Zostań w domu, zamów taniej!
Nie wychodź z domu i zamów online swoje ulubione pisma 20% taniej. Skorzystaj z kodu rabatowego: czytajwdomu

Nadzieja Kosmonautyki

Nadzieja Kosmonautyki
Kilka miesięcy temu laboratorium Eagleworks, mieszczące się w Centrum Lotów Kosmicznych imienia Lyndona B. Johnsona w Houston, potwierdziło działanie silnika EmDrive, który ma łamać jedno z podstawowych praw fizyki - prawo zachowania pędu. Potem wyniki testu potwierdzono w próżni (1), co wytrąciło sceptykom jeden z argumentów przeciwko tej technologii.
Obraz testów silnika Fetty zawieszonego na wahadle w próżni
1. Obraz testów silnika Fetty zawieszonego na wahadle w próżni

Krytycy wciąż jednak zauważają, że wbrew doniesieniom medialnym, NASA wcale nie udowodniła jeszcze, iż silnik naprawdę działa.

Nie wykluczono np. błędów eksperymentalnych, spowodowanych m.in. parowaniem materiałów, stanowiących części układu napędowego EmDrive - a właściwie Cannae Drive, bo tak nazwał swoją wersję EmDrive amerykański konstruktor Guido Fetta.

Skąd ten pęd?

Obecnie stosowane silniki w pojazdach kosmicznych wymagają do swojego działania wyrzutu gazu z dyszy, co powoduje odrzut statku w kierunku przeciwnym. Silnik niewymagający do działania takiego gazu byłby wielkim przełomem.

Obecnie bowiem nawet jeśli pojazd kosmiczny ma dostęp do nieograniczonego źródła energii słonecznej, jak to się dzieje w przypadku silników elektryczno-jonowych, to potrzebuje do działania gazu pędnego, którego zasób jest ograniczony.

 Roger Shawyer
2. Roger Shawyer

Pierwotnie EmDrive był pomysłem Rogera Shawyera (2), jednego z najwybitniejszych europejskich specjalistów w dziedzinie aeronautyki. Projekt ten prezentowany był przez niego w formie stożkowego pojemnika (3).

Jeden z końców rezonatora jest szerszy od drugiego, a jego wymiary są dobrane tak, by zapewnić rezonans dla fal elektromagnetycznych o określonej długości.

Dzięki temu fale te, rozchodząc się w kierunku szerszego końca, mają przyspieszać, natomiast w kierunku węższego końca - spowalniać.

W wyniku różnych prędkości przemieszczania, czoła fali mają wywierać różne ciśnienia promieniowania na przeciwległe końce rezonatora i w ten sposób ma powstawać niezerowy ciąg, poruszający statek.

No i - Newton, mamy problem! Bo zgodnie ze znaną nam fizyką, jeśli nie została przyłożona żadna dodatkowa siła, pęd nie ma prawa rosnąć. Teoretycznie EmDrive działa, wykorzystując zjawisko ciśnienia promieniowania. Prędkość grupowa fali elektromagnetycznej, i tym samym generowana przez nią siła, może zależeć od geometrii falowodu, w którym się ona rozchodzi.

Zgodnie w pomysłem Shawyera, jeśli zbuduje się falowód stożkowy w ten sposób, że na jednym jego końcu prędkość fali będzie znacznie różniła się od prędkości fali na drugim końcu, to odbijając tę falę pomiędzy dwoma końcami, uzyska się różnicę w ciśnieniu promieniowania, a więc siłę wystarczającą do osiągnięcia ciągu (4).

Według Shawyera, EmDrive nie łamie więc praw fizyki, lecz wykorzystuje teorię Einsteina - silnik znajduje się w innym układzie odniesienia niż fala "robocza" w jego wnętrzu. Jak