Kaikki mitä sinun tarvitsee tietää EmDrive Thrusterista

Vaikka et pysy mukana avaruuspropulsiotekniikan kehityksessä, olet silti luultavasti kuullut EmDrivesta. Olet luultavasti nähnyt otsikoissa, joissa se julistaa avain tähtienväliseen matkaan, ja väittää, että se lyhentää merkittävästi matka-aikaa aurinkokuntamme halki, mikä tekee unelmistamme ihmisistä kävelevän muilla planeetoilla entistäkin enemmän totta. On jopa väitetty, että tämä erittäin kiistanalainen tekniikka on avain loimikäyttöjen luomiseen.

Nämä ovat rohkeita väitteitä, ja kuten suuri kosmologi ja astrofyysikko Carl Sagan kerran sanoi, "epätavalliset väitteet vaativat poikkeuksellisia todisteita". Tuon kanssa mielessämme ajattelimme, että olisi hyödyllistä selvittää, mitä tiedämme arvoituksellisesta EmDrivesta ja siitä, onko se itse asiassa avain ihmiskunnan tutkimiseen tähdet.

Joten ilman pitkiä puheita, tässä on ehdottomasti kaikki mitä sinun tulee tietää maailman hämmentävämmästä käyttövoimalaitteesta.

Tätä artikkelia päivitetään ajoittain vastauksena EM Driveen ja sitä ympäröiviin teorioihin liittyviin uutisiin ja kehitykseen.

Uusi, vuotanut NASA-paperi viittaa mahdollisesti toimivaan EmDriveen

International Business Timesin hankkima vuotanut NASA-paperi käyttäjän postauksen kautta NASA Spaceflight -foorumeilla. Foorumin moderaattorit poistivat viestin alun perin, mutta asiakirja on sittemmin lähetetty ja on tällä hetkellä katseltavissa tässä. Paperi on näennäisesti sama, josta keskusteltiin aiemmin vuonna (raportoitu alla). Lehden tiedot viittaavat selvästi EmDriven toimivaan versioon, ja vaikka se vielä on julkaistaan, se on edelleen käynnissä Institute of Aeronautics and Astronautics -tieteellisessä laitoksessa päiväkirja, AIAA Journal of Propulsion and Power.

Kuten alla käsitellään, tämä on valtava askel eteenpäin EmDrivelle ja niille, jotka uskovat teoreettiseen tekniikkaan. Jos NASAn löydöksiä koskeva paperi todellakin menee läpi ja näkee päivänvalon - mikä näyttää erittäin todennäköiseltä - se on siunaus EmDrive-tekniikan lisätutkimukselle ja kehittämiselle. Tämä avaisi oven jatkuvalle tutkimukselle ja testeille, ja saattaa vihdoin saada ihmiset tielle nopeille ja kevyille avaruusmatkoille.

EmDrive-paperi on vihdoin hyväksytty vertaisarvioinnissa

Alun perin tämä artikkeli huomautti, että aiempia EmDrive-tutkimuksia ja papereita ei joko ole lähetetty tai se on läpäissyt vertaisarvioinnin. Ne ajat ovat kuitenkin menneisyydessä, kun otetaan huomioon NASA Eagleworksin EmDrive-testiä koskeva asiakirja, joka on tehnyt kerrotaan läpäissyt vertaisarviointiprosessin ja sen julkaisee pian American Institute of Aeronautics and Astronautics. AIAA Journal of Propulsion and Power.

Tämä on tärkeä askel EmDrivelle, koska se lisää tekniikan ja tähän mennessä tehtyjen testien legitimiteettiä ja avaa oven muille ryhmille toistaa testejä. Tämä antaa myös muille ryhmille mahdollisuuden omistaa enemmän resursseja selvittääkseen, miksi ja miten se toimii, ja kuinka toistaa ajoa tehdäkseen siitä käyttökelpoisen käyttövoiman. Joten vaikka yksittäinen vertaisarvioitu paperi ei aio yhtäkkiä varustaa ihmiskuntaa planeettojen välisellä matkalla, se on ensimmäinen askel kohti tämän mahdollisen tulevaisuuden lopulta ymmärtämistä.

Mikä on EmDrive?

Yksinkertaisesti sanottuna EmDrive on arvoitus. Ilmailu- ja avaruusinsinööri Roger Shawyerin vuonna 2001 suunnittelema tekniikka voidaan tiivistää ponnekaasuttomaksi propulsiojärjestelmäksi, mikä tarkoittaa, että moottori ei käytä polttoainetta reaktion aiheuttamiseen. Polttoaineen tarpeen poistaminen tekee veneestä huomattavasti kevyemmän ja siten helpomman liikuteltavan (ja halvemman valmistaa teoriassa). Lisäksi hypoteettinen käyttövoima pystyy saavuttamaan erittäin suuria nopeuksia - puhumme mahdollisesti ihmisten saamisesta aurinkokunnan uloimmalle alueelle muutamassa kuukaudessa.

