Avaruuskauden syntymästä lähtien unelma matkalta toiseen aurinkokuntaan on pidetty "rakettihihnassa", joka rajoittaa ankarasti avaruuteen laukaiseman avaruusaluksen nopeutta ja kokoa. Tutkijoiden arvioiden mukaan jopa nykyisten tehokkaimpien rakettimoottorien kanssa lähimmän tähtienvälisen naapurimme Alpha Centaurin saavuttaminen vie noin 50 000 vuotta. Jos ihmiset haluavat koskaan nähdä vieraan auringonnousun, kauttakulkuaikoja tulisi lyhentää huomattavasti.
Onko mahdoton EmDrive käynnissä?
Hyvin edistyneistä moottorikonsepteista, jotka voisivat saada tämän aikaan, vain harvat ovat herättäneet yhtä paljon jännitystä ja kiistoja kuin EmDrive. Ensimmäinen kuvaus lähes kaksikymmentä vuotta sitten, EmDrive toimii muuttamalla sähköä mikroaaltouuniksi ja ohjaamalla sähkömagneettista säteilyä kartiomaisen kammion läpi. Teoriassa mikroaallot voivat painostaa kammion seiniä ja luoda riittävän työntövoiman avaruusaluksen siirtämiseen avaruudessa. Toistaiseksi EmDrive on kuitenkin olemassa vain laboratorion prototyyppinä, ja on edelleen epäselvää, pystyykö se tuottamaan työntövoimaa ollenkaan. Jos se on, niin voimat eivät ole riittävän vahvoja, jotta ne voidaan nähdä paljaalla silmällä, puhumattakaan laitteen liikuttamisesta.
Useiden tutkijoiden, myös NASA: n, joukko viime vuosina on kuitenkin väittänyt onnistuneesti tuottavan työntövoiman EmDriven kanssa. Jos tämä on totta, olemme tekemässä yhden suurimmista läpimurtoista avaruustutkimuksen historiassa. Ongelmana on, että näissä kokeissa havaittu työntövoima on niin pieni, että on vaikea sanoa, onko sitä ollenkaan.
Ratkaisu on kehittää väline, jolla voidaan mitata nämä pienet työntövoiman ilmenemismuodot. Siksi fyysikkojen ryhmä saksalaisesta Technische Universität Dresdenistä päätti luoda laitteen, joka ratkaisee tämän ongelman. SpaceDrive-projekti, jota johtaa fyysikko Martin Taimar, pyrkii luomaan instrumentin, joka on niin herkkä ja häiriöille immuuni, että se lopettaa keskustelun lopullisesti. Lokakuussa Taimar ja hänen tiiminsä esittelivät toisen kokeellisen EmDrive-mittauksensa kansainvälisessä tähtitieteellisessä kongressissa, ja niiden tulokset julkaistaan Acta Astronauticassa tämän vuoden elokuussa. Kokeilujen tulosten perusteella Taimar sanoo, että saagan ratkaisu EmDriven kanssa odottaa meitä parissa kuukaudessa.
Monet tutkijat ja insinöörit eivät usko EmDriveen, koska se rikkoo fysiikan lakeja. EmDrive-kammion seinämiä työntävät mikroaallot näyttävät tuottavan työntövoiman ex nihilo, toisin sanoen tyhjänä, mikä on vastoin vauhdin - toiminnan eikä reaktion säilyttämistä. EmDriven kannattajat puolestaan etsivät vastauksia kvanttimekaniikan taitavissa tulkinnoissa yrittäen ymmärtää, kuinka EmDrive voisi toimia rikkomatta Newtonin fysiikkaa. "Teoreettisesta näkökulmasta kukaan ei ota sitä vakavasti", Taimar sanoo. Jos EmDrive kykenee tuottamaan työntövoimaa, kuten jotkut ryhmät väittävät, "kukaan ei ole aavistustakaan mistä se tulee." Kun tieteessä on tämänsuuruinen teoreettinen aukko, Taimar näkee vain yhden tavan sulkea se: kokeellinen.
Mainosvideo:
Vuoden 2016 lopulla Taimar ja 25 muuta fyysikkoa kokoontuivat Estes Parkiin, Coloradoon, ensimmäiseen konferenssiin, joka käsitteli EmDrivea ja siihen liittyviä eksoottisia käyttövoimajärjestelmiä. Yhden mielenkiintoisimman esityksen piti fyysikko Paul Marsh NASA: n Eagleworks-laboratoriossa, jossa hän ja hänen kollegansa Harold White testasivat EmDriven erilaisia prototyyppejä. Marshin esityksen ja sitä seuranneen raportin mukaan Journal of Propulsion and Power, hän ja White havaitsivat EmDrive-prototyypissään useita kymmeniä mikronewtonia työntövoimaa. Vertailun vuoksi yksi SpaceX Merlin -moottori tuottaa noin 845 000 newtonia työntövoimaa merenpinnan tasolla. Marshin ja Whitein ongelmana oli kuitenkin se, että heidän kokeellisissa asennuksissaan oli useita häiriölähteitä, joten he eivät voineet sanoa varmasti, mikä aiheutti työntövoiman.tai erityinen este.
