К звёздам без топлива! NASA и её невозможный двигатель
Мечта о звёздах постоянно откладывается. Химия - стараниями Цандера, Королёва, Малины, фон Брауна - выведшая нас за атмосферу и к другим планетам, увы, на большее не способна. Чтобы добраться даже до ближайшей к нам Проксиме Центавра - нищего красного карлика! - потребуются время и объём топлива не просто фантастические, а делающие экспедицию бессмысленной. Иных же технологий, могущих составить конкуренцию химическому двигателю, пока не существует. Или, если быть точным, не существовало до прошлой недели, когда не кто иной, как NASA, опубликовало отчёт, задокументировавший опыты с уникальным ракетным двигателем, способным привести человека к звёздам… без топлива. Беда с этим двигателем одна: подавляющим большинством физиков он признаётся антинаучным.
Вообразите обычную «микроволновку» необычной конструкции: вместо привычного «кирпича», пусть она будет выполнена в форме рупора. Экранирующую сетку со стенок сдирать не надо, за пределы такой «печки», как и прежде, микроволновое излучение просачиваться не должно. Теперь включим питание и отправим устройство за пределы атмосферы и земного тяготения. Что произойдёт?
Забегая вперёд: это EmDrive конструкции Роджера Шаера. В NASA испытывали не его, но принцип действия тот же.
Классическая физика утверждает, что для создания движения необходимо от чего-нибудь оттолкнуться, а уж что это будет - дело десятое: может быть ноги и земля, может быть винт и вода или атмосфера, может быть атомы сгоревшего или ионизированного газа (ионный двигатель, пусть маломощный, уже в космонавтике применяется, вспомните Deep Space 1). Так что с описанным нами устройством не случится ровным счётом ничего: раз периметр устройства ничто не покидало, суммарный его импульс останется нулевым (см. Закон сохранения импульса).
Однако, некоторые исследователи с этим не согласны. Они уверены, что за счёт возникающей внутри нашей «печки» «квантовой несбалансированности» возникнет тяга. Энергия для такого движка, естественно, по-прежнему нужна, это не вечный двигатель, но её можно получить от солнечных батарей (пока до ближайшей звезды недалеко), либо атомного реактора на борту. Зато топливо - в смысле расходное вещество, которое нужно выбрасывать за борт для создания движения - не понадобится. Отсюда и выгоды. Мало того, что максимальная скорость ограничена только скоростью света, мало того, что мощность импульса можно наращивать бесконечно, так ещё и тащить с собой бесполезные тонны рабочего вещества (потребные только затем, чтобы выбросить их потом через дюзы!) не надо - а значит, оно не кончится, а значит, ускорение пойдёт быстрей.
NASA не автор идеи «электромагнитного движка». Её «отцом» считается британский инженер Роджер Шаер, который конструирует прототипы не первый год и даже как-то выбил на свой EmDrive государственный грант (помогло, вероятно, то, что он не настаивает, что законы физики ошибочны, он утверждает, что в чём-то ошибаются сами физики). Глядя на него, при поддержке государства ведут аналогичные эксперименты китайские исследователи. И те и другие зафиксировали в своих опытах тягу в доли грамма, а китайцы вот-вот собирались проводить генеральную проверку на орбите. На этом история обрывалась год назад (см. «Провал как топливо успеха»), а за прошедшее время к работе подключились американцы. Некто Гвидо Фетта, изобретатель из США, тоже болеющий темой ЭМ-драйва, убедил NASA испытать свои аппараты. И вот результат.
Это Cannae Drive конструкции Гвидо Фетты. Именно его испытывали в NASA.
28 июля на официальном подсайте NASA был опубликован, а парой дней позже на конференции по реактивному движению озвучен, отчёт группы сотрудников NASA под названием «Аномальная тяга от радиоволнового тестового устройства, измеренная на чувствительном маятнике». В полном объёме, к сожалению, он доступен только за деньги, но конспект есть на упомянутом сайте, а пробелы восполнили западные научные журналисты, читавшие или слышавшие отчёт целиком. Суть: подвесив «микроволновку» на чувствительные весы и включив её, испытатели зафиксировали берущуюся неизвестно откуда тягу - правда, слабее, чем в британских или китайских опытах, но всё-таки заметную. Видимо, чтобы не быть уволенными сразу, авторы отчёта обошли вниманием причину возникновения тяги (на этот счёт высказаны уже минимум две теории, обе так или иначе связаны с квантовой механикой), сосредоточившись на описании самого двигателя и процесса измерений. И случилось всё это ровно прошлым летом, а сейчас, наконец, результаты опыта обнародованы.