Ongelmana on, että koko reaktiottoman voiman käsite on ristiriidassa Newtonin liikemäärän säilymisen kanssa, joka sanoo että suljetussa järjestelmässä lineaarinen ja kulmamomentti pysyvät vakiona mainitun sisällä tapahtuvista muutoksista huolimatta järjestelmä. Selkeämmin: Ellei ulkopuolista voimaa kohdisteta, esine ei liiku.

Reagoimattomat käytöt on nimetty sellaisiksi, koska niistä puuttuu Newtonin kolmannessa laissa määritelty "reaktio": "Jokaiselle toiminnalle on sama ja vastakkainen reaktio." Mutta tämä menee vastoin nykyistä fysiikan perusymmärrystämme: toiminnan (aluksen käyttövoima), joka tapahtuu ilman reaktiota (polttoaineen syttyminen ja massan poistuminen) tulisi olla mahdotonta. Sellaisen tapahtuminen merkitsisi vielä määrittelemättömän ilmiön tapahtumista - tai ymmärryksemme fysiikasta on täysin väärä.

Kuinka EmDrive "toimii?"

Jättäen syrjään tekniikan mahdollisesti fysiikan rikkovat epätodennäköisyydet, tarkastellaan yksinkertaisella tavalla ehdotetun taajuusmuuttajan toimintaa. EmDrive on ns RF-resonanssipotkuri, ja on yksi useista hypoteettisista koneista, jotka käyttävät tätä mallia. Nämä mallit toimivat siten, että magnetroni työntää mikroaallot suljettuun katkaistuun kartioon, painaa sitten kartion lyhyttä päätä vasten ja ajaa venettä eteenpäin.

Tämä on päinvastoin kuin propulsiokäyttöinen avaruusalusten nykyinen käyttömuoto, joka polttaa suuria määriä polttoainetta karkottaakseen valtavan määrän energiaa ja massaa, joka raketti aluksen ilmaan. Usein käytetty metafora tämän tehottomuudesta on verrata hiukkasia, jotka työntyvät vastaan kotelointi ja työntövoiman tuottaminen autoon istumiseen ja ohjauspyörän työntämiseen auton liikuttamiseksi eteenpäin.

Vaikka käyttölaitteen kokeellisilla versioilla on testejä - alhaisella energiankulutuksella, mikä johtaa muutaman mikronewtonin työntövoimaan (noin yhtä paljon voimaa kuin paino penniäkään) – Ensimmäinen vertaisarvioitu paperi on hyväksytty vasta äskettäin, eikä mitään muiden testien tuloksista ole koskaan julkaistu vertaisarvioinnissa päiväkirja. On mahdollista, että jotkut positiiviset työntövoimatulokset ovat saaneet johtua häiriöstä tai tunnistamattomasta virheestä testilaitteistossa. Se tosiasia, että NASA Eagleworksin paperi on kuulemma hyväksytty vertaisarvioinnissa ja se julkaistaan ​​vuonna AIAA Journal of Propulsion and Power se lisää kuitenkin melkoisesti näiden väitteiden oikeutusta.

Vaikka EmDriven suhteen on ollut paljon skeptisyyttä ennen Eagleworks-paperia, se on On tärkeää huomata, että monet ihmiset ovat testanneet ajoa ja raportoineet onnistuneensa työntövoima.

