Mokslo ir technologijų pasaulis

Aeronautikos inžinierius Roger Shawyer 2001 metais pasiūlė naujovišką variklį raketoms, kuris turėjo veikti neišmesdamas arba neišspinduliuodamas jokios materijos į išorę.

Vienintelis šiam varikliui reikalingas dalykas – elektros energija, kurią galima išgauti naudojant, tarkim, Saulės elementus. O tai reiškia, jog milžiniška dabartinių raketų problema – raketinis kuras ir jo svoris, dar labiau didinantis raketos bendrą masę ir to paties kuro poreikį – tampa neaktuali, nes tiesiog šios problemos nelieka. Jei planuojama kelionė į išorinę Saulės sistemos dalį (už asteroidų žiedo), kur Saulės spinduliavimo intensyvumas jau per mažas energijos generacijai, galima panaudoti branduolinius reaktorius.

Visa tai skamba taip pasakiškai , bet štai nuo variklio koncepcijos paskelbimo praėjo jau 15 metų, bet ne tik neskraidome po Saulės sistemą, bet nėra net veikiančio prototipo, ir tai kelia pagrįstų klausimų bei abejonių – ar tai yra tikra? Ar tai veikia? Kodėl tai nėra naudojama?

EmDrive veikimo principas

EmDrive ir į jį panašūs įrenginiai remiasi šviesos (Elektromagnetinių bangų) slėgiu, kurio atsiradimą galima paaiškinti Lorenco jėga:

Šviesa yra EM banga, kuri sudaryta iš elektrinio ir magnetinio laukų, statmenų vienas kitam, ir kai ji krenta į paviršių, medžiagos atomų elektronai yra veikiami elektrinio bei magnetinio laukų, ir elektroną pradeda veikti Lorenco jėga, nukreipta šviesos sklidimo kryptimi. Aišku, šviesos slėgį galima aiškinti ir kaip fotonų impulso perdavimą medžiagos paviršiui, tačiau šiuo atveju EmDrive kūrėjai savo įrenginio veikimą aiškina taip.

Lorenco jėga, atsiradusi dėl šviesos poveikio elektronams, iš principo atitiks šviesos slėgį. Iš (1) lygties aišku, jog Lorenco jėga priklauso nuo krūvio judėjimo greičio, o šiuo atveju jis bus lygus mikrobangų grupiniam greičiui (šiuo greičiu bus judinamas elektronas). Žvelgiant į paveikslėlį (a), aišku, jog jei turime plokšteles R1 ir R2 ir jas veikia šviesos slėgis, tai susidarys stumiančios jėgos F₁ ir F₂. Sujungę R₁ ir R_{2 plokšteles, gausime kamerą, kuri judėtų F1 jėgos kryptimi, o traukos jėga būtų lygi F1 ir F2 jėgų skirtumui. Jei Tx spinduolis, kuriantis šį šviesos slėgį, būtų šioje kameroje arba šios kameros dalis, tai Tx spinduolis judėtų kartu su kamera. Jei sukuriama stūmos jėgos pakaktų kameros ir spinduolio pajudinimui, gautume raketą, kuri judėtų be jokios išmetamos masės (propelento).}

Prisiminus, jog dabartinėms raketoms būtini milžiniški kuro kiekiai, kurių degimo produktai didžiuliu greičiu veikimo metu tiesiog išmetami lauk, EmDrive teikia daug vilčių – šviesos spinduoliui Tx tereikia tik elektros energijos, kurią galima išgauti iš Saulės šviesos ar branduolinio reaktoriaus, kas reiškia itin nedidelius raketos svorius ir praktiškai nulinius kuro kiekius.

Pagal teorinius įverčius, jei būtų naudojamos mikrobangos, traukos jėga būtų didesnė nei fotoninių raketų, kurios tiesiog išspinduliuoja fotonus į erdvę, taip sukuriant stūmos jėgą. Visa tai reiškia, jog pagaliau egzistuoja teorinis variklio modelis, kuris realizuojamas daug lengviau, nei fotoniniai varikliai, jam turime visas reikalingas technologijas, ir šiam varikliui nereikia jokių naujų egzotiškų energijos šaltinių.

Viskas atrodo taip lengva, jei ne keli niuansai – nors EmDrive varikliui sukurti nereikia jokių naujų ar fantastinių fizikos žinių, teorijų, kaip kad fotoniniam ar erdvę iškreipiančiam varikliui, bet pats EmDrive variklis pažeidžia dabartinės fizikos dėsnius.

Dėsniai, kuriuos pažeidžia EmDrive

Pirmasis dėsnis, ginčijantis EmDrive veikimą, yra III-sis Newton'o dėsnis, teigiantis veiksmo bei atoveiksmio lygybę:

Jei vienas kūnas kokio nors dydžio jėga paveikia kitą kūną, tai tas kitas kūnas pirmąjį taip pat paveikia tokio pat dydžio priešingos krypties jėga.

EmDrive variklis juda, kai vieną variklio dalį paveikia didesnė jėga nei nei kitą. Tačiau šiuo atveju negalima nurodyti, kur yra antrasis kūnas (objektas), kurį turėtų paveikti atoveiksmis.

Trečiąjį Newton'o dėsnį galima apeiti, prisiminus krūvių sąveikos niuansus, kada iš pirmo žvilgsnio šis dėsnis pažeidžiamas, tačiau išlaikomas impulso tvermės dėsnis (impulso tvermės dėsnis yra bendresnė III Newton'o dėsnio išraiška).

Visgi, EmDrive variklis veiktų pažeisdamas ir šį, impulso tvermės, dėsnį. O tai jau rimtas trūkumas – tvermės dėsniai yra nepajudinami kertiniai akmenys, kurių galiojimo ribas mokslininkai tikrino ne vieną šimtmetį ir vis dar tikrina, ir kol kas nėra atrasta, jog egzistuotų situacijos, kuomet šie dėsniai neveiktų.

EmDrive suteikia impulsą sau, tad šiuo atveju nelieka objekto, kuris gautų priešingą impulsą – tam, kad būtų išlaikytas impulso tvermės dėsnis, impulso pokytis turi būti lygus 0, arba kitaip tariant, sistemos impulsas lygus konstantai.

Įdomioji dalis – eksperimentai

Įdomiausia, jog NASA tyrėjų grupė iš Eagleworks (Reaktyvinio judėjimo laboratorija), testavusi EmDrive, teigia fiksavusi stūmos jėgą, net ir naudodama silpnas maitinimo galias. Jie išgavo iš įrenginio, konstrukcija panašaus į EmDrive, 91.2 µN traukos jėgą naudodami 17 W maitinimo galią. Eksperimento metu pikinė traukos jėga buvo 116 μN, esant tai pačiai maitinimo galiai. Eksperimentas pripažintas nekorektišku, nes nebuvo vykdytas vakuume, taip eliminuojant terminių oro srovių įtaką.

Po pusmečio eksperimentas buvo pakartotas vakuume, naudojant 5.0×10⁻⁶ Tor slėgį (1 Tor≈ 133,3 Pa), ir buvo gauta apie 50 µN traukos jėga, naudojant 50 W maitinimo galią. Tačiau mikrobangų stiprintuvai nebuvo pritaikyti veikti tokiame vakuume, tad eksperimento metu vyko vainikiniai išlydžiai, kurių nepavyko eliminuoti ar bent jau sumažinti, tad šis eksperimentas taip pat laikomas nekorektišku.

Gleno tyrimų centras pateikė pasiūlymą testuoti EmDrive, kai Eagleworks grupė pasieks 100 μN traukos jėgą, nes jų turima įranga fiksuoja tik nuo 50 μN atsirandančias jėgas.

Eagleworks grupė savo ruožtu paskelbė planus apie naujo modelio sukonstravimą su mikrobangų stiprintuvais, pritaikytais dirbti vakuume, naudojančiais iki 125 W maitinimo galią ir teoriškai turinčius generuoti 0,1 N/kW traukos jėgą. Šis įrenginys turėtų būti testuojamas nepriklausomai Gleno tyrimų centre, Reaktyvinio judėjimo laboratorijoje bei Johns Hopkins'o universiteto Taikomosios fizikos laboratorijoje.

Kita tyrėjų grupė iš Drezdeno technologijų universiteto (TUG) taip pat pranešė apie stebimą stūmos jėgą. Martin Tajmar'o vadovaujama grupė iš Aerokosminės inžinerijos instituto testavo įrenginį, savo konstrukcija ekvivalentų EmDrive, bei aptiko maždaug 20 μN stūmos jėgą. Šis eksperimentas yra vienas iš kruopščiausių, stengiantis eliminuoti pašalines įtakas, tačiau visgi jo rezultatai sukėlė abejonių. EmDrive įrenginys, jį orientavus vertikaliai, taip pat generuodavo trauką, ir ji būdavo šimtų mikroniutonų dydžio. Dėl šių rezultatų nepavyko atmesti magnetinės sąveikos tarp maitinimo įrangos laidų ir skysto metalo kontaktų, naudotų šiame bandyme.

Martin Tajmar negali patvirtinti įrenginio veikimo, tačiau taip pat negali veikimo ir paneigti, kol nėra nustatyta tiksli traukos atsiradimo priežastis.

Pabaigai

Natūraliai kyla klausimas – ar negalima iškelti palydovo su EmDrive, ir pažiūrėti, ar jis skris? Atsakymas yra buitiškai primityvus – kaina. Joks asmuo nefinansuos prietaiso, kurio veikimui reikia pažeisti fizikos dėsnius, ir ypač tuos, kurių veikimas buvo patikrintas ne vienąkart, ir jokių nukrypimų nebuvo rasta.

Konspiracininkų mėgstamas „arkliukas“, jog dėl visko kaltas Einšteinas ir mokslininkų klika, paneigiamas kurioziškai – EmDrive veikimui pagrįsti reikia Einšteino teorijos, ir EmDrive kūrėjai remiasi Einšteino reliatyvumo teorija. Tad veikiantis EmDrive būtų tik dar vienas patvirtinimas, o ne Einšteino teorijos paneigimas.

Ir paskutinis klausimas – o jei jis visgi veikia? Skraidytume į žvaigždes bei turėtume amžinuosius variklius, nes pagrindinis trukdis – impulso tvermės dėsnis – būtų paneigtas.

Nebent paaiškėtų, jog būtent mikrobangoms, būtent kosmose, būtent tokiame įrenginyje, būtent tam tikromis sąlygomis galioja kitokios fizikos dėsniai, kuo aš smarkiai abejočiau.

Tai technologijos.lt skaitytojo atsiųstas straipsnis. Jei norite pasidalinti savo mintimis ir įžvalgomis, rašykite į info@technologijos.lt