Allt du behöver veta om EmDrive Thruster

Även om du inte hänger med i utvecklingen inom rymdframdrivningsteknik, har du förmodligen fortfarande hört talas om EmDrive. Du har förmodligen sett rubriker som förklarar det nyckeln till interstellära resor, och hävdar att det drastiskt kommer att minska restiden över vårt solsystem, vilket gör våra drömmar om människor som går på andra planeter ännu mer av verklighet. Det har till och med förekommit påståenden om att denna mycket kontroversiella teknik är nyckeln till att skapa warp-enheter.

Dessa är djärva påståenden, och som den store kosmologen och astrofysikern Carl Sagan en gång sa, "extraordinära påståenden kräver extraordinära bevis." Med det i åtanke tänkte vi att det skulle vara till hjälp att bryta ner vad vi vet om den gåtfulla EmDrive, och om det i själva verket är nyckeln till att mänskligheten utforskar stjärnor.

Så utan vidare, här är absolut allt du behöver veta om världens mest förbryllande framdrivningsenhet.

Den här artikeln uppdateras regelbundet som svar på nyheter och utvecklingar angående EM Drive och teorierna kring den.

Ett nytt, läckt NASA-papper pekar på potentiellt fungerande EmDrive

En läckt NASA-tidning erhållen av International Business Times via ett inlägg av en användare på NASA Spaceflight-forum. Inlägget togs ursprungligen bort av forumets moderatorer, men dokumentet har sedan dess postats och är fortfarande synligt här. Uppsatsen är till synes detsamma som diskuterades tidigare under året (rapporteras nedan). Informationen i tidningen pekar tydligt på en fungerande version av EmDrive, och medan den ännu inte ska publiceras, kommer den fortfarande att köras i Institute of Aeronautics and Astronautics vetenskapliga tidning, AIAA Journal of Propulsion and Power.

Som diskuteras nedan är detta ett enormt steg framåt för EmDrive och för dem som tror på den teoretiska tekniken. Om uppsatsen om NASA: s fynd faktiskt går igenom och ser dagens ljus – vilket verkar mycket troligt – kommer det att vara en välsignelse för vidare forskning och utveckling av EmDrive-tekniken. Detta skulle öppna dörren för fortsatta studier och tester, och kan äntligen sätta människor på vägen mot snabba, lätta rymdresor.

En EmDrive-uppsats har äntligen godkänts av peer review

Ursprungligen påpekade den här artikeln att tidigare studier och artiklar om EmDrive antingen inte har skickats in eller godkänts av peer review. Dessa dagar är dock i det förflutna, med tanke på ett NASA Eagleworks papper om EmDrive-testet som har enligt uppgift klarat peer review-processen och kommer snart att publiceras av American Institute of Aeronautics and Astronautics' AIAA Journal of Propulsion and Power.

Detta är ett viktigt steg för EmDrive eftersom det ger legitimitet till tekniken och de tester som gjorts hittills, vilket öppnar dörren för andra grupper att replikera testerna. Detta kommer också att göra det möjligt för andra grupper att ägna mer resurser till att avslöja varför och hur det fungerar, och hur man upprepar driften för att göra det till en hållbar form av framdrivning. Så även om ett enda sakkunnigt granskat papper inte plötsligt kommer att utrusta människosläktet med interplanetära resor, är det det första steget mot att så småningom inse den möjliga framtiden.

Vad är EmDrive?

Enkelt uttryckt är EmDrive en gåta. Först designad 2001 av flygingenjören Roger Shawyer, kan tekniken sammanfattas som ett drivmedelsfritt framdrivningssystem, vilket innebär att motorn inte använder bränsle för att orsaka en reaktion. Att ta bort behovet av bränsle gör en båt betydligt lättare och därför lättare att flytta (och billigare att tillverka, teoretiskt sett). Dessutom kan den hypotetiska enheten nå extremt höga hastigheter - vi pratar om att potentiellt få människor till solsystemets yttre delar inom några månader.

Problemet är att hela konceptet med en reaktionslös drift är oförenlig med Newtons bevarande av momentum, som säger att inom ett slutet system förblir linjärt och vinkelmomentum konstant oberoende av eventuella förändringar som sker inom nämnda systemet. Mer tydligt: ​​Om inte en yttre kraft appliceras, kommer ett föremål inte att röra sig.

Reaktionslösa drifter benämns som sådana eftersom de saknar "reaktionen" som definieras i Newtons tredje lag: "För varje handling finns det en lika och motsatt reaktion." Men det här går mot vår nuvarande grundläggande förståelse av fysik: En handling (framdrivning av ett farkost) som sker utan reaktion (antändning av bränsle och utdrivning av massa) bör vara omöjlig. För att något sådant skulle inträffa skulle det betyda att ett ännu odefinierat fenomen äger rum - eller så är vår förståelse av fysiken helt fel.

Hur fungerar EmDrive?