Taimar ja Dresden-joukkue käyttivät tarkan kopion NASA-laboratoriossa käytetystä EmDrive-prototyypistä. Se on katkaistu kuparikartio - yläosa on katkaistu - juuri jalan alapuolella. Suunnittelijan keksi insinööri Roger Scheuer, joka kuvasi EmDriveä ensimmäisen kerran vuonna 2001. Testin aikana EmDrive-kartio asetetaan tyhjiökammioon. Kameran ulkopuolella laite tuottaa mikroaaltosignaalin, joka välitetään koaksiaalikaapelien kautta kartion sisäisiin antenneihin.
Tämä ei ole ensimmäinen kerta, kun Dresdenin joukkue yrittää mitata melkein huomaamatonta voimaa. He loivat samanlaisia laitteita toimimaan ionimoottoreissa, joita käytetään satelliittien tarkkaan sijoittamiseen avaruudessa. Nämä mikronewton-moottorit auttavat satelliitteja havaitsemaan heikkoja ilmiöitä, kuten gravitaatioaaltoja. Mutta EmDriven ja vastaavien moottorien tutkiminen ilman polttoainetta vaatii nanonewtonin resoluution.
Uusi lähestymistapa oli käyttää vääntötasapainoa, heilurityyppistä tasapainoa, joka mittaa heilurin akseliin kohdistetun vääntömomentin määrän. NASA-tiimi käytti myös vähemmän herkkää versiota tästä tasapainosta, kun he päättivät, että EmDrive tuottaa työntövoimaa. Tämän pienen voiman oikean mittaamiseksi Dresdenin joukkue käytti laserinterferometriä mittaamaan EmDriven tuottamien vaakapainojen fyysistä siirtymää. Heidän vääntöasteikolla on nanonewton resoluutio ja ne tukevat useita kiloja työntövoimalaitteita, Taimar sanoi, mikä tekee niistä herkimmät olemassa olevat työntövaa'at.
Mutta todella herkät työntöpainot eivät todennäköisesti ole hyödyllisiä, ellet voi selvittää onko havaittu voima työntövoima eikä ulkoinen häiriö. Ja Marshin ja Whitein havainnoille on monia vaihtoehtoisia selityksiä. Sen selvittämiseksi, tuottaako EmDrive todella työntövoimaa, tutkijoiden on kyettävä suojaamaan laite maapallon magneettikenttien aiheuttamilta häiriöiltä, ympäristön seismisiltä värähtelyiltä ja mikroaaltouunilämmitykseen liittyvän EmDriven lämpölaajenemiselta.
Taimar sanoi, että vääntötasapainon muuttaminen - jotta EmDrive-virtalähde voitaisiin paremmin hallita ja suojata sitä magneettikenttiltä - käsittelee useita häiriöongelmia. "Lämpövirran" ongelman ratkaiseminen oli paljon vaikeampaa. Kun EmDrive-laitteeseen syötetään virtaa, kuparikartio kuumenee ja laajenee, siirtäen painopistettään niin paljon, että vääntötasapaino rekisteröi voiman, joka voi erehtyä pitoon. Taiman ja hänen tiiminsä toivoivat, että moottorin suunnan muuttaminen auttaisi ratkaisemaan tämän ongelman.
55 kokeilussa Taimar ja hänen kollegansa kirjasivat keskimäärin 3,4 mikrotuntia voimaa EmDriveltä, mikä oli hyvin samanlainen kuin mitä he löysivät NASA: lta. Valitettavasti nämä voimat eivät ilmeisesti tulleet lämpösiirtokokeeseen. Ne olivat enemmän ominaisia lämpölaajenemiselle kuin työntövoimalle.
Mutta EmDrivelle toivoa ei menetetä. Taimar ja hänen kollegansa kehittävät myös kahta lisätyyppiä työntöpainoille, mukaan lukien suprajohtavat vaa'at, jotka auttavat poistamaan lämpövirran aiheuttamat väärät positiiviset vaikutukset. Jos he löytävät EmDriven voiman tällä mittakaavalla, on todennäköistä, että se todella on työntö. Mutta jos asteikolla ei havaita mitään työntövoimaa, se tarkoittaa, että kaikki aiemmat EmDriven työntövoiman havainnot olivat vääriä positiivisia. Taimar toivoo saavansa lopullisen tuomion ennen vuoden loppua.
Mutta jopa kielteiset tulokset eivät tarkoita tuomiota EmDrivelle. Ei-polttoainemoottoreita on monia muita tyyppejä. Ja jos tutkijat kehittävät koskaan uusia muotoja pienestä työntövoimasta, ultraherkät vetovaa'at auttavat erottamaan fiktion tosiasioista.
Ilja Khel