EmDrive - silnik łamiący prawa fizyki?

Brytyjski inżynier Roger Shawyer na początku obecnego milenium stworzył silnik nazwany EmDrive, który miał pozornie łamać jedno z podstawowych praw fizyki - prawo zachowania pędu. Rozwiązanie to okazało się jednak zbyt radykalne jak na swoje czasy - podważało w końcu pracę niemal "świętego" w świecie brytyjskiej nauki Isaaca Newtona. Parę lat temu pomysł został podjęty przez mniej konserwatywnych chińskich badaczy z Politechniki Północno-zachodniej w Xi'an, którzy twierdzą, że to faktycznie działa i mają na to dowody.

Obecnie podróże kosmiczne wiążą się ze sporym ograniczeniem, bo nawet z nieograniczonym źródłem energii słonecznej do działania wszystkich silników, nawet jonowych, konieczny jest gaz pędny, który będąc wyrzucany z silnika z dużą prędkością powoduje odrzut napędzanego statku w przeciwnym kierunku.

Pomysł Shawyera ma bardzo skomplikowane założenia. Podstawą silnika EmDrive jest zamknięty, stożkowy pojemnik, który po wypełnieniu rezonującymi mikrofalami generuje ciąg ku szerszemu końcowi stożka zwiększając pęd układu. Z kolei zasada zachowania pędu mówi, że jeśli na układ ciał nie działają siły zewnętrzne - układ ten ma stały pęd.

EmDrive opierać ma swoje działanie o zjawisko ciśnienia promieniowania. Promieniowanie elektromagnetyczne, po zaabsorbowaniu, odbiciu lub rozproszeniu wytwarza po prostu ciśnienie odpowiadające gęstości energii strumienia pola podzielonej przez prędkość światła - a tym samym generuje pewną, bardzo niewielką siłę. Tak zwana prędkość grupowa fali elektromagnetycznej i tym samym generowana przez nią siła, może zależeć od geometrii falowodu, w którym się ona rozchodzi (co zostało udowodnione już w latach 50 XX wieku).

Shawyer wykoncypował, że jeśli falowód będzie taki, że na jednym jego końcu prędkość fali będzie znacznie różniła się od prędkości fali na drugim końcu (a taką możliwość daje stożek) to odbijając tę falę pomiędzy dwoma końcami uzyska się różnicę w ciśnieniu promieniowania, a więc siłę wystarczającą do wygenerowania ciągu.

System taki jest zamknięty, a więc na pierwszy rzut oka łamie on prawo zachowania pędu, jednak w grę wchodzi einstenowska względność, bowiem według Shawyera sam silnik znajduje się w innym układzie odniesienia, a falę w jego wnętrzu - w innym.

Mimo prezentowania przez wynalazcę działających (choć bardzo małych, generujących zaledwie 16 mN siły ciągu) modeli został on, mimo swego dużego doświadczenia i zasług (był on przez wiele lat jednym z szefów europejskiej spółce kosmicznej EADS Astrium), wyśmiany przez kolegów po fachu, którzy określali jego urządzenie "kolejnym perpetum mobile".

Wynalazca jednak pracował dalej, szykował kolejne modele i cały czas je badał czy przypadkiem osiągnięta siła ciągu nie jest wynikiem tarcia, efektów elektromagnetycznych czy nawet zwykłego ruchu powietrza - jednak nie mógł znaleźć błędu.

Jego pracę podjęła parę lat temu profesor Yang Juan z Politechniki Północno-zachodniej w Xi'an, która posiada ogromne doświadczenie w pracy z silnikami do statków kosmicznych. Jej zespół najpierw bardzo dokładnie przejrzał teoretyczne podstawy działania EmDrive, a dopiero po ich potwierdzeniu zabrał się za eksperymenty. I ostatnie z nich przyniosły jednoznaczny wynik - z kilku kilowatów mocy udało się wygenerować 720 nM siły ciągu.

To bardzo mało, jednak silniki jonowe XIPS produkcji Boeinga, które stosowane są w satelitach do delikatnego korygowania ich pozycji, generują mniej niż 1/4 tej siły zużywając dwukrotnie więcej energii, a do tego wymagają do działania gazu pędnego, którego rolę pełni tu szlachetny ksenon.

Z czym to się wiąże? Oczywiście z dużo niższymi kosztami wysyłania satelitów na orbitę. Gaz pędny może stanowić obecnie nawet połowę wagi satelity, zatem koszty zmalałyby również o połowę. A zainstalowanie EmDrive na ISS pozwoliłoby utrzymać stację w miejscu bez konieczności tankowania.

Podstawą wydajności EmDrive jest Q - dobroć - czyli wielkość charakteryzująca ilościowo układ rezonansowy. Według Shawyera wykorzystując nadprzewodniki uda się zwiększyć Q - a zatem siłę generowanego przez silnik ciągu - kilka tysięcy razy. A to dałoby możliwość napędzania z jego pomocą statków kosmicznych. Według wynalazcy taki prototyp mógłby być gotowy już za 3 lata jednak żadne firmy produkujące silniki nie chcą z nim współpracować, a bez środków nie będzie on w stanie prototypu stworzyć.

Chińczycy tym czasem pracują nadal nad demonstracyjną wersja silnika.

Na YouTube można znaleźć wideo, które rzekomo przedstawia go w akcji, jednak w żadnym stopniu nie gwarantujemy, że jest ono prawdziwe:

Źródła: , ,