Su EmDrive darosi vis įdomiau - sparčiai artinasi fizikos dėsnius laužančio „neįmanomo“ variklio lemtingasis momentas

Originalusis EmDrive, Rogerio Shawyerio sukurtas 1998, yra uždaras varinis, į vieną galą platėjantis vamzdis. Pasak Shawyerio, šio vamzdžio viduje leidus atsispindėti mikrobangoms, jos viena kryptimi veikia didesne jėga, nei kita, ir taip sukuria stūmą be jokio kuro.

Įprastų fizikų manymu, tai vykti neturėtų. Paprastai tariant, tokiose uždarose sistemose, kaip siūlomas EmDrive, stūma neturėtų būti sukuriama. Bet kelios tyrėjų grupės, tarp kurių ir NASA Eagleworks (anksčiau vadinta Advanced Physics Propulsion Laboratory, sukurta naujų technologijų paieškoms) ir komanda Xi'ano mieste Kinijoje, jį išbandė ir gavo tokį patį rezultatą, mažą, bet apčiuopiamą jėgą.

Kritikai mano, kad eksperimentų rezultatai privalo būti neteisingi, tuo tarpu McCullochas įsitikinęs, kad tiesiog dar nesuprantame fizikos.

„Daug entuziastų nori tikėti, kad tai yra metodas, kurį galima panaudoti apeiti žinomų kosminių stūmos sistemų fizikos principų apribojimus.“

McCullochas sukūrė Kvantinės inercijos (QI) teoriją, kuri paaiškina šį efektą ir kaip jis galėtų padėti žmonių kosminėms kelionėms. Pastaruosius 18 mėnesių McCullochas šlifavo šią teoriją ir tikrino, kaip jos prognozės atitinka laboratorijų rezultatus.

Jose Luis Perez Diaz Madride, Ispanijoje, ir Martin Tajmar Drezdene,Vokietijoje, atlieka eksperimentinę projekto pusę. Tajmaras patvirtina, kad 2021 metų vasarį planuoja publikuoti du straipsnius, vieną apie „normalius“ mikrobangų EmDrive'us ir kitą apie lazerinius. Eksperimentuose Tajmaras stengiasi eliminuoti bet kokius galimus klaidų šaltinius.

„Vis dar tobuliname svarstykles ir bandymai tęsiasi,“ sako Tajmaras. „Konkrečiai, stengiamės kuo labiau sumažinti magnetinio lauko sąveikas su aplinka, nes ankstesni bandymai parodė, kad tai stipriausias šalutinis poveikis.“

Paklaustas, ar turi alternatyvų ankstesniuose bandymuose stebėtą stūmą, Tajmaras teatsako – „laukite straipsnių…“

Kilpingi pasakojimai

Remiantis vienu iš McCullocho spėjimų, stūma gali būti pasiekta tiek naudojant šviesą, tiek ir mikrobangas. Diazas atliko eksperimentus Madride tikrindamas šią hipotezę 2 000 kartų asimetriškai susukta optine gija, kurią vadina Fotonų Kilpa.

Kaip ir mikrobangų atveju, čia svarbi asimetrija. Lenktyninio automobilio patiriamos perkrovos priklauso nuo posūkio staigumo, o remiantis QI, panašus efektas pasireiškia ir šviesai sklindant skirtingo kreivumo keliu. Diazas atrado, kad Fotonų Kilpa leidžiant lazerio impulsus, sukuriamos jėgos pakanka jai pajudinti.

Sukonstravęs ir išbandęs šį aparatą, Diazas nusiuntė jį į Tajmaro laboratoriją Drezdene šią vasarą patikrinti duomenis ir tiksliai išmatuoti stūmą. McCullochas teigia, kad stūma yra tarp vieno ir keturių mikroniutonų — tiksliai tiek numato teorija.

Optines gijas naudojančių aparatų pranašumas – jos daug pigesnės ir jas daug lengviau parengti ir bandyti, nei varines ertmes, kurias reikia tiksliai apdoroti. Ištobulinus dizainą, fizikų laboratorijos visame pasaulyje galėtų pasigaminti savo Fotonų Kilpas ir įsitikinti jų efektu pačios.

Didysis iššūkis – tokią menką stūmą išmatuoti, nes eksperimento klaidos gali neatpažįstamai iškreipti rezultatus. McCullochas įsitikinęs, kad kitoje stadijoje šis klausimas bus išspręstas. Pateikęs stūmos formules optimizavimo programinei įrangai, McCullochas sukūrė variklį, kuris tūkstantį kartų efektyvesnis už Shawyerio originalą. Šiame dizaine, viename gale yra spyglių serija — McCullochas sako, kad jie praminė jį Bart Drive pagal Simpsonų Barto smailius plaukus.

Skaičiuojama, kad dabartinis dizainas turėtų sukurti maždaug 0,012 N jėgą (tiek sveria sąvaržėlė ar razina) iš vieno kilovato galios, panašiai, kaip dabartiniai palydovų manevriniai varikliai. Bet McCullochas yra tikras, kad rezultatą galima dar bent kelis kartus pagerinti, ir kad eksperimentai tai įrodys.

„Bart Drive turėtų sukurti 0,012 N/kW, panašiai, kaip dabar naudojami joniniai varikliai, tik nenaudojant kuro, kuris juos apsunkina ir apriboja veikimo laiką,“ sako McCullochas. „Jei galėsime suteikti 0,1 N/kW [~8 kartus daugiau, nei egzistuojantys varikliai] be kuro, palydovų kompanijos tuo labai susidomės, ir viliuosi, kad tai bus slenkstis, pakelsiantis šią technologiją gyvenimui.“

Fizikos pažeidimai

Veikiantis EmDrive'as, kuris sukurtų didesnę trauką už egzistuojančius kosminiu variklius, sukeltų revoliuciją, bet McCulloucho QI teorijos nė iš tolo neparemia fizikai.

Labiausiai kliūna impulso tvermės dėsnis, teigiantis, kad uždaroje sistemoje impulsas lieka pastovus. Būtent todėl nepavyktų pakelti savęs už batraiščių. Šis dėsnis tvirtai atsilaikė praėjusį amžių ir didžioji dauguma fizikų jį pripažįsta ir nekvestionuoja.

Būtent todėl dauguma kritikų EmDrive'o rimtai nevertina, o kai kurie ir traukia per dantį komentarais apie trauką kuriančius „stebuklingus kosminius vienaragius“, ar siūlydami EmDrivą vadinti BS Drive'u. Mokslo svoris yra jų pusėje, ir norint tai pakeisti, reikės kažko itin dramatiško.

Pažangių stūmos sistemų ekspertas Brice Cassenti iš Connecticuto universiteto, pritaria vyraujančiam požiūriui, kad EmDrive'as neatrodo tikėtinas, nes pažeidžia impulso tvermės dėsnį.

„Momento pokytį gali suteikti tik kūgine antena išspinduliuotos elektromagnetinės bangos, ir ši jėga yra keliomis skaičių dydžio eilėmis per maža,“ sakė Cassenti Popular Mechanics. Jis tiki, kad EmDrive'o populiarumą DARPA'oje lemia jos teikiami pažadai.

„Daug entuziastų nori tikėti, kad yra metodas išvengti žinomų fizikos principų apribojimų kosminėms varos sistemoms ir atverti galimybė žmonijai keliauti tarp žvaigždžių,“ teigia Cassenti.

Cassenti mano, kad naujas ir neįprastas koncepcijas tyrinėti svarbu, bet iš visų galimų variantų jam arčiau širdies besiremiantys žinoma fizika.

„Manau, visados bus geriau inžinerines pastangas nukreipti į jau esančias sritis, atitinkančias žinomus fizikos principus ir palengva kaupti mokslą naujose srityse, kurias galės tyrinėti inžinieriai,“ sako Cassenti.

Žaisti gali visi

Tikra ši technologija ar ne, ja užsiima ne vien DARPA.

McCullochas kalbasi ir su konsorciumu Kalifornijoje, kuriančiu nuosavą Horizon Drive eksperimentą. Šioje grupėje dalyvauja Pietų Kalifornijos universitetas ir organizacija, leidusi save apibūdinti tik kaip „didelę aerokosminę kompaniją“. Jie siekia pademonstruoti efektą „apčiuopiamai“, kad ne taip, kaip mikrostūmos atveju, bet kas tai išvydęs patikėtų, kad tai veikia. McCullochas sako, kad rezultatai turėtų būti paskelbti šį mėnesį.

Šioje srityje reiškiasi netgi JAV laivynas. Vienas jų tyrėjas, Salvatore Cesar Pais, neseniai užpatentavo kosminį variklį su kūgine rezonuojančia ertme ir mikrobangų emiteriais, itin panašų į EmDrive'ą. Laivynas šį darbą aptarti atsisakė.

Ir tai dar ne visi žaidėjai. Tyrėjai iš Kinijos Šiaurės Vakarų politechnikos universiteto Xi'anyje Shawyerio darbu susidomėjo anksčiausiai, dar šio amžiaus pirmojo dešimtmečio pradžioje, ir publikavo ne vieną mokslinį straipsnį, aprašantį jų spartų progresą. Žiniasklaidoje pasirodė žinutės apie ketinimus išbandyti savo variklį kosmose 2016 metais, bet nuo to laiko viskas buvo tylu.

Dabartinė DARPA projekto fazė truks iki 2021 metų gegužės, ir įmanoma, kad projektas baigsis, nebent bus apčiuopiamų rezultatų. Po dviejų dešimtmečių, sparčiai artėja galutinis EmDrive verdiktas.

David Hambling
www.popularmechanics.com