Если вы уже слышали про отчёт NASA, то, конечно, знаете, в чём там подвох. Американцы «взвешивали» «печку» не только во включённом состоянии, но и выключенную (они назвали такую «нулевым устройством»). Для чего? Для чистоты опыта, конечно: если вдруг и в таком эксперименте появится тяга, будет понятно, что причина кроется вовсе не в «неизвестных физических свойствах закрытой камеры с микроволновым излучением». И в самом деле, даже выключенный ЭМ-двигатель показал некоторую тягу. И многие журналисты поспешили объявить это свидетельством неработоспособности ЭМ-драйва: мол, как и ожидалось, электромагнитный двигатель никакого импульса не создаёт, всё дело в погрешностях. Но журналисты ошиблись.
Тот факт, что даже выключенный ЭМ-драйв отклонял стрелку весов, говорит лишь, что в процедуре измерений были учтены не все факторы. Вероятно, на весы влияет магнитное поле, возникающее в силовых кабелях, питающих установку - что сотрудники NASA и выяснили, тогда как китайцы и Шаер, возможно, заметить не смогли. Но эти помехи не перекрывают главного результата, без всяких двусмысленностей завершающего отчёт. Цитирую: «устройство … создаёт силу … которую нельзя приписать никакому из известных электромагнитных явлений». Точка.
Проксима Центавра. 4,2 световых года от Земли. 270 тысяч расстояний от Земли до Солнца. Фото: ESA/Hubble.
Можно не верить Шаеру. Можно не доверять китайцам. Но NASA - не самоучка, не любитель, не мастер клонирования чужих решений. Уж там-то понимают, как и что можно и нужно измерять. Ошибка, конечно, не исключена и здесь. В конце концов то же NASA совсем недавно изучало антигравитацию. Но теперь, наконец, идею ЭМ-двигателя перепроверят другие авторитетные исследователи (к чему авторы отчёта и призывают, параллельно собираясь заняться этим самостоятельно) и, вероятно, поставят опыты в космосе. Ведь главный аргумент противников такого движка (не считая противоречия с физикой) состоит во взаимодействии с подвесом: в настоящей невесомости, мол, никакой тяги не будет.
Так с чем мы столкнулись? С заблуждением, ошибкой? Возможно. Но третье по счёту подтверждение и авторитет испытателей даёт право предположить не ошибку, а - дыру в понимании физики. И - прорыв в исследованиях космического пространства. Нет, конечно, такой двигатель можно будет применить и для постройки летающих автомобилей, но те, в конце концов, могут быть построены и другими способами.
А вот в космосе ЭМ-движок незаменим. Станет проще и дешевле корректировать орбиты спутников и орбитальных станций. Полёты даже внутри Солнечной системы станут намного быстрей: на тот же Марс можно будет добраться за несколько недель. И наконец-то мы полетим к звёздам. С приемлемыми перегрузками на разгон и торможение дорога, вероятно, займёт годы. Но хорошо уже то, что такими расчётами можно заняться всерьёз.
Вообразите обычную «микроволновку» необычной конструкции: вместо привычного «кирпича», пусть она будет выполнена в форме рупора. Экранирующую сетку со стенок сдирать не надо, за пределы такой «печки», как и прежде, микроволновое излучение просачиваться не должно. Теперь включим питание и отправим устройство за пределы атмосферы и земного тяготения. Что произойдёт?
Забегая вперёд: это EmDrive конструкции Роджера Шаера. В NASA испытывали не его, но принцип действия тот же.
Классическая физика утверждает, что для создания движения необходимо от чего-нибудь оттолкнуться, а уж что это будет - дело десятое: может быть ноги и земля, может быть винт и вода или атмосфера, может быть атомы сгоревшего или ионизированного газа (ионный двигатель, пусть маломощный, уже в космонавтике применяется, вспомните Deep Space 1). Так что с описанным нами устройством не случится ровным счётом ничего: раз периметр устройства ничто не покидало, суммарный его импульс останется нулевым (см. Закон сохранения импульса).
Однако, некоторые исследователи с этим не согласны. Они уверены, что за счёт возникающей внутри нашей «печки» «квантовой несбалансированности» возникнет тяга. Энергия для такого движка, естественно, по-прежнему нужна, это не вечный двигатель, но её можно получить от солнечных батарей (пока до ближайшей звезды недалеко), либо атомного реактора на борту. Зато топливо - в смысле расходное вещество, которое нужно выбрасывать за борт для создания движения - не понадобится. Отсюда и выгоды. Мало того, что максимальная скорость ограничена только скоростью света, мало того, что мощность импульса можно наращивать бесконечно, так ещё и тащить с собой бесполезные тонны рабочего вещества (потребные только затем, чтобы выбросить их потом через дюзы!) не надо - а значит, оно не кончится, а значит, ускорение пойдёт быстрей.
