростью света в вакууме и может составлять, например, примерно 0.3 скорости света. Способность накапливать энергию в резонаторе характеризуется добротностью. Добротность сверхпроводящего резонатора может составлять, по-видимому, грубо говоря, один миллион. Т. е. двигатель EmDrive, грубо говоря, в 300 тысяч раз имеет более высокую энергетическую эффективность по сравнению с лучевым двигателем типа лазерного луча.
Кстати, в работе “Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio Frequency cavity in Vacuum” by Harold White, Paul March, James Lawrence, et al. сказано: «Параметр (экспериментально полученное соотношение тяга/мощность) 1.2 mN/kW на два порядка величины выше, чем в других двигателях с «нулевым рабочим веществом», таких как «световой парус» и фотонная ракета, имеющих отношение тяга/мощность в диапазоне 3.33 – 6.67 microN/kW (или 0.0033 – 0.0067 mN/kW).