• Vuonna 2001 Shawyer sai 45 000 punnan apurahan Britannian hallitukselta EmDriven testaamiseen. Hänen testinsä saavutti 0,016 newtonia ja vaati 850 wattia tehoa, mutta mikään testien vertaisarviointi ei vahvistanut tätä. On kuitenkin syytä huomata, että tämä luku oli niin alhainen, että se oli mahdollisesti kokeellinen virhe.
• Vuonna 2008 Yang Juan ja joukko kiinalaisia ​​tutkijoita Northwestern Polytechnical Universityssä väittivät vahvisti RF-resonanssiontelopotkurien taustalla olevan teorian ja rakensi myöhemmin oman versionsa vuonna 2010, testaamassa asemaauseita kertoja vuodesta 2012 vuoteen 2014. Testitulokset olivat väitetysti positiivisia, saavuttivat 750 mN (millinewtons) työntövoiman ja vaativat 2500 wattia tehoa.
• Vuonna 2014 NASAn tutkijat testasivat omaa EmDrive-versiotaan, myös kovassa tyhjiössä. Jälleen kerran ryhmä ilmoitti työntövoimasta (noin 1/1 000 Shawyerin väitteistä), ja jälleen kerran, tietoja ei koskaan julkaistu vertaisarvioitujen lähteiden kautta. Muut NASA-ryhmät suhtautuvat skeptisesti tutkijoiden väitteisiin, mutta heidän paperissaan todetaan selvästi, että nämä havainnot eivät vahvista tai kumoa ajatusta, vaan vaativat lisätestejä.
• Vuonna 2015 sama NASA-ryhmä testasi versiota kemianinsinööri Guido Fettan Cannae Drivesta (os. Q Drive) ja raportoitu positiivinen nettotyöntövoima. Samoin Dresdenin teknillisen yliopiston tutkimusryhmä testasi ajaa uudelleen raportoinnin painopiste, sekä ennustettuja että odottamattomia.
• Toinen testi NASAn Eagleworksin tutkimusryhmässä vuoden 2015 lopulla ilmeisesti vahvisti EmDriven pätevyyden. Testi korjasi aikaisemmissa testeissä esiintyneet virheet ja yllättäen veto saavutti työntövoiman. Ryhmä ei kuitenkaan ole vielä toimittanut havaintojaan vertaisarviointiin. On mahdollista, että muut kokeilun odottamattomat virheet ovat saattaneet aiheuttaa työntövoimaa (joista todennäköisin on se, että tyhjiö vaarantui, mikä aiheutti lämmön laajentaa ilmaa sen testausympäristössä ja siirtää ajaa). Julkaistaanpa tulokset lopulta tai ei, lisää testejä on tehtävä. Juuri näin Glenn Research Center Clevelandissa, Ohiossa, NASAn Jet Propulsion Laboratory ja Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory aikovat tehdä. EmDrive-uskovilla näyttää olevan toivoa.

Vuoden 2016 puolivälissä fyysikko Michael McCulloch, tutkija Plymouthin yliopistosta Iso-Britanniasta, esitteli uuden teorian, joka saattaa tarjota selityksen testeissä havaitulle työntövoimalle. McCullochin teoria käsittelee inertiaa ja jotain nimeltä Unruh-ilmiö - suhteellisuusteorian ennustama käsite, mikä saa universumin näyttämään kuumemmalta mitä enemmän kiihdytät, ja lämpöä havaitaan suhteessa kiihtyvyys.

McCullochin uusi teoria käsittelee Unruhin säteilyn vahvistamatonta käsitettä, joka päättelee, että hiukkaset muodostua avaruuden tyhjiöstä suorana seurauksena havaitusta universumin kuumenemisesta johtuen kiihtyvyys. Tämä teoreettinen käsite sopii suurelta osin nykyiseen maailmankaikkeuden ymmärryksemme ja ennustaa tällä hetkellä käyttämämme hitaustuloksia. tarkkaile, vaikkakin yhdellä merkittävällä poikkeuksella: pieniä kiihtyvyyksiä siinä mittakaavassa, mitä on havaittu testattaessa EM: tä Ajaa.

Tämä kiihtyvyys johtuu Unruh-säteilyhiukkasista, joiden aallonpituudet kasvavat kiihtyvyyden pienentyessä. Eri aallonpituuksilla olevien unruh-hiukkasten pitäisi mahtua EM Driven kartion kumpaankin päähän, ja ne pomppivat kartion sisällä, myös niiden inertia muuttuisi, mikä lopulta johtaisi siihen työntövoima.

McCullochin teoriaa on tosin hieman vaikea kohdistaa lyhyiksi maallikoiksi. Jos olet utelias ja haluat syventää teorian lisälukemista, voit lukea McCullochin koko paperi, jossa käsitellään hänen teoriaansa täällä. Asia on siinä, että jos Unruh-ilmiö ja Unruh-säteily vahvistetaan, se tarjoaa täysin uskottavan selityksen EM Driven tähän asti mahdottomalta vaikuttaneille havainnoille. Tämä vaatii lisätutkimusta ja kokeilua ja antaa propulsiojärjestelmälle entistä enemmän vauhtia testaamiseen.

Toimivan EmDriven vaikutukset

On helppo nähdä, kuinka monet tiedeyhteisössä ovat varovaisia ​​EmDriven ja RF-resonanssiontelon työntövoiman suhteen. Mutta toisaalta tutkimusten runsaus herättää muutaman kysymyksen: Miksi tekniikka on niin kiinnostunut ja miksi niin monet haluavat testata sitä? Mitä väitteitä asemasta oikein tehdään, mikä tekee siitä niin houkuttelevan idean? Vaikka kaikkea ilmakehän lämpötilaa säätelevistä satelliiteista turvallisempiin ja tehokkaampiin autoihin on pidetty mahdollisena taajuusmuuttajan sovellukset, tekniikan todellinen vetovoima – ja ennen kaikkea sen luomisen sysäys – vaikuttavat avaruuteen matkustaa.

