"Niemożliwy silnik" zrecenzowany?

Wygląda na to, że saga EmDrive, "niemożliwego silnika", który ma łamać jedno z podstawowych praw fizyki - prawo zachowania pędu, i przez to był przez lata odrzucany przez środowisko naukowe, dobiegnie wreszcie końca. Dr José Rodal, który oficjalnie nie był związany z badaniami, lecz miał do nich dostęp, nieoficjalnie zdradził, że pozytywnie przeszły one recenzję, więc możemy spodziewać się ogromnego przełomu.

Dokładnie rzecz biorąc chodzi tu o recenzję zeszłorocznego badania "niemożliwego silnika" przez laboratorium Eagleworks mieszczące się w Centrum Lotów Kosmicznych imienia Lyndona B. Johnsona w Houston, które potwierdziło działanie EmDrive (a dokładniej rzecz biorąc jego innego wariantu, nazwanego Cannae Drive, o czym niżej) w próżni. Jeśli to nieoficjalnie doniesienie się potwierdzi (a jest to prawdopodobne, bo autor przecieku podaje nawet dokładny tytuł recenzji i jej autorów, a także kluczowy jej fragment), będziemy zatem mogli mówić o wielkim przełomie, nie tylko teoretycznym, lecz również praktycznym - silnik ten może bowiem odmienić oblicze astronautyki. A czemu? Zapraszamy do czytania (poniższy fragment pojawiał się już wcześniej w naszych tekstach o EmDrive, ale to takie przypomnienie dla ludzi, którzy nie znają historii od początku).

Dla przypomnienia: obecnie stosowane silniki wymagają gazu pędnego, który wyrzucany jest z silnika i powoduje odrzut statku w kierunku przeciwnym. Silnik nie wymagający do działania takiego gazu byłby ogromną rewolucją, bo obecnie wszelkie nawet jeśli pojazd kosmiczny ma dostęp do nieograniczonego źródła energii słonecznej - potrzebują do działania gazu pędnego, którego źródło jest ograniczone.

EmDrive jest dziełem Roger Shawyera, który nie jest człowiekiem przypadkowym - to jeden z najlepszych speców od aeronautyki w Europie. Jego dzieło z kolei wygląda jak 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.

Silnik ten 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 praca nie poszła jednak na marne - wpadła ona w oko 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 te, których wyniki opublikowano w zeszłym roku przyniosły jednoznaczny wynik - z kilku kilowatów mocy udało się wygenerować 720 mN 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. A zatem "zużywają się" - gdy kończy się gaz, kończy się także ich życie.

Problem jest jednak taki, że chińskim naukowcom ich koledzy z szeroko pojętego zachodu nie chcieli uwierzyć.

W roku 2014 swoją wersję takiego silnika (nazwaną Cannae Drive) zbudował Amerykanin Guido Fetta, któremu udało się przekonać NASA aby przeprowadziła jego testy i początkowe badania dały pozytywny wynik, inżynierowie z Eeagleworks postanowili jednak powtórzyć je w próżni aby uzyskać jeszcze pewniejsze potwierdzenie.

Po zamontowaniu silnika na zawieszonym w próżni wahadle po raz kolejny udało się potwierdzić ,że osiąga on ciąg 30-50 mikroniutonów - bardzo niewiele, jednak nie zmienia to faktu, że działa on tak jak twierdzi jego wynalazca - łamiąc pozornie zasadę zachowania pędu.

Pozornie, bo zdaniem speców z NASA w grę wchodzić mogą efekty kwantowe, a dokładniej rzecz biorąc oddziaływanie z pojawiającymi się i po chwili wzajemnie anihilujacymi się cząstkami materii i antymaterii w kwantowej próżni (ale jak sami napisali oni w swoim artykule - ich celem nie było poznanie tu dokładnej zasady działania silnika lecz sprawdzenie czy w ogóle on działa).

Możemy mieć zatem do czynienia z ogromnym przełomem, dlatego nie może dziwić ostrożność wszystkich związanych z projektem - czekamy zatem na oficjalne potwierdzenie recenzju badań przeprowadzonych przez Eagleworks. Jeśli faktycznie innym naukowcom nie udało się z naleźć w nich żadnych poważnych błędów i uchybień być może ta historia znajdzie wreszcie szczęśliwy finał i NASA zdecyduje się na budowę pełnowymiarowej wersji silnika.

Źródło: , Zdj.: PD