Bortsett från teknikens potentiellt fysikbrytande osannolikheter, låt oss i enkla termer bryta ner hur den föreslagna enheten fungerar. EmDrive är vad som kallas en RF resonanshålpropell, och är en av flera hypotetiska maskiner som använder denna modell. Dessa konstruktioner fungerar genom att en magnetron trycker in mikrovågor i en stängd stympad kon, trycker sedan mot den korta änden av konen och driver farkosten framåt.

Detta är i motsats till den form av framdrivning av nuvarande rymdfarkoster, som bränner stora mängder bränsle för att driva ut en enorm mängd energi och massa för att raketa upp farkosten i luften. En ofta använd metafor för ineffektiviteten av detta är att jämföra partiklarna som trycker mot kapsling och producerar dragkraft till handlingen att sitta i en bil och trycka på en ratt för att flytta bilen fram.

Även om tester har gjorts på experimentella versioner av frekvensomriktaren — med låg energitillförsel som resulterar i några mikronewtons dragkraft (ungefär lika mycket kraft som vikten av ett öre) — Den första referentgranskade uppsatsen har bara nyligen godkänts, och inga av resultaten från andra tester har någonsin publicerats i en referentgranskad tidning. Det är möjligt att vissa positiva dragkraftsresultat kan ha orsakats av störningar eller ett ouppklarat fel med testutrustning. Det faktum att NASA Eagleworks papper enligt uppgift har godkänts av expertgranskning och kommer att publiceras i AIAA Journal of Propulsion and Power lägger dock en hel del legitimitet till dessa påståenden.

Även om det har funnits mycket skepsis angående EmDrive före Eagleworks-tidningen, så är det viktigt att notera att det har varit ett antal personer som har testat enheten och rapporterat att de har uppnått sticka.

• 2001 fick Shawyer ett anslag på £45 000 från den brittiska regeringen för att testa EmDrive. Hans test uppnådde enligt uppgift 0,016 Newtons kraft och krävde 850 watt effekt, men ingen peer review av testerna bekräftade detta. Det är dock värt att notera att denna siffra var tillräckligt låg för att det potentiellt var ett experimentellt fel.
• År 2008 påstås Yang Juan och ett team av kinesiska forskare vid Northwestern Polytechnical University verifierade teorin bakom RF-resonanshålpropeller och byggde sedan sin egen version 2010, testar enhetenflera gånger från 2012 till 2014. Testresultaten påstods vara positiva och uppnådde upp till 750 mN (millinewton) dragkraft och krävde 2 500 watt effekt.
• Under 2014 testade NASA-forskare sin egen version av en EmDrive, inklusive i ett hårt vakuum. Återigen rapporterade gruppen dragkraft (cirka 1/1 000 av Shawyers påståenden), och återigen publicerades uppgifterna aldrig genom referentgranskade källor. Andra NASA-grupper är skeptiska till forskarnas påståenden, men i deras papper står det tydligt att dessa fynd varken bekräftar eller motbevisar driften, utan kräver istället ytterligare tester.
• 2015 testade samma NASA-grupp en version av kemiingenjören Guido Fettas Cannae Drive (född Q Drive), och rapporterade positiv nettoeffekt. På samma sätt testade en forskargrupp vid Dresdens tekniska universitet också enheten, igen rapporteringskraft, både förutspått och oväntat.
• Ännu ett test av en forskargrupp från NASA, Eagleworks, i slutet av 2015 till synes bekräftat giltigheten av EmDrive. Testet korrigerade fel som hade inträffat i de tidigare testerna, och överraskande nog uppnådde drivningen dragkraft. Men gruppen har ännu inte lämnat in sina resultat för peer review. Det är möjligt att andra oförutsedda fel i experimentet kan orsaka dragkraft (den mest troliga av dessa är att vakuumet äventyrades, vilket fick värme att expandera luften i testmiljön och flytta kör). Oavsett om resultaten i slutändan publiceras eller inte, måste fler tester göras. Det är precis vad Glenn Research Center i Cleveland, Ohio, NASA: s Jet Propulsion Laboratory och Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory tänker göra. För EmDrive-troende verkar det finnas ett visst hopp.

I mitten av 2016 lades en ny teori fram av fysikern Michael McCulloch, en forskare från Plymouth University i Storbritannien, som kan ge en förklaring till dragkraften som observerats i tester. McCullochs teori handlar om tröghet och något som kallas Unruh-effekten - ett koncept som förutsägs av relativitet, vilket gör att universum verkar hetare ju mer du accelererar, med värmen observerad i förhållande till acceleration.

McCullochs nya teori handlar om det obekräftade konceptet Unruh-strålning, som drar slutsatsen att partiklar bildas ur rymdens vakuum som ett direkt resultat av den observerade uppvärmningen av universum pga acceleration. Detta teoretiska koncept passar till stor del in i vår nuvarande förståelse av universum och förutsäger resultaten av tröghet vi för närvarande observera, om än med ett anmärkningsvärt undantag: små accelerationer på skalan av ungefär vad som har observerats under testning av EM Kör.

Denna acceleration kommer som ett resultat av Unruh-strålningspartiklarna, vars våglängder ökar när accelerationen minskar. Unruh-partiklar vid olika våglängder måste passa i vardera änden av EM Drives kon, och som de studsar runt inuti konen, deras tröghet skulle också förändras, vilket i slutändan skulle resultera i sticka.

McCullochs teori är visserligen lite svår att formulera i kortfattade lekmannatermer. Om du är nyfiken och vill fördjupa dig i ytterligare läsning om teorin kan du läsa McCullochs hela papper diskuterar hans teori här. Poängen här är att, om Unruh-effekten och Unruh-strålningen skulle bekräftas, erbjuder den en helt rimlig förklaring till EM-drevets hittills omöjliga observationer av dragkraft. Detta kommer att kräva ytterligare forskning och experiment, och ger framdrivningssystemet ännu mer fart för testning.

Implikationer av en fungerande EmDrive

Det är lätt att se hur många i forskarvärlden som är försiktiga med EmDrive och RF-resonanskavitetsdrag helt och hållet. Men å andra sidan väcker rikedomen av studier några frågor: Varför finns det ett sådant intresse för tekniken och varför vill så många testa den? Exakt vilka påståenden görs om drevet som gör det till en så attraktiv idé? Medan allt från atmosfärstemperaturkontrollerande satelliter till säkrare och effektivare bilar har trummats upp som potentiella applikationer för enheten, den verkliga dragningen av tekniken - och drivkraften för dess skapande i första hand - är implikationerna för rymden resa.

Rymdfarkoster utrustade med en reaktionslös drivning skulle potentiellt kunna ta sig till månen på bara några timmar, Mars om två till tre månader och Pluto inom två år. Dessa är extremt djärva påståenden, men om EmDrive visar sig vara en legitim teknik kanske de inte är så konstiga. Och utan att behöva packa flera ton bränsle blir rymdfarkoster billigare och lättare att tillverka och mycket lättare.

För NASA och andra sådana organisationer, inklusive de många privata rymdföretag som SpaceX, lätta, prisvärda rymdfarkoster som snabbt kan resa till avlägsna delar av rymden är något av en enhörning. Ändå, för att det ska bli verklighet måste vetenskapen lägga ihop.

Shawyer är övertygad om att det inte finns något behov av pseudovetenskap eller kvantteorier för att förklara hur EmDrive fungerar. Istället tror han att nuvarande modeller av newtonsk fysik erbjuder en förklaring och har skrivit artiklar om ämnet, varav en för närvarande håller på att granskas (separat från Eagleworks papper). Han räknar med att tidningen kommer ut någon gång i år. Medan Shawyer tidigare har kritiserats av andra vetenskapsmän för felaktig och inkonsekvent vetenskap, om tidningen publiceras verkligen, den kan börja legitimera EmDrive och stimulera till fler tester och forskning.

Trots hans insisterande på att enheten beter sig inom fysikens lagar, har det inte hindrat honom från att göra djärva påståenden om EmDrive. Shawyer har sagt att den här nya enheten producerade varpbubblor som gör att enheten kan röra sig, och hävdar att det är så NASA: s testresultat troligen uppnåddes. Påståenden som dessa har väckt stort intresse online, men har inga tydliga stödjande uppgifter och kommer (åtminstone) att kräva omfattande tester och debatter för att kunna tas på allvar av forskarsamhället — varav majoriteten fortfarande är skeptisk till Shawyers påståenden. Förhoppningsvis kommer fler EmDrive-tester att genomföras med denna nya referentgranskade uppsats, som hjälper till att klargöra hur det här fungerar.

Colin Johnston från Armagh Planetarium skrev en omfattande kritik av EmDrive och de ofullständiga resultaten av många tester. På samma sätt, Corey S. Powell från Discovery skrev sitt eget åtal av både Shawyers EmDrive och Fettas Cannae Drive, såväl som den senaste tidens glöd över NASA: s fynd. Båda pekar på behovet av större handlingsfrihet vid rapportering av sådana fall. Professor och matematisk fysiker, John C. Baez uttryckte sin utmattning över den konceptuella teknikens uthållighet i debatter och diskussioner, och kallade hela uppfattningen om en reaktionslös drift "struntprat.” Hans passionerade avskedande återspeglar många andras känslor.

Shawyers EmDrive har mötts av entusiasm på andra håll, inklusive webbplatsen NASASpaceFlight.com — där information om de senaste Eagleworks tester först publicerades — och den populära tidskriften New Scientist, som publicerade en positiv och optimistisk artikel på EmDrive. (Redaktörerna utfärdade senare ett uttalande som de borde ha, trots en ihållande upphetsning över idén visat mer takt när du skriver om det kontroversiella ämnet.)

NASA Eagleworks papper öppnar dörren för bättre förståelse av tekniken och för ytterligare förfining av den. En påvisbar, fungerande EmDrive kan öppna upp spännande möjligheter för både rymdresor och landresor – för att inte tala om att ifrågasätta hela vår förståelse av fysik.