Reaktiolla varustettu avaruusalukset voisivat päästä kuuhun vain muutamassa tunnissa, Marsiin kahdessa tai kolmessa kuukaudessa ja Plutoon kahdessa vuodessa. Nämä ovat erittäin rohkeita väitteitä, mutta jos EmDrive osoittautuu lailliseksi tekniikaksi, ne eivät välttämättä ole niin outoja. Ja koska ei tarvitse pakata useita tonneja polttoainetta, avaruusaluksista tulee halvempia ja helpompi valmistaa ja paljon kevyempiä.

NASA: lle ja muille vastaaville organisaatioille, mukaan lukien lukuisat yksityiset avaruusyritykset, kuten SpaceX, kevyet, edulliset avaruusalukset, jotka voivat matkustaa avaruuden syrjäisiin osiin nopeasti, ovat jotain a yksisarvinen. Kuitenkin, jotta siitä tulisi todellisuutta, tieteen on lisättävä.

Shawyer on vakuuttunut siitä, että ei tarvita pseudotiedettä tai kvanttiteorioita selittääkseen, kuinka EmDrive toimii. Sen sijaan hän uskoo, että nykyiset Newtonin fysiikan mallit tarjoavat selityksen, ja on kirjoittanut aihetta käsitteleviä papereita, joista yksi on parhaillaan vertaisarvioitavana (erillään Eagleworks paperi). Hän uskoo, että lehti julkaistaan ​​joskus tämän vuoden aikana. Aiemmin muut tiedemiehet ovat kritisoineet Shawyeria väärästä ja epäjohdonmukaisesta tieteestä, jos Paperi todellakin julkaistaan, se saattaa alkaa legitimoimaan EmDrivea ja innostaa lisää testausta ja tutkimusta.

Huolimatta hänen vaatimuksestaan, että asema käyttäytyy fysiikan lakien mukaisesti, se ei ole estänyt häntä esittämästä rohkeita väitteitä EmDrivesta. Shawyer on mennyt ennätykseen sanomalla, että tämä uusi asema tuotti loimikuplia, jotka sallivat aseman liikkumisen, väittäen, että NASAn testitulokset todennäköisesti saavutettiin tällä tavalla. Tämänkaltaiset väitteet ovat herättäneet paljon kiinnostusta verkossa, mutta niillä ei ole selkeitä tukitietoja ja ne edellyttävät (ainakin) laajoja testauksia ja keskustelua, jotta tiedeyhteisö ottaisi sen vakavasti – suurin osa niistä on edelleen skeptinen Shawyerin väitteet. Toivottavasti tämän uuden vertaisarvioidun paperin avulla tehdään lisää EmDrive-testejä, jotka auttavat selvittämään, kuinka tämä asia toimii.

Colin Johnston Armaghin planetaariosta kirjoitti laajan kritiikin EmDriven ja lukuisten testien epäselvät tulokset. Samoin Corey S. Powell of Discovery kirjoitti oman syytteensä sekä Shawyerin EmDriven että Fettan Cannae Driven sekä viimeaikaisen kiihkon NASAn löydösten suhteen. Molemmat huomauttavat, että tällaisista tapauksista raportoinnissa tarvitaan enemmän harkintavaltaa. Professori ja matemaattinen fyysikko John C. Baez ilmaisi uupumuksensa käsitteellisen teknologian sinnikkyydestä keskusteluissa ja kutsui koko käsitettä reaktiottomuudesta "baloney.” Hänen intohimoinen irtisanomisensa heijastaa monien muiden tunteita.

Shawyerin EmDrive on tavattu innostuneesti muualla, mukaan lukien verkkosivustolla NASASpaceFlight.com - jossa tiedot uusimmista Eagleworksin testeistä julkaistiin ensimmäisen kerran - ja suosittu New Scientist -lehti, joka julkaisi suotuisan ja optimistisen artikkelin EmDrivesta. (Toimittajat antoivat myöhemmin lausunnon, joka ideasta kestäneestä jännityksestä huolimatta heidän olisi pitänyt olla osoittanut tahdikkuutta kun kirjoitat kiistanalaisesta aiheesta.)

NASA Eagleworksin paperi avaa oven tekniikan parempaan ymmärtämiseen ja sen edelleen kehittämiseen. Demonstroitavissa oleva, toimiva EmDrive voisi avata jännittäviä mahdollisuuksia sekä avaruus- että maanpäälliseen matkustamiseen – puhumattakaan kyseenalaistaa koko ymmärryksemme fysiikasta.