EmDrive

NASA-in eksperiment EmDrive
Stil nad supstancom
Pseudoznanost
Ikona pseudoznanost.svg
Popularan pseudoznanosti
Slučajni primjeri
Ili smo imali malu pogrešku u mjerenju, ili je sva fizika u krivu.
—Žitarice za doručak u subotu

The EmDrive je bez reakcije pogon svemirske letjelice predložio Roger Shawyer u 1999. Ključna stvar u vezi s tim je da ako uspije, nekoliko izuzetno dobro razumljivih i provjerenih principa fizika izađi potpuno kroz prozor.


Iako je veličina učinka ona koja bi trebala biti lako mjerljiva, daleko je veća od gravitacijskih sila izmjerenih u Cavendish eksperiment prije više od 200 godina, razni do danas izvedeni eksperimenti patili su od velikih problema s eksperimentalnim dizajnom i tehnikama mjerenja. Do sada niti jedan uređaj nije testirao kao zatvoreni sustav, unatoč tome što je bio nadohvat ruke na razinama snage korištenim u nekim eksperimentima. Osim toga, objavljena mjerenja pate od ozbiljnog zanošenja i drugih problema koji ukazuju na probleme s uređajem, a mjerenja na različitim usmjerenjima i razinama snage daju neusklađene rezultate.

Koncept je privukao znatnu pozornost novinara 2015. godine, nakon što je netko na NASA laboratorij Eagleworks, specijaliziran za istraživanje gotovo sigurno pogrešnih ideja Hail-Mary po principu 'što ako', isprobao je tu ideju, a tisak je poludio od ideje da je to NASA koja to podržava.

Sadržaj

Povijest sve manjih učinaka

Izumitelj tvrdi da uređaj (motor) djeluje zasićujući rezonantnu šupljinu mikrovalna radijacija ; zračenje vrši pritisak na stijenke šupljine. To je usko analogno stvaranju a automobil pomaknite se naprijed sjedeći u njemu i gurajući upravljač ili koristeći ventilator za puhanje jedra; zamah jednostavno ne djeluje tako. Međutim, ako se zapravo ne razumijete u fiziku, ovo je potencijalnosilnouzbudljiv!

Shawyer tvrdi da će zbog 'relativističkih učinaka' šupljina (oblikovana poput krnjeg stošca) iskusiti veću silu prema velikom kraju od malog kraja, zbog grupne brzine valova koji se mijenjaju kako varira lokalni promjer šupljine . Odnosno: zahvaljujući posebna relativnost , klasični elektromagnetizam može narušiti očuvanje zamaha. Ovo je potpuno smeće, ali morate znati fiziku da biste to razumjeli.


2001. Shawyer je dobio potporu od £ 45,000 britanski vlada da prouči tu ideju. Tvrdio je da je s 850 vati snage dobio snagu od 0,016 njutna. (O gravitacijskoj sili penija. To je bilo u granicama eksperimentalne pogreške.)



Novi znanstveniko tome napisao prilično povoljan članak, iako su nakon prigovora kasnije zabilježiliNovi znanstvenikblog da su trebali temeljitije pokriti kritike pogona.


kineski istraživači sa sjeverozapadnog Politehničkog sveučilišta pod vodstvom Yang Juana tvrdili su da su teoriju iza EmDrivea provjerili neovisno 2008. godine i 2010. konstruirali uređaj sposoban za kilovat koji je proizveo 750 mN izmjerenog potiska s 2500 W ulazne snage.

Nekoliko NASA-inih istraživača započelo je s proučavanjem ideje 2014. Postigli su 1/1000 sile za koju je Shawyer tvrdio da je vidio u svojim eksperimentima - prosječni izlaz od 91,2 µN pri 17 W ulazne snage u pet izvođenja, s neto vršnim potiskom od 116 µN. Ta su mjerenja bila daleko izvan područja pogrešaka torzijskog njihala koji se koristi za otkrivanje potiska i stoga su barem vjerojatno značajna, iako postoje mnoge druge sile koje bi mogle potencijalno prouzročiti učinak.


Nesretni učinak bilo koga iz NASA-e koji je to uopće gledao bio je taj što su tisak i ljudi koji razmišljaju to shvatili kao NASA-uindosament. Ovome nije pomogla posve neslužbena web stranica s vijestima 'NASA Spaceflight' koja je iznijela priču naprijed, napominjući da 'Zajednica entuzijasta, inženjeri , a znanstvenici s nekoliko kontinenata udružili su snage na forumu NASASpaceflight.com EM Drive kako bi temeljito ispitali eksperimente i razgovarali o teorijama rada EM pogona ', ne napominjući da su spomenutom forumu zabranili svaku skeptičnu raspravu u slučaju da to zastraši eksperimentatore ili Shawyer (niti jedan od njih uopće nije bio prisutan).

U studenom 2016. tim Eagleworks zaključio je testnu seriju i napisao rad koji je prihvaćen za objavljivanje u recenziranoj recenzijiČasopis za pogon i snagu. Dno crte prijavljeno je kao:

Podaci o potisku iz naprijed, natrag i na nulu sugeriraju da je sustav dosljedno radio na 1,2 ± 0,1 mN / kW, što je bilo vrlo blizu prosječnoj impulsnoj izvedbi izmjerenoj u zraku. Razmotreni su i raspravljeni brojni izvori pogrešaka.

Kako bi to trebalo raditi

EmDrive je postao jedna od male obitelji navodnih pogona bez reakcije, a čini se da svaki istraživač ima svoju teoriju kućnih ljubimaca. Shawyerova 'teorija' temelji se na posebnoj relativnosti, barem onako kako je Shawyer razumije: on tvrdi da zračenje unutar šupljine ima manji zamah na uskom kraju šupljine zbog smanjenja brzine grupe i da rezultirajuća sila na veliki kraj je viši. Sile koje djeluju na nagnute strane rezonantne šupljine odbacuju se kao „zanemarive“, kada bi im jednostavna primjena zakona očuvanja bila potpuno jednaka svakoj promjeni zamaha elektromagnetskog vala koji putuje duž šupljine zbog geometrije tih površina. Shawyerova teorija je zbrkana i nedosljedna, s nesporazumima principa ekvivalencije i očitom pretpostavkom apsolutnog univerzalnog okvira za odmor (on i dr. Harold White tvrde da uređaj gubi učinkovitost ubrzavanjem, a Shawyer tvrdi da se pogon najbolje koristi za lebdenje umjesto ubrzanja, unatoč tome što nema razlike između lebdenja i ubrzanja pri 9,8 m / s) i mnogih drugih problema. Zabavno, čini se da ne samo da vjeruje da postoji apsolutni okvir odmora, već očito i vjeruje u to Zemljina površina miruje s obzirom na nju .

Kineski istraživači sugeriraju da se to nekako temelji na elektromagnetizmu i Maxwellovom zakonu, a skupina dr. Whitea vjeruje da se mikrotalasi potiskuju protiv 'kvantnih vakuumskih virtualnih čestica' u rezonantnoj šupljini. Dr. Fernando Minotti, istraživač u CONICET-u, u radu pod naslovom 'Teorije skalarnih tenzora i asimetrične rezonantne šupljine' iz 2013. primijetio je da navodni potisak proizveden u Emdriveu može biti objašnjen određenim teorijama gravitacijskog skalara. Također, dr. Michael McCulloch u radu pod naslovom 'Može li se emdrive objasniti kvantiziranom inercijom?' primijetio je da potisak koji proizvodi EmDrive može biti objašnjen zračenjem Unruh koje uzrokuje fotoni na širokom kraju šupljine imati veću inercijsku masu od fotona na uskom kraju, zbog čega šupljina pokazuje potisak prema uskom kraju.


Nekoliko istaknutih fizičara reklo je da je koncept nemoguć. Doktorat fizičar, John Costella, u svom povezanom radu objasnio je zašto.

Kršenje zakona o zaštiti

Shawyer tvrdi da EmDrive nije bez reakcije i da ne krši nijedan zakon fizike. Nažalost, ovo je u suprotnosti s njegovimdrugotvrdi da proizvodi potisak kao zatvoreni sustav.

'Reakcijski pogoni' poput raketa oslanjaju se na očuvanje zamaha: neki oblik pogonskog goriva istiskuje se u jednom smjeru, a letjelica dobiva jednaku količinu zamaha u suprotnom smjeru. Pogonsko gorivo izbačeno reakcijskim pogonom ne mora biti materijalna tvar: fotoni nose zamah proporcionalan svojoj energiji, pa će pogon koji jednostavno usmjerava zračenje fotona proizvesti potisak (iako vrlo male količine potiska za zadani unos snage). To nisu zatvoreni sustavi, reakcijski se pogoni oslanjaju na nešto što ostavlja sustav kako bi odnio zamah.

S druge strane, za EmDrive se tvrdi da proizvodi daleko veće količine potiska nego što bi to učinio fotonski potisnik iste snage, i to kao zatvoreni sustav bez emitiranog zračenja. Ne izbacuje nijedno pogonsko gorivo, pa tako nema načina uravnotežiti zamah koji dobiva, čineći ga pogonom bez reakcije. Da slijedi očuvanje zamaha, ne bi se ubrzalo.

Čuvanje energije cijene malo bolje. EmDrive je izričito reverzibilan električni stroj: ulazna snaga uzrokuje ubrzanje u jednom smjeru, a ubrzanje u drugom uzrokuje izlaznu snagu. Svaki objekt odmara Zemlja površina doživljava ubrzanje od 9,8 m / s bez troškova energije, pa Shawyerove tvrdnje dovode do zaključka da je EmDrive koji samo sjedi na tlu uređaj s besplatnom energijom, koji proizvodi beskrajne izlaze iz gravitacijskog ubrzanja.

Uz to, izravna pretvorba energije u potisak nužno će kršiti očuvanje energije, osim ako omjer energije i potiska nije bolji od onog fotonske rakete (a fotonske rakete, inače, imaju užasno strašnu učinkovitost).

E_k =  frac {m_0 c ^ 2} { sqrt {1-  frac {v ^ 2} {c ^ 2}}} - m_0 c ^ 2

Pretpostavimo da je lansiran svemirski brod koji pokreće EmDrive, a koji održava ubrzanje od 9,8 m / s, odnosno 1 G. Ima masu od milijun kilograma, što je oko polovine lansirne mase svemirskog broda prije nego što je povučen. Potisak izmjeren NASA-inim eksperimentom nije bio veći od 116 µN s ulaznom snagom od 17 W, što mu daje potrošnju energije od 0,147 W / µN. Za ubrzanje brzine od 9,8 m / s brodu će trebati 9,8 meganewtona, što će mu trebati ogromnih 1,4 bilijuna vata, što je više od polovice ukupne Zemljine potrošnje energije. Da bi ostao dosljedan posebnoj relativnosti, brzina broda uvijek se mjeri u odnosu na Zemlju.

Pri brzini od 200 km / s brod ima kinetičku energiju od 20 kvadriliona džula. Ako se ubrzava 1 sekundu, njegova će se kinetička energija povećati na 20,002 PJ, povećavajući se za 1,96 bilijuna džula. Međutim, potrošeno je samo 1,4 bilijuna džula, što znači da je jedna sekunda ubrzanja stvorila 560 milijardi džula iz ničega.

Pristalice EmDrive-a sugeriraju da se učinkovitost EmDrive-a smanjuje brzinom. To pokreće još veće probleme, poput toga kako bi ubrzanje broda variralo ovisno o promatračkoj brzini srodnik na brod. Da je brod putovao blizu Zemlje brzinom od 200 km / s, promatrači na Zemlji trebali bi promatrati brod kako ubrzava brzinom od ~ 7 m / s kako se ne bi narušilo očuvanje energije, ali putnici na brodu inzistirali bi da je ubrzavajući za 9,8 m / s; jer se ne događa značajna vremenska dilatacija pri manje od 10% brzine svjetlosti, to se može isključiti kao rješenje neslaganja. Sugeriranje postojanja bilo kojeg univerzalnog referentnog okvira sugerira da takva relativnost treba biti izbačen kroz prozor . S obzirom na to da postoji mnogo više dokaza da je posebna relativnost istinita nego što postoji dokaz da EmDrive djeluje, trebalo bi biti očito zašto znanstvenu zajednicu EmDrive i dalje uglavnom ignoriraju.

Rad Harolda Whitea pokušao je dokazati da pogoni iona također krše očuvanje energije. U navedenom primjeru, letjelica težine 9.460 kg koristi 540 kg pogonskog goriva za povećanje brzine za 1 km / s, trošeći 174 gigajoula energije. U odnosu na kozmičku mikrovalnu pozadinu, letjelica je u početku putovala 371 km / s i ubrzavala se do 372 km / s, što je dovelo do promjene kinetičke energije letjelice za 33.649 GJ. Najveća pogreška u radu je izuzeće znaka; ukupna promjena energije stvarno je -33.649 GJ. Energija nije 'uništena'; kada se uzme u obzir kinetička energija pogonskog goriva, nema izgubljene energije. Zbunjujuća je činjenica da White uspoređuje kinetičku energiju letjeliceipogonsko gorivo prije nego što se ubrza do kinetičke energije samo plovila nakon što se ubrza. Ima više smisla zasebno usporediti promjenu kinetičke energije pogonskog goriva i plovila; kada se zbroje ukupne promjene kinetičke energije letjelice i pogonskog goriva, rezultat je - pričekajte - 174 gigajoula! Ispostavilo se da očuvanje impulsa rezultira očuvanjem energije.

Slični uređaji

Tim Eagleworksa iz NASA-e istražio je sličan uređaj nazvan w, za koji je također pokazano da proizvodi potisak - opet, njegov princip rada sličan je EmDriveu, ali nešto manje učinkovit prema Shawyeru. Izumitelj Cannae Drive-a, Guido G. Fetta, pretpostavio je da pogon stvara potisak djelomično kroz radijalne proreze urezane duž donjeg ruba unutrašnjosti rezonantne šupljine. Međutim, NASA-in tim dokazao je da je ta ideja lažna testirajući 'null' pogon bez utora na dnu. Oba pogona proizvela su približno jednaku količinu potiska što ukazuje na to da prorezivanje nije utjecalo na potisak. Treći upravljački uređaj također je ispitan s RF opterećenjem, ali bez upotrebe rezonantne šupljine, što rezultira potiskom kako se očekivalo.

NASA planira nadograditi svoju opremu na više razine snage, upotrijebiti RF pojačala s vakuumom s rasponom snage do 125 W i dizajnirati novu konusnu šupljinu za koju se analitički očekuje da proizvodi potisak u rasponu od 0,1 N / kW. Zatim će se ispitni članak otpremiti u druge laboratorije na neovisnu provjeru i nastavak procjene tehnologije, u Glenn Research Center, Jet Propulsion Laboratory i Laboratorij primijenjene fizike Sveučilišta Johns Hopkins.

Razobličen

Napokon su istraživači testirali magnetske interakcije i otkrili temeljnu sistemsku pogrešku koja je dovela do opažanog potiska. Kad su petlje kabela pravilno zaštićene, efekt je nestao, pokazujući da je ovaj pogon doista nemoguć.