NASA не автор идеи «электромагнитного движка». Её «отцом» считается британский инженер Роджер Шаер, который конструирует прототипы не первый год и даже как-то выбил на свой EmDrive государственный грант (помогло, вероятно, то, что он не настаивает, что законы физики ошибочны, он утверждает, что в чём-то ошибаются сами физики). Глядя на него, при поддержке государства ведут аналогичные эксперименты китайские исследователи. И те и другие зафиксировали в своих опытах тягу в доли грамма, а китайцы вот-вот собирались проводить генеральную проверку на орбите. На этом история обрывалась год назад (см. «Провал как топливо успеха»), а за прошедшее время к работе подключились американцы. Некто Гвидо Фетта, изобретатель из США, тоже болеющий темой ЭМ-драйва, убедил NASA испытать свои аппараты. И вот результат.
Это Cannae Drive конструкции Гвидо Фетты. Именно его испытывали в NASA.
28 июля на официальном подсайте NASA был опубликован, а парой дней позже на конференции по реактивному движению озвучен, отчёт группы сотрудников NASA под названием «Аномальная тяга от радиоволнового тестового устройства, измеренная на чувствительном маятнике». В полном объёме, к сожалению, он доступен только за деньги, но конспект есть на упомянутом сайте, а пробелы восполнили западные научные журналисты, читавшие или слышавшие отчёт целиком. Суть: подвесив «микроволновку» на чувствительные весы и включив её, испытатели зафиксировали берущуюся неизвестно откуда тягу - правда, слабее, чем в британских или китайских опытах, но всё-таки заметную. Видимо, чтобы не быть уволенными сразу, авторы отчёта обошли вниманием причину возникновения тяги (на этот счёт высказаны уже минимум две теории, обе так или иначе связаны с квантовой механикой), сосредоточившись на описании самого двигателя и процесса измерений. И случилось всё это ровно прошлым летом, а сейчас, наконец, результаты опыта обнародованы.
Если вы уже слышали про отчёт NASA, то, конечно, знаете, в чём там подвох. Американцы «взвешивали» «печку» не только во включённом состоянии, но и выключенную (они назвали такую «нулевым устройством»). Для чего? Для чистоты опыта, конечно: если вдруг и в таком эксперименте появится тяга, будет понятно, что причина кроется вовсе не в «неизвестных физических свойствах закрытой камеры с микроволновым излучением». И в самом деле, даже выключенный ЭМ-двигатель показал некоторую тягу. И многие журналисты поспешили объявить это свидетельством неработоспособности ЭМ-драйва: мол, как и ожидалось, электромагнитный двигатель никакого импульса не создаёт, всё дело в погрешностях. Но журналисты ошиблись.
Тот факт, что даже выключенный ЭМ-драйв отклонял стрелку весов, говорит лишь, что в процедуре измерений были учтены не все факторы. Вероятно, на весы влияет магнитное поле, возникающее в силовых кабелях, питающих установку - что сотрудники NASA и выяснили, тогда как китайцы и Шаер, возможно, заметить не смогли. Но эти помехи не перекрывают главного результата, без всяких двусмысленностей завершающего отчёт. Цитирую: «устройство … создаёт силу … которую нельзя приписать никакому из известных электромагнитных явлений». Точка.
Проксима Центавра. 4,2 световых года от Земли. 270 тысяч расстояний от Земли до Солнца. Фото: ESA/Hubble.
Можно не верить Шаеру. Можно не доверять китайцам. Но NASA - не самоучка, не любитель, не мастер клонирования чужих решений. Уж там-то понимают, как и что можно и нужно измерять. Ошибка, конечно, не исключена и здесь. В конце концов то же NASA совсем недавно изучало антигравитацию. Но теперь, наконец, идею ЭМ-двигателя перепроверят другие авторитетные исследователи (к чему авторы отчёта и призывают, параллельно собираясь заняться этим самостоятельно) и, вероятно, поставят опыты в космосе. Ведь главный аргумент противников такого движка (не считая противоречия с физикой) состоит во взаимодействии с подвесом: в настоящей невесомости, мол, никакой тяги не будет.
Так с чем мы столкнулись? С заблуждением, ошибкой? Возможно. Но третье по счёту подтверждение и авторитет испытателей даёт право предположить не ошибку, а - дыру в понимании физики. И - прорыв в исследованиях космического пространства. Нет, конечно, такой двигатель можно будет применить и для постройки летающих автомобилей, но те, в конце концов, могут быть построены и другими способами.
А вот в космосе ЭМ-движок незаменим. Станет проще и дешевле корректировать орбиты спутников и орбитальных станций. Полёты даже внутри Солнечной системы станут намного быстрей: на тот же Марс можно будет добраться за несколько недель. И наконец-то мы полетим к звёздам. С приемлемыми перегрузками на разгон и торможение дорога, вероятно, займёт годы. Но хорошо уже то, что такими расчётами можно заняться всерьёз.