EmDrive - EmDrive

Dla silników odrzutowych, które wykorzystują energię elektryczną do zmiany prędkości statku kosmicznego, patrz Napęd statku kosmicznego zasilany elektrycznie . Dla rakiety, która wykorzystuje ciąg z pędu emitowanych fotonów, zobacz Rakieta fotonowa .
EmDrive
EmDrive zbudowany przez Eagleworks w komorze testowej.jpg
EmDrive zbudowany przez laboratorium NASA Eagleworks podczas eksperymentów w latach 2013–2014
Kraj pochodzenia Stany Zjednoczone
Data 2001
Podanie Ster strumieniowy statku kosmicznego
Status Koncepcja urządzenia
Wydajność
Ciąg (na poziomie morza) 0  N (0  uncji )

EmDrive to koncepcja pędnika z wnęką rezonansową o częstotliwości radiowej ( RF ) , który ma mieć potencjalne zastosowania jako pędnik statków kosmicznych . Podobno wytwarza ciąg poprzez odbijanie mikrofal wewnętrznie w urządzeniu, z naruszeniem prawa zachowania pędu i innych praw fizyki . Urządzenie było często określane przez media jako Impossible Drive . Został wprowadzony w 2001 roku przez Rogera Shawyera.

Nie istnieje żaden oficjalny projekt tego urządzenia, a żadna z osób, które twierdzą, że je wymyśliła, nie zobowiązała się do wyjaśnienia, w jaki sposób może działać jako silnik odrzutowy ani jakie elementy go definiują, co utrudnia stwierdzenie, czy dany obiekt jest przykład takiego urządzenia. Zbudowano i przetestowano jednak kilka prototypów opartych na publicznych opisach. W 2016 roku Advanced Propulsion Physics Laboratory w NASA poinformowało, że zaobserwowało niewielki pozorny ciąg z jednego z takich testów, wynik, który nie został od tamtej pory powtórzony, a późniejsze badania wykazały, że zaobserwowany ciąg był błędem pomiaru spowodowanym interakcjami z ziemskim polem magnetycznym lub termicznym. gradienty. Żaden inny opublikowany eksperyment nie zmierzył pozornego ciągu większego niż margines błędu eksperymentu.

W marcu 2021 r. fizycy z Politechniki w Dreźnie opublikowali trzy artykuły, w których twierdziły, że wszystkie wyniki pokazujące siłę ciągu były fałszywie dodatnie wyjaśnione przez siły zewnętrzne:

Gdy moc wpływa do EmDrive, silnik się rozgrzewa. Powoduje to również wypaczenie elementów mocujących na wadze, powodując przesunięcie wagi do nowego punktu zerowego. Udało nam się temu zapobiec w ulepszonej strukturze. Nasze pomiary obalają wszystkie roszczenia EmDrive o co najmniej 3 rzędy wielkości.

Ponadto naukowcy z Uniwersytetu w Dreźnie byli w stanie odtworzyć pozorne pchnięcia podobne do tych zmierzonych przez zespół NASA, a następnie sprawić, że znikną one ponownie podczas pomiaru za pomocą zawieszenia punktowego.

Historia i kontrowersje

Silniki rakietowe działają na zasadzie wyrzucania paliwa , które działa jak masa reakcyjna i wytwarza ciąg zgodnie z trzecią zasadą ruchu Newtona . W latach 60. przeprowadzono szeroko zakrojone badania nad dwoma projektami, które w podobny sposób emitują zjonizowane gazy o dużej prędkości: silniki jonowe, które przekształcają paliwo w jony oraz przyspieszają i wyrzucają je za pomocą potencjałów elektrycznych , oraz silniki plazmowe, które przekształcają paliwo w jony plazmy i przyspieszają wyrzucać je za pomocą prądów plazmowych . Wszystkie projekty napędu elektromagnetycznego działają na zasadzie masy reakcyjnej .

Napęd, który nie wyrzuca paliwa w celu wytworzenia siły reakcji , zapewniając ciąg, będąc układem zamkniętym bez oddziaływania zewnętrznego, byłby napędem bezreakcyjnym . Taki popęd naruszyłby zasadę zachowania pędu i trzecie prawo Newtona , co skłoniłoby wielu fizyków do rozważenia idei pseudonauki .

Oryginalna propozycja silnika z wnęką rezonansową RF pochodzi od Rogera Shawyera w 2001 roku. Zaproponował on projekt ze stożkową wnęką, który nazwał „EmDrive”. Twierdził, że wytwarzał ciąg w kierunku podstawy wnęki. Guido Fetta zbudował później Cannae Drive w oparciu o koncepcję Shawyera jako rezonansowy silnik z wnęką w kształcie bunkra. Od 2008 roku kilku fizyków testowało własne modele, próbując odtworzyć wyniki deklarowane przez Shawyera i Fetę. Juan Yang w Xi'an „s Northwestern University Politechnicznego (NWPU) nie był w stanie w sposób powtarzalny pomiar naporu ze swoich modeli, w ciągu 4 lat. W 2016 roku grupa Harolda White'a z Advanced Propulsion Physics Laboratory NASA poinformowała w Journal of Propulsion and Power, że test ich własnego modelu zaobserwował niewielki ciąg. W grudniu 2016 r. Yue Chen z wydziału satelitów komunikacyjnych Chińskiej Akademii Technologii Kosmicznych (CAST) powiedział, że jego zespół przetestował kilka prototypów, zaobserwował ciąg i przeprowadzał weryfikację na orbicie. We wrześniu 2017 r. Chen ponownie opowiedział o tym projekcie CAST w wywiadzie dla telewizji CCTV .

Relacje medialne z eksperymentów wykorzystujących te projekty były kontrowersyjne i spolaryzowane. EmDrive po raz pierwszy zwrócił uwagę, zarówno naiwnie, jak i lekceważąco, kiedy New Scientist napisał o nim jako o „niemożliwym” napędzie w 2006 roku. Media były później krytykowane za wprowadzające w błąd twierdzenia, że ​​​​silnik z wnęką rezonansową został „zatwierdzony przez NASA” po pierwszej próbie White'a. raporty z testów w 2014 r. Naukowcy nadal odnotowują brak obiektywnego zasięgu z obu spolaryzowanych stron.

W 2006 roku, odpowiadając na artykuł New Scientist , fizyk matematyczny John C. Baez z University of California w Riverside i australijski pisarz science-fiction Greg Egan powiedzieli, że pozytywne wyniki zgłoszone przez Shawyera były prawdopodobnie błędną interpretacją błędów eksperymentalnych.

W 2014 r. artykuł z konferencji White'a sugerował, że silniki z wnęką rezonansową mogą działać poprzez przenoszenie pędu do „wirtualnej plazmy kwantowej próżni”. Baez i Carroll skrytykowali to wyjaśnienie, ponieważ w standardowym opisie fluktuacji próżni wirtualne cząstki nie zachowują się jak plazma; Carroll zauważył również, że próżnia kwantowa nie ma „ramki spoczynkowej”, co nie zapewnia niczego, na co można by naciskać, więc nie można jej użyć do napędu. W ten sam sposób fizycy James F. Woodward i Heidi Fearn opublikowali dwa artykuły pokazujące, że wirtualne pary elektron - pozyton próżni kwantowej, omawiane przez White'a jako potencjalny wirtualny materiał pędny plazmy, nie mogą wyjaśnić ciągu w żadnym izolowanym, zamkniętym układzie elektromagnetycznym takich jak kwantowy silnik próżniowy .

Fizycy Eric W. Davis z Institute for Advanced Studies w Austin i Sean M. Carroll z California Institute of Technology powiedzieli w 2015 roku, że pomiary ciągu przedstawione w artykułach Tajmara i White'a wskazywały na błędy efektu termicznego.

W maju 2018 r. naukowcy z Instytutu Inżynierii Kosmicznej na Technische Universität Dresden w Niemczech doszli do wniosku, że dominujący efekt leżący u podstaw pozornego ciągu może być wyraźnie zidentyfikowany jako artefakt spowodowany oddziaływaniem pola magnetycznego Ziemi z kablami zasilającymi w komorze. inni eksperci się z tym zgadzają.

W grudniu 2019 r. White opuścił kierownictwo Advanced Propulsion Physics Laboratory, aby prowadzić badania i rozwój w Instytucie Limitless Space . Między innymi będzie kontynuował badania nad EmDrive. Badacz amerykańskiej marynarki wojennej Salvatore Cesar Pais złożył niedawno wniosek o patent podobny do EmDrive. Projekt DARPA będzie kontynuowany do maja 2021 r. Mike McCulloch, obecny lider projektu DARPA EmDrive, José Luis Perez-Diaz, profesor fizyki i inżynier mechanik na Uniwersytecie Karola III w Madrycie oraz Tajmar kontynuują eksperymenty i opracowują teoretyczne wyjaśnienia , z dokumentami z Tajmaru w lutym 2021 r.

Projekty i prototypy

Uproszczony schematyczny rysunek prototypu EmDrive autorstwa Tajmara i Fiedlera.

EmDrive

W 2001 roku Shawyer założył firmę Satellite Propulsion Research Ltd , aby pracować nad napędem EmDrive, który, jak twierdził, wykorzystywał wnękę rezonansową do wytwarzania ciągu bez użycia paliwa. Firma była wspierana przez granty SMART przyznane przez brytyjski Departament Handlu i Przemysłu . W grudniu 2002 roku opisano prototyp z podejrzeniem całkowitego ciągu około 0,02 Newtonów (0,072  ozf ) napędzany jest za pomocą 850 W magnetron . Urządzenie mogło działać tylko przez kilkadziesiąt sekund, zanim magnetron uległ awarii z powodu przegrzania.

Drugie urządzenie i artykuł New Scientist

W październiku 2006 roku Shawyer przeprowadził testy na nowym prototypie chłodzonym wodą i powiedział, że ma on zwiększony ciąg. Poinformował o planach przygotowania urządzenia do użycia w kosmosie do maja 2009 roku i przekształcenia wnęki rezonansowej w nadprzewodnik, z których żaden nie został zrealizowany.

Magazyn New Scientist opublikował EmDrive na okładce wydania z 8 września 2006 roku. Artykuł przedstawiał to urządzenie jako wiarygodne i podkreślał argumenty tych, którzy podzielali ten punkt widzenia. Autor science fiction Greg Egan rozesłał publiczny list, w którym stwierdził, że „skłonność do sensacji i brak podstawowej wiedzy ze strony autorów” sprawiły, że relacje w magazynie są niewiarygodne, wystarczające „by stanowić realne zagrożenie dla publicznego zrozumienia nauki”. W szczególności Egan powiedział, że był „zdumiony poziomem analfabetyzmu naukowego” w artykule magazynu, twierdząc, że używał „bezsensownego podwójnego gadania”, aby zaciemnić problem zachowania pędu. List został zatwierdzony przez fizyka matematycznego Johna C. Baeza i zamieszczony na jego blogu. Redaktor New Scientist, Jeremy Webb, odpowiedział na krytyków:

To uczciwa krytyka, że New Scientist nie wyjaśnił wystarczająco, jak kontrowersyjny jest silnik Rogera Shawyera. Powinniśmy byli wyraźniej wyjaśnić, gdzie najwyraźniej narusza prawa natury, i donieść, że kilku fizyków odmówiło komentarza na temat urządzenia, ponieważ uważali je za zbyt kontrowersyjne  … Wspaniałe jest to, że pomysły Shawyera można przetestować. Jeśli uda mu się przenieść swoją maszynę w kosmos, wkrótce dowiemy się, czy jest to przełomowe urządzenie, czy tylko fantazja.

New Scientist opublikował również list byłego dyrektora technicznego EADS Astrium :

Przejrzałem pracę Rogera i doszedłem do wniosku, że zarówno teoria, jak i eksperyment miały fatalne błędy. Roger został poinformowany, że firma nie jest zainteresowana urządzeniem, nie chce ubiegać się o ochronę patentową i faktycznie nie chce być z nim w żaden sposób powiązana.

List fizyka Paula Friedlandera:

Kiedy ją czytam, ja, podobnie jak tysiące innych fizyków, którzy ją przeczytają, od razu zdałem sobie sprawę, że jest to niemożliwe, jak opisano. Fizycy są szkoleni w posługiwaniu się pewnymi podstawowymi zasadami do analizy problemu, a to twierdzenie wyraźnie zlekceważyło jedną z nich  … Napęd Shawyera jest tak samo niemożliwy jak perpetum mobile. Relatywistyczna zasada zachowania pędu jest rozumiana od stulecia i mówi, że jeśli nic nie wyjdzie z urządzenia Shawyera, to jego środek masy nie przyspieszy. Jest prawdopodobne, że Shawyer użył gdzieś w swoich obliczeniach przybliżenia, które byłoby rozsądne, gdyby nie pomnożył wyniku przez 50 000. Powodem, dla którego fizycy cenią zasady, takie jak zachowanie pędu, jest to, że działają one jako kontrola rzeczywistości przed tego rodzaju błędami.

Późniejsza praca

W 2007 roku brytyjski Departament Handlu i Przemysłu przyznał SPR licencję eksportową firmie Boeing w USA. Według Shawyera, w grudniu 2008 roku został zaproszony do Pentagonu, aby zaprezentować się na EmDrive, a w 2009 roku Boeing wyraził zainteresowanie tym, po czym stwierdził, że SPR zbudował silnik, który wytwarzał 18 gramów ciągu i wysłał go do Boeinga. . Boeing nie udzielił jednak licencji na technologię, a komunikacja ustała. W 2012 roku przedstawiciel Boeinga potwierdził, że Boeing Phantom Works badał egzotyczne formy napędu kosmicznego, w tym napęd Shawyera, ale takie prace później zaprzestano. Potwierdzili, że „Phantom Works nie współpracuje z panem Shawyerem” ani nie prowadzi tych poszukiwań.

W 2013 i 2014 roku Shawyer prezentował pomysły na projekty i aplikacje EmDrive „drugiej generacji” na corocznym Międzynarodowym Kongresie Astronautycznym . Artykuł oparty na jego prezentacji z 2014 roku został opublikowany w Acta Astronautica w 2015 roku. Opisuje model nadprzewodzącej wnęki rezonansowej oraz trzy modele silników z wieloma wnękami, z hipotetycznymi zastosowaniami do wystrzeliwania sond kosmicznych.

W 2016 roku Shawyer złożył kolejne patenty i założył nową firmę Universal Propulsion Ltd. jako spółkę joint venture z Gilo Industries Group , małą brytyjską firmą lotniczą.

Cannae i inne napędy

Cannae Drive (dawniej Q-drive), kolejny silnik zaprojektowany do generowania napędu z wnęki rezonansowej bez paliwa, to kolejna realizacja tego pomysłu. Jego wnęka jest również asymetryczna, ale stosunkowo płaska, a nie ściętego stożka. Został zaprojektowany przez Fetta w 2006 roku i był promowany w Stanach Zjednoczonych przez jego firmę Cannae LLC od 2011 roku. W 2016 roku Fetta ogłosił plany wystrzelenia satelity CubeSat zawierającego wersję Cannae Drive, którą mieli uruchomić przez 6 lat. miesięcy, aby obserwować, jak funkcjonuje w kosmosie.

W Chinach naukowcy pracujący pod kierunkiem Yang w NWPU opracowali w 2008 r. własny prototyp silnika z wnęką rezonansową, publikując raport w czasopiśmie uniwersyteckim na temat teorii stojącej za takimi urządzeniami. W 2012 r. zmierzyli ciąg swojego prototypu, jednak w 2014 r. odkryli, że był to błąd eksperymentalny. Drugi, ulepszony prototyp nie wytworzył żadnego zmierzonego ciągu.

W Chińskiej Akademii Technologii Kosmicznych Yue Chen złożył w 2016 r. kilka wniosków patentowych opisujących różne konstrukcje silników z wnęką rezonansową RF. Obejmowały one metodę układania kilku krótkich wnęk rezonansowych w celu poprawy ciągu oraz projekt z wnęką, która była półcylindrem zamiast ściętej części. W grudniu Chen ogłosił, że CAST przeprowadza testy na orbitalnym silniku z wnęką rezonansową, nie precyzując, jaki projekt został wykorzystany. W wywiadzie dla telewizji przemysłowej we wrześniu 2017 r. Chen Yue pokazał pewne testy płaskiego cylindrycznego urządzenia odpowiadającego patentowi opisującemu ułożone w stos krótkie wnęki z wewnętrznymi membranami.

Teoretyczne niespójności

Proponowana teoria dotycząca sposobu działania EmDrive narusza zasadę zachowania pędu , która stwierdza, że ​​żadna interakcja nie może mieć siły netto; Konsekwencją zachowania pędu jest trzecie prawo Newtona, zgodnie z którym na każde działanie odpowiada równa i przeciwna reakcja. Zachowanie pędu to symetria natury .

Często cytowanym przykładem pozornego braku zachowania pędu jest efekt Casimira ; w standardowym przypadku, gdy dwie równoległe płyty są przyciągane do siebie. Jednak płyty poruszają się w przeciwnych kierunkach, więc z próżni nie wydobywa się pędu wypadkowego, a ponadto do układu należy włożyć energię, aby ponownie rozebrać płyty.

Zakładając jednorodne pola elektryczne i magnetyczne, EmDrive ani żadne inne urządzenie nie może wydobyć netto transferu pędu z klasycznej lub kwantowej próżni . Wyciąganie pędu netto „z niczego” było postulowane w niejednorodnej próżni, ale pozostaje to bardzo kontrowersyjne, ponieważ naruszy niezmienność Lorentza .

Zarówno teorie Harolda White'a, jak i Mike'a McCullocha dotyczące tego, jak EmDrive może działać, opierają się na tych asymetrycznych lub dynamicznych efektach Casimira . Jednakże, jeśli te siły próżni są obecne, oczekuje się, że są one wyjątkowo małe w oparciu o naszą obecną wiedzę, zbyt małe, aby wyjaśnić poziom obserwowanego ciągu. W przypadku, gdy obserwowany ciąg nie wynika z błędu doświadczalnego, pozytywny wynik może wskazywać na nową fizykę.

Testy i eksperymenty

Testy wynalazców

W 2004 roku Shawyer twierdził, że otrzymał siedem niezależnych pozytywnych recenzji od ekspertów z BAE Systems , EADS Astrium , Siemens i IEE . Jednak żaden niezależny ekspert nie opublikował pozytywnej recenzji, a co najmniej jeden bezpośrednio zakwestionował roszczenie Shawyera. W liście do New Scientist ówczesny dyrektor techniczny EADS Astrium (były pracodawca Shawyera) zaprzeczył, stwierdzając:

Przejrzałem pracę Rogera i doszedłem do wniosku, że zarówno teoria, jak i eksperyment miały fatalne błędy. Roger został poinformowany, że firma nie jest zainteresowana urządzeniem, nie chce ubiegać się o ochronę patentową i faktycznie nie chce być z nim w żaden sposób powiązana.

W 2011 roku Fetta przetestowała nadprzewodzącą wersję napędu Cannae. Wnęka rezonansowa RF została zawieszona wewnątrz naczynia Dewara wypełnionego ciekłym helem . Waga wnęki była monitorowana przez ogniwa obciążnikowe . Fetta wysnuł teorię, że gdy urządzenie zostanie aktywowane i wytworzy ciąg w górę, ogniwa obciążnikowe wykryją ciąg jako zmianę masy. Według Fetta, gdy impulsy mocy RF zostały wysłane do wnęki rezonansowej, nastąpiło zmniejszenie siły ściskającej na ogniwach obciążnikowych, co może wskazywać na ciąg.

Żaden z tych wyników nie został opublikowany w literaturze naukowej, powtórzony przez niezależnych badaczy lub konsekwentnie powielany przez wynalazców. W kilku przypadkach szczegóły zostały opublikowane przez pewien czas na stronach internetowych wynalazców, ale od 2019 r. żadne takie dokumenty nie są dostępne online.

W 2015 roku Shawyer opublikował artykuł w Acta Astronautica , podsumowujący dotychczasowe testy na EmDrive. Z siedmiu testów cztery wytworzyły zmierzoną siłę w zamierzonym kierunku, a trzy wytworzyły ciąg w przeciwnym kierunku. Ponadto w jednym teście można było wytwarzać nacisk w obu kierunkach, zmieniając stałe sprężyny w aparacie pomiarowym.

Politechnika Północno-Zachodnia

W 2008 roku zespół chińskich naukowców, kierowany przez Juan Yang (杨涓), profesora teorii napędu i inżynierii aeronautyki i astronautyki na Northwestern University Politechnicznego (NWPU) w Xi'an , Chiny , powiedział, że rozwinął ważnego elektro- teoria magnetyczna za mikrofalowym pędnikiem z wnęką rezonansową. Wersja demonstracyjna napędu została zbudowana i przetestowana z różnymi kształtami wnęk i przy wyższych poziomach mocy w 2010 roku. Korzystając ze stanowiska do testowania silników lotniczych , zwykle używanego do precyzyjnego testowania silników statków kosmicznych, takich jak napędy jonowe , uzyskali maksymalny ciąg 720 mN przy 2500 W mocy wejściowej. Yang zauważyła, że ​​jej wyniki były niepewne i powiedziała, że ​​„nie była w stanie dyskutować o swojej pracy, dopóki nie zostanie opublikowanych więcej wyników”. Ten pozytywny wynik oznaczał ponad 100 razy większy ciąg na moc wejściową niż jakikolwiek inny eksperyment.

W eksperymencie uzupełniającym z 2014 r. (opublikowanym w 2016 r.) Yang nie mógł odtworzyć obserwacji z 2010 r. i zasugerował, że jest to spowodowane błędem eksperymentalnym. W tym eksperymencie udoskonalili swoją konfigurację eksperymentalną, używając trójprzewodowego wahadła skrętnego do pomiaru ciągu i przetestowali dwie różne konfiguracje mocy. W jednej próbie system zasilania znajdował się poza wnęką i zaobserwowano „napór” 8–10 mN. W drugiej próbie system zasilania znajdował się w jamie i nie zmierzono takiego ciągu. Zamiast tego zaobserwowali nieznaczny ciąg poniżej progu szumów 3 mN, wahający się między ±0,7 mN z niepewnością pomiaru 80%, przy 230 W mocy wejściowej. Doszli do wniosku, że nie są w stanie zmierzyć znacznego ciągu; że „ciąg” mierzony podczas korzystania z zewnętrznych źródeł zasilania (jak w eksperymencie z 2010 r.) może być hałasem; i że ważne jest, aby do tych eksperymentów zastosować niezależne systemy zasilania oraz bardziej czułe wahadła o mniejszej sztywności skrętnej .

Orle NASA

Od 2011 roku White ma zespół w NASA znany jako Advanced Propulsion Physics Laboratory lub Eagleworks Laboratories, który zajmuje się badaniem egzotycznych koncepcji napędu. Grupa zbadała pomysły na szeroką gamę nieprzetestowanych i marginalnych propozycji , w tym napędy Alcubierre , napędy oddziałujące z próżnią kwantową oraz silniki z wnęką rezonansową RF.

W 2014 roku grupa rozpoczęła testowanie silników z wnęką rezonansową własnej konstrukcji i udostępnianie niektórych wyników. W listopadzie 2016 roku opublikowali swój pierwszy recenzowany artykuł na temat tej pracy w Journal of Propulsion and Power .

EmDrive i wnęki stożkowe

W lipcu 2014 r. White zgłosił wstępne pozytywne wyniki oceny zwężającej się jamy rezonansowej RF. Testy przeprowadzono przy użyciu wahadła o niskim naprężeniu, zdolnego do wykrywania siły na poziomie mikroniutonów w zamkniętej, ale nieopróżnionej komorze próżniowej ( wzmacniacz mocy RF wykorzystywał kondensator elektrolityczny niezdolny do pracy w twardej próżni). Eksperymentatorzy zarejestrowali ciąg kierunkowy natychmiast po przyłożeniu mocy.

Pierwsze testy tej stożkowej wnęki przeprowadzono przy bardzo małej mocy (2% eksperymentu Shawyera z 2002 r.). Zmierzono średni ciąg netto podczas pięciu przebiegów przy 91,2 µN przy 17 W mocy wejściowej. Eksperyment został skrytykowany za mały zestaw danych i za to, że nie został przeprowadzony w próżni, aby wyeliminować termiczne prądy powietrza.

Grupa ogłosiła plan unowocześnienia swojego sprzętu do wyższych poziomów mocy, wykorzystania wzmacniaczy RF zdolnych do pracy pod próżnią o mocy do 125 W oraz zaprojektowania nowej stożkowej wnęki, która mogłaby być w zakresie 0,1 N/kW. Testowany artykuł miał zostać poddany niezależnej weryfikacji i walidacji w Glenn Research Center , Jet Propulsion Laboratory oraz Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory . Od 2016 r. ta walidacja nie miała miejsca.

W 2015 roku Paul March z Eagleworks upublicznił nowe wyniki, zmierzone za pomocą wahadła skrętnego w twardej próżni: około 50 µN przy 50 W mocy wejściowej przy 5,0×10 -6  tor . Mówiono, że nowe wzmacniacze mocy RF zostały stworzone do pracy w twardej próżni, ale szybko uległy awarii z powodu wewnętrznych wyładowań koronowych . Bez funduszy na ich wymianę lub modernizację przez pewien czas brakowało pomiarów.

Przeprowadzili dalsze eksperymenty w próżni, zestaw 18 obserwacji z mocą wejściową 40-80W. Wyniki opublikowali w recenzowanym czasopiśmie Journal of Propulsion and Power Amerykańskiego Instytutu Aeronautyki i Astronautyki pod tytułem „Pomiar impulsowego ciągu z zamkniętej wnęki o częstotliwości radiowej w próżni” . Zostało to opublikowane online w listopadzie 2016 r., a publikacja drukowana w grudniu. W badaniu stwierdzono, że system „stale działał ze stosunkiem ciągu do mocy wynoszącym 1,2 ± 0,1 mN/kW” i wymieniono wiele potencjalnych źródeł błędów.

W artykule zasugerowano, że teoria fal pilotujących (kontrowersyjna, nie należąca do głównego nurtu, deterministyczna interpretacja mechaniki kwantowej) może wyjaśnić, w jaki sposób urządzenie wytwarza ciąg. Komentatorzy zwrócili uwagę, że tylko dlatego, że badanie opisujące konsekwentne dążenie zostało opublikowane wraz z recenzją, niekoniecznie oznacza, że ​​popęd działa zgodnie z twierdzeniami. Fizyk Chris Lee był bardzo krytyczny wobec pracy, mówiąc, że artykuł zawierał mały zestaw danych i wiele brakujących szczegółów, które opisał jako „dziury”. Inżynier elektryk George Hathaway przeanalizował i skrytykował metodę naukową opisaną w artykule.

Cannae jazdy

Testy White'a z 2014 roku oceniły również dwa prototypy napędów Cannae. Jeden miał wyryte promieniowe szczeliny wzdłuż dolnego obrzeża wnętrza wnęki rezonansowej, zgodnie z hipotezą Fetta, aby wytworzyć ciąg; w innym „zerowym” artykule testowym brakowało tych promieniowych szczelin. Oba napędy zostały wyposażone w wewnętrzny dielektryk . Trzeci testowany artykuł, eksperymentalna kontrola, miał obciążenie RF, ale nie miał wnętrza wnęki rezonansowej. Testy te odbyły się pod ciśnieniem atmosferycznym.

Mniej więcej taki sam ciąg wypadkowy odnotowano zarówno dla urządzenia ze szczelinami promieniowymi, jak i urządzenia bez szczelin. Dla kontroli eksperymentalnej nie podano ciągu. Niektórzy uważali pozytywny wynik dla urządzenia bez szczeliny za możliwą wadę eksperymentu, ponieważ oczekiwano, że zerowe urządzenie testowe wytworzy mniejszy lub żaden ciąg w oparciu o hipotezę Fetta, w jaki sposób wytwarzany jest ciąg. Jednak w całym artykule White doszedł do wniosku, że wyniki testów dowiodły, że „produkcja ciągu nie była zależna od szczelinowania”.

Politechnika w Dreźnie

W lipcu 2015 r. grupa badawcza lotnictwa na Uniwersytecie Technicznym w Dreźnie (TUD) pod kierownictwem Martina Tajmara przedstawiła wyniki oceny stożkowej wnęki rezonansowej RF podobnej do EmDrive. Testy przeprowadzono najpierw na wadze z krawędzią noża, która jest w stanie wykryć siłę na poziomie mikroniutonów, na antywibracyjnym stole granitowym przy ciśnieniu powietrza otoczenia; następnie na wahadle skrętnym z rozdzielczością siły 0,1 mN, wewnątrz komory próżniowej przy ciśnieniu powietrza otoczenia iw twardej próżni 400 μPa (4 × 10 -6  mbar).

Są one używane w konwencjonalny pasmo ISM 2,45 GHz 700 W magnetronu piecu i małą wnękę o niskim współczynniku Q, (20) w testach próżniowych. Zaobserwowali małe dodatnie odbicia w kierunku dodatnim i ujemne w kierunku ujemnym, o wartości około 20 µN w twardej próżni. Kiedy jednak obrócili wnękę w górę w konfiguracji „zerowej”, zaobserwowali nietypowy ciąg setek mikroniutonów, znacznie większy niż oczekiwany wynik ciągu zerowego. Wskazywało to na silne źródło hałasu, którego nie byli w stanie zidentyfikować. To doprowadziło ich do wniosku, że nie mogą potwierdzić ani obalić twierdzeń o takim silniku strumieniowym. W tym czasie rozważali przyszłe eksperymenty z lepszym ekranowaniem magnetycznym, inne testy próżniowe i ulepszone wnęki o wyższych współczynnikach Q.

W 2018 roku zespół badawczy TU Dresden przedstawił referat na konferencji podsumowujący wyniki ostatnich eksperymentów na ich zmodernizowanym stanowisku testowym, które wydawały się wskazywać, że zmierzony ciąg był wynikiem błędu eksperymentalnego wynikającego z niedostatecznie osłoniętych komponentów oddziałujących z polem magnetycznym Ziemi. . W swoich eksperymentach zmierzyli wartości ciągu zgodne z poprzednimi eksperymentami, a ciąg odwrócił się odpowiednio, gdy pędnik został obrócony o 180°. Jednak zespół zmierzył również ciąg prostopadle do oczekiwanego kierunku, gdy silnik został obrócony o 90 °, i nie zmierzył zmniejszenia ciągu, gdy tłumik był używany do zmniejszenia mocy, która faktycznie weszła do wnęki rezonansowej o współczynnik 10 000, co, jak powiedzieli, „wyraźnie wskazuje, że „pchnięcie” nie pochodzi z EMDrive, ale z jakiejś interakcji elektromagnetycznej. Doszli do wniosku, że „interakcja magnetyczna z niewystarczająco ekranowanych kabli lub silników odrzutowych jest głównym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę przy prawidłowych pomiarach ciągu μN dla tego typu urządzeń” i zaplanowali przeprowadzenie przyszłych testów przy większej mocy i przy różnych częstotliwościach. oraz z ulepszoną geometrią ekranowania i wnęki.

W 2021 r. opublikowali wyniki nowych testów, z których wynikało, że zmierzone wcześniej siły można całkowicie wytłumaczyć błędem eksperymentalnym i że po uwzględnieniu tych błędów nie ma dowodów na jakikolwiek mierzalny nacisk. Opublikowali także dwa kolejne artykuły, pokazujące podobne wyniki dla laserowego wariantu LemDrive i Woodwarda z efektem Mach-Effect Thruster .

Testy w kosmosie

W sierpniu 2016 r. Cannae ogłosiło plany uruchomienia swojego silnika na sześcianie sześcianu 6U, który będzie działał przez 6 miesięcy, aby obserwować, jak funkcjonuje w kosmosie. Cannae założył firmę o nazwie Tezeusz na potrzeby przedsięwzięcia i współpracował z LAI International i SpaceQuest Ltd. w celu wystrzelenia satelity. Nie ogłoszono jeszcze daty premiery.

W listopadzie 2016 r. International Business Times opublikował niepotwierdzony raport, że rząd USA testuje wersję EmDrive na Boeingu X-37B i że rząd chiński planuje włączyć EmDrive do swojego orbitalnego laboratorium kosmicznego Tiangong-2 . Siły Powietrzne USA potwierdziły jedynie, że misja X-37B, o której mowa, przeprowadziła test elektrycznego układu napędowego przy użyciu silnika z efektem Halla , typu silnika jonowego, który wykorzystuje gazowe paliwo pędne.

W grudniu 2016 r. Yue Chen powiedział reporterowi chińskiego dziennika Science and Technology Daily, że jego zespół testuje EmDrive na orbicie i że od pięciu lat finansuje badania w tej okolicy. Chen zauważył, że siła ciągu ich prototypu była na poziomie „mikroniutonów do miliniutonów”, które musiałyby zostać przeskalowane do co najmniej 100-1000 miliniutonów, aby mieć szansę na rozstrzygające wyniki eksperymentalne. Mimo to powiedział, że jego celem jest dokończenie walidacji napędu, a następnie „jak najszybsze” udostępnienie takiej technologii w dziedzinie inżynierii satelitarnej.

Błędy eksperymentalne

Błędy eksperymentalne w testowaniu prototypów generalnie dzielą się na cztery kategorie

  • Błędy pomiarowe. Większość teoretycznych naukowców, którzy przyjrzeli się EmDrive, uważa, że ​​jest to prawdopodobny przypadek.
  • Efekty elektromagnetyczne.
  • Spaliny nie są mierzone ani brane pod uwagę.
  • Spekulacje, że nasze obecne rozumienie praw fizyki jest całkowicie błędne.

Błędy pomiaru

Główny artykuł: Błąd obserwacji

Najprostszym i najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest to, że każdy wykryty ciąg jest wynikiem błędu eksperymentalnego lub hałasu. We wszystkich przygotowanych eksperymentach bardzo duża ilość energii jest wykorzystywana do wytworzenia niewielkiej ilości ciągu. Podczas próby pomiaru małego sygnału nałożonego na duży sygnał, szum z dużego sygnału może przesłaniać mały sygnał i dawać nieprawidłowe wyniki. Najsilniejszy wczesny wynik, uzyskany przez grupę Yanga w Chinach, został później zgłoszony jako spowodowany błędem eksperymentalnym.

Przesunięcie środka ciężkości z powodu efektów termicznych

Obraz w podczerwieni pokazujący nagrzewanie się radiatora

Uważa się, że największym źródłem błędów jest rozszerzalność cieplna radiatora steru strumieniowego ; gdy się rozszerza, prowadziłoby to do zmiany środka ciężkości, powodując ruch wnęki rezonansowej. Zespół White'a próbował modelować efekt cieplny na całkowite przemieszczenie, używając superpozycji przemieszczeń spowodowanych „efektami termicznymi” i „impulsywnym ciągiem”, przy czym White powiedział: „To była rzecz, nad którą pracowaliśmy najciężej, aby zrozumieć i umieścić w pudełku”. . Pomimo tych wysiłków zespół White'a nie był w stanie w pełni wyjaśnić rozszerzalności cieplnej. W wywiadzie dla Aerospace America , White komentuje, że „chociaż być może nałożyliśmy trochę ołówka na [błędy termiczne]… z pewnością nie są one przekreślone na czarno przez Sharpie”.

Ich metoda rozliczania efektów termicznych została skrytykowana przez Millisa i Daviesa, którzy podkreślają, że brakuje zarówno matematycznych, jak i empirycznych szczegółów uzasadniających założenia poczynione na temat tych efektów. Na przykład nie dostarczają danych dotyczących pomiaru temperatury w czasie w porównaniu z przemieszczeniem urządzenia. Artykuł zawiera wykres graficzny, ale opiera się na założeniach a priori, jakie powinny być kształty „naporu impulsowego” i „efektów termicznych” oraz w jaki sposób te sygnały będą się nakładać. Model ponadto zakłada, że ​​cały hałas ma charakter termiczny i nie uwzględnia innych efektów, takich jak interakcja ze ścianą komory, siły doprowadzania mocy i przechylanie. Ponieważ artykuł Eagleworks nie ma wyraźnego modelu ciągu, który można porównać z obserwacjami, jest on ostatecznie subiektywny, a zawarte w nim dane można interpretować na więcej niż jeden sposób. Test Eagleworks nie pokazuje zatem jednoznacznie efektu ciągu, ale też nie może go wykluczyć.

White zasugerował, że przyszłe eksperymenty mogą przebiegać na równowadze Cavendisha . W takiej konfiguracji, pędnik mógłby obracać się do znacznie większych przemieszczeń kątowych, pozwalając, by ciąg (jeśli jest obecny) zdominował wszelkie możliwe efekty termiczne. Testowanie urządzenia w kosmosie wyeliminowałoby również problem środka ciężkości.

Oddziaływanie elektromagnetyczne ze ścianą komory próżniowej

Innym źródłem błędu mogło być oddziaływanie elektromagnetyczne ze ściankami komory próżniowej. White argumentował, że jakakolwiek interakcja ze ścianą może być jedynie wynikiem dobrze uformowanego sprzężenia rezonansowego między urządzeniem a ścianą i że zastosowana wysoka częstotliwość sugeruje, że szanse na to byłyby wysoce zależne od geometrii urządzenia. W miarę nagrzewania się elementów z powodu rozszerzalności cieplnej zmienia się geometria urządzenia, przesuwając rezonans wnęki. Aby przeciwdziałać temu efektowi i utrzymać system w optymalnych warunkach rezonansowych, White zastosował system pętli fazowej (PLL). Ich analiza zakładała, że ​​zastosowanie PLL wyklucza znaczące oddziaływanie elektromagnetyczne ze ścianą.

Siła Lorentza z przewodów zasilających

Innym potencjalnym źródłem błędu była siła Lorentza wynikająca z przewodów zasilających. W wielu wcześniejszych eksperymentach do zasilania urządzenia w energię elektryczną zamiast drutów litych stosowano kubki ze stopu metalu Galinstan , który jest płynny w temperaturze pokojowej. Martin Tajmar i jego doktorant Fiedler scharakteryzowali i próbowali określić ilościowo możliwe źródła błędów w swoim eksperymencie na Politechnice w Dreźnie . Przeprowadzili wiele testów na swoim układzie doświadczalnym, w tym pomiary siły wzdłuż różnych osi w odniesieniu do prądu zasilania. Podczas eliminowania lub uwzględniania wielu innych źródeł błędów w poprzednich eksperymentach, takich jak zastąpienie mechanizmu tłumienia magnetycznego amortyzatorem olejowym, mniej wydajnym, ale znacznie słabiej oddziałującym z polem elektromagnetycznym, badanie nie dało jednoznacznych wyników oddziaływania elektromagnetycznego z aparatem. zasilania, jednocześnie zaznaczając go jako prawdopodobnie najbardziej znaczące źródło hałasu. Konfiguracja mocy White'a mogła być inna, ale ich artykuł nie stwierdza, czy wszystkie połączenia są współosiowe z osią obrotu stojaka, co byłoby wymagane, aby zminimalizować błędy wynikające z sił Lorentza, i nie podaje żadnych danych z równoważnych testów z mocą do obciążenie pozorowane, aby te wpływy można było porównać z tymi obserwowanymi w biegu Tajmar-Fiedler.

Spekulacje dotyczące nowych praw fizycznych

Artykuł White'a z 2016 roku przeszedł przez około rok wzajemną recenzję z udziałem pięciu sędziów. Recenzja wzajemna nie oznacza, że ​​wyniki lub obserwacje są prawdziwe, a jedynie, że sędziowie przyjrzeli się eksperymentowi, wynikom i interpretacji i uznali, że jest on solidny i rozsądny. Brice Cassenti, profesor Uniwersytetu Connecticut i ekspert w dziedzinie zaawansowanego napędu, rozmawiał z jednym z sędziów i poinformował, że sędzia nie wierzy, że wyniki wskazują na jakąkolwiek nową fizykę, ale są wystarczająco zagadkowe, by je opublikować. Cassenti wierzy, że istnieje przyziemne wyjaśnienie wyników, ale prawdopodobieństwo ich ważności jest niewielkie, ale nie zerowe.

Artykuł White'a został opublikowany w Journal of Propulsion and Power . Marc Millis i Eric Davies, którzy kierowali poprzednim projektem zaawansowanego napędu NASA, Breakthrough Propulsion Physics Program , skomentowali, że chociaż White używał technik, które byłyby dopuszczalne do sprawdzania napędu elektrycznego silników Halla , testy nie były wystarczające, aby wykazać, że jakikolwiek nowy efekt fizyczny istnieje.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki