Išsamiausi ir kruopščiausi neįmanomo variklio „EM-Drive“ bandymai Vokietijoje rodo, kas čia darosi iš tikrųjų

Mokslininkų tyrimų rezultatai pristatyti konferencijoje „Space Propulsion 2018“. Ir tie rezultatai yra smarkiai nuviliantys.

Pagrindinė motyvacija tirti alternatyvius stūmos principus yra tai, jog reaktyvinių variklių technologijos yra nepakankamai efektyvios žmonių gabenimui Saulės sistemos ribose. Ką jau kalbėti apie tarpžvaigždines keliones. Dėl to patys geriausi mokslininkai skiria begales savo laiko, kad patikrintų net fantastiškiausiai atrodančias idėjas – tokias, kaip „EM-Drive“. O šis variklis iš esmės yra tuščias varinis kūgis nupjauta viršūne, kuriame generuojama elektromagnetinė spinduliuotė. Ši spinduliuotė atsispindi į visus vidinius kūgio paviršius ir dėl kažkokios fizikai prieštaraujančios magijos iš niekur išnyra kažkokie vienaragiai, kurie stumia tokį variklį erdve.

Na, bent jau toks paaiškinimas yra tiek pat tikėtinas, kaip ir bet kuri kita iki šiol fizikų pateikta versija, grindžianti „EM-Drive“ veikimą. Mat vienoje NASA laboratorijoje nustatyta, kad variklis stūmą iš tiesų generuoja.

Iki šiol žmonės, kurie analizavo šio variklio veikimo principus, iš esmės savo darbą finansavo iš nuotrupų, todėl negalėjo susimontuoti patikimos bandymų sistemos. Taigi, ir eksperimentiniai duomenys nebuvo labai patikimi: nebuvo jokio aiškaus ryšio tarp stūmos ir galios ar tarp stūmos ir skirtingų „EM-Drive“ konstrukcijos versijų. Eksperimentatoriai rasdavo vis naujų būdų pašalinti galimus „triukšmo“, iškreipiančio matavimų rezultatus, šalinimo būdus, tačiau tuo pačiu jie arba sukurdavo naujus triukšmo, arba stūma išnykdavo.

Taip išeitų, kad pagrindiniai eksperimentavimo su neįtikėtinais kosminiais varikliais šalininkai iš tiesų gali būti labai jau nevykę, bet už tai labai užsispyrę eksperimentatoriai.

Rimti žaislai

Ganėtinai neseniai viena Vokietijos mokslininkų grupė užsitikrino pakankamai solidų finansavimą specialiai „nurautų“ kosminių variklių idėjų tikrinimui. O kadangi visos kosminės agentūros daugiau ar mažiau vienbalsiai teigia, kad reikia tikrinti visas kosminės stūmos idėjas, kad ir kaip beprotiškai jos skambėtų, reikėjo efektyvaus ir greito būdo atmesti internete plintančias bevertes idėjas. Būtent tuo tikslu Vokietijos mokslininkai kuria tokiems bandymams skirtą laboratoriją. O ši yra labai įspūdinga.

Visų pirma, visi bandymai yra atliekami vakuume. Ir ne šiaip išretintame ore, kokį galima būtų gauti buitinį siurblį prijungus prie skylėtos dėžės – šioje laboratorijoje pasiekiama vos milijardinė atmosferos slėgio dalis. Gal ir ne pats tuščiausias vakuumas mokslo istorijoje, bet įvairiausioms kosminių variklių idėjoms patikrinti to daugiau nei pakanka.

Šiame vakuume naudojamos torsioninės svarstyklės, prijungtos prie kalibrutos spyruoklės – taip matuojama variklio stūma. Visas bandymų procesas yra automatizuotas, todėl mokslininkai subalansuoti svarstykles, keisti spyruoklės standumą, atlikti torsioninių svarstyklių kalibravimą dviem skirtingais būdais ir atlikti tikruosius bandymus gali net neatidarydami vakuumo patalpos. Bandymų metu jie netgi gali pasukti variklį. Automatizuotai valdomoje aplinkoje mokslininkai tuos pačius matavimus skirtingomis sąlygomis gali atlikti daug kartų, taip patikimiau nustatant vidurkį. Dabartinis sistemos jautrumas yra apie 10 nN (nano Niutonų) jėgos.

Bandymų metu mokslininkai taip pat matuoja temperatūrą ir, jeigu yra toks poreikis, gali kompensuoti temperatūros pokyčius, dėl kurių kinta masių pasiskirstymas ant svarstyklių. Ir tai dar ne viskas. Daugelis bandomųjų variklių išnaudoja rezonanso principą (kažkas panašaus į supynes, kurias reikia stumtelėti tinkamą akimirką). O tuomet matavimai tampa sudėtingais, nes daugelio rezonatorių rezonanso dažnis yra priklausomi nuo temperatūros. Mokslininkų įranga šią priklausomybę stebi ir sąlygas keičia automatiškai. Dėl to eliminuojama tikimybė užfiksuoti kokį nors trumpalaikį signalą kaip „stūmą“ ir tuomet tvirtinti, kad trumpalaikis jis buvo dėl to, kad atsirado rezonatoriaus ir variklio dažnių skirtumas.

Siekiant bandymų sistemą apsaugoti nuo elektromagnetinės interferencijos tarp variklio, srovės stiprintuvo ir kitų elektronikos įrenginių kiekvienas jų elektriškai izoliuojamas atskirai. Paskutinis veiksnys, kurį mini mokslininkai, yra Žemės magnetinis laukas. Jo poveikiui pašalinti reikia vadinamojo mu metalo. Dėžė, pagaminta iš mu metalo, iš esmės sukurs regioną, kuriame veiks tik labai nedidelė Žemės magnetinio lauko dalis. Deja, mokslininkai neturėjo pakankamai mu metalo visiems eksperimentinės sistemos laidams ir elektronikai izoliuoti, tačiau tai yra įtraukta į artimiausius laboratorijos tobulinimo planus.

Bandymai

Tyrimo vykdytojai neieškojo mokslininkų, turinčių jau bandymams paruoštų „EM-Drive“ ar „Mach-effect“ variklių – ir variklius, ir juos valdančią elektroniką pagal instrukcijas specialistai pasigamino patys. Pradėkime nuo „EM-Drive“ bandymų rezultatų.

Panaudoję aukščiausios kokybės frezavimo ir poliravimo technologijas, fizikai gavo tokią mikrobangų ertmę, kuri buvo gerokai tobulesnės už bet kokią, sukurtą iki tol. Tad jeigu toks variklis iš tiesų turi galimybę veikti, tai jam gamybos trūkumai tikrai netrukdytų.

Taip pat buvo sukurta labai kokybiška elektros grandinė, gebanti į mikrobangų ertmę tiekti 50 W galios. Tačiau reikėjo patobulinti stiprintuvo tvirtinimo taškus. Todėl, norint išvengti bėdų su temperatūros valdymu, ligšioliniuose bandymuose mokslininkai galią apribojo vos keliais vatais.

Taip pat mokslininkai į variklio sistemą įtraukė silpnintuvą (angl. attenuator). Jis suteikė galimybę be fizinio nagų kišimo prie eksperimentinės sistemos įjungti visą elektroninę įrangą ir stiprintuvus „užsukti“ tiek, kad jie skleistų maksimalų triukšmą, o visa galia arba keliautų tiesiai į „EM-Drive“, arba būtų absorbuojama silpnintuvo. Tai suteikia kur kas daugiau laisvės siekiant suprasti, ar stūmą generuoja variklis, ar kokie nors kiti veiksniai.

Ir tada viskas paaiškėjo...

Atlikus eksperimentus tokioje kruopščiai sukurtoje laboratorijoje ir naudojant tokią kokybišką įrangą išaiškėjo, kad... fizika vis dar galioja. Tiekiant vos kelių vatų galią mokslininkai išmatavo „EM-drive“ generuojamą stūmą iš anksto prognozuota kryptimi (torsioninių svarstyklių rodyklė pasisuko į „tinkamą“ pusę). Apgręžus variklį į priešingą pasikeitė ir stūmos kryptis. Deja, „EM-drive“ stūmą generavo ir tada, kai jo parinkta kryptis buvo tokia, kad stūmos jis visiškai negalėjo generuoti ir svarstyklių niekaip negalėjo veikti (t. y., „nulinis“ bandymas taip pat pateikia „nenulinį“ rezultatą). Ir tas pats buvo stebėta apgręžus variklį priešinga „nuline“ kryptimi.

O įdomiausia pasidarė, kai buvo gaunami identiški rezultatai net tada, kai į grandinę buvo įtrauktas silpnintuvas. Jį įjungus variklio ertmėje neliko praktiškai jokios mikrobangų spinduliuotės, o variklio stūma liko tokia, kokia buvuso.

Tai iš kur gi ta stūma randasi? Anot mokslininkų, veikiausiai – iš Žemės magnetinio lauko. Visi laidai, kuriais į mikrobangų stiprintuvą pernešama srovė, yra sumontuoti lygiagrečia torsioninių svarstyklių rankai. Nors laidai yra izoliuoti, izoliacijos lygis nėra idealus (mokslininkams pritrūko mu metalo). Todėl elektros srovę laide dėl Žemės magnetinio lauko veikia jėga, kuri yra tiksliai statmena torsioninių svarstyklių rankai. Mokslininkai, įvertinę eksperimento aplinką ir stiprintuvo srovės stiprumą, atliko tam tikrus skaičiavimus ir nustatė, kad Žemės magnetinio lauko efektas ganėtinai tiksliai atitinka išmatuotą stūmą.

Žinoma, tai dar ne paskutinis žodis ir „EM-drive“ variklių idėją ankstoka išmesti į mokslo nesąmonių šiukšlyną, tačiau akivaizdu, į kurią pusę krypstama. Kuomet bus tinkamai sumontuoti stiprintuvai ir izoliuoti laidai, užfiksuoti variklio stūmą bus gerokai sunkiau, nes smarkiai išaugs triukšmo efektas. Bet galima tikėtis, kad per kelis ateinančius metus vokiečiai įrodys, jog NASA eksperimentatoriai klydo.

„Mach-effect“ variklis

Tai yra turbūt dar fantastiškesnė variklio idėja, kurią ganėtinai sunku suprasti. Jos idėjinis pagrindas yra toks, kad sukėlus pakankamai stiprias masės vibracijas, ji pradeda gravitaciškai sąveikauti su visa Visata. Stūma turėtų rastis dėl to, kad anot linijinės Alberto Einsteino lygčių versijos, tokia sąveika lemia ne nulinį jėgos poveikį vibruojančiai masei. Galima pasidžiaugti, kad šį kartą bent jau pasiremta patikimomis formulėmis, taigi, galima pradėti diskusiją apie veikimą aprašančių prielaidų pagrįstumą iš fizikinės pusės.

Mokslininkai vėl patys pasigamino savo „Mach-Effect“ variklį. Iš esmės tai buvo pjezo-elektrinių kristalų, kurie plečiasi ir traukiasi reaguodami į elektrinį lauką, vertikalus masyvas. Šis masyvas buvo prijungtas prie žalvario stiebo, kuris, pasak variklio sumanytojų, turėtų sustiprinti stūmos efektą. Elektroninė variklio dalis – įspūdinga dviejų didelės įtampos ir didelės galios stiprintuvų, kurie veikia kiek didesniu už garso stiprintuvus dažniu. Laboratorijos elektroninė įranga yra puikiai tinkama „Mach-effect“ variklio bandymams.

Koks buvo gautas rezultatas? Šiek tiek perspektyvesnis, nei „EM-drive“, bet vis vien tikriausiai sukeltas triukšmo. Esminis šios eksperimentų serijos atradimas buvo tas, kad nustatyta stūma prognozuojama kryptimi, o „nulinis“ eksperimentas pateikė „nulinį“ rezultatą. Nustebino tai, kad matavimo instrumentai registravo apie 100 kartų už matematiškai prognozuojamą didesnę stūmą. O rankinis variklio apsukimas nepakeitė stūmos krypties. Dėl to mokslininkai įtaria, kad eksperimente turėtų būti dar koks nors nepastebėtas rezultatus iškreipiantis veiksnys, nes rankinis ir automatinis variklio krypties pakeitimas skiriasi tuo, kad antruoju atveju keičiasi ir energiją tiekiančių laidų kryptis.

Geriausias rezultatas – pati laboratorija

Nors varikliai, galintys suteikti žmonėms šansą užkariauti kosmosą, yra labai žavinga perspektyva, tačiau fizika yra fizika. Ne be reikalo tiek daug fizikų visame pasaulyje bando perprasti Visatos paslaptis. Ir dabar jau tikrai nebe tie laikai, kai garažo aplinkoje dirbantis savamokslis su statybinių prekių parduotuvėse susipirkta įranga gali aptikti kokią nors spraga dabartinės fizikos žiniose, todėl bet kokie neįtikėtinų, neaiškiais principais veikiančių variklių idėjų siūlymai atrodo be galo įtartinai. Kažkuria prasme netgi galima teigti, kad tokių idėjų tikrinimas yra gerų mokslininkų laiko švaistymas.

Tačiau savo tyrimo išvadas Vokietijos fizikai užbaigė puikia gaida: „Galima pasidžiaugti bent tuo, kad „SpaceDrive“ [taip pavadinta laboratorinė aplinka] yra nuostabus edukacinis aukščiausių standartų bandymų aplinkos kūrimo projektas, skirtas teorinių modelių ir galimų eksperimentinių klaidų vertinimui. Tai buvo puiki mokymosi patirtis, suteikianti galimybę atrasti ką nors, kas kosminių tyrimų sritį gali kilstelėti į naują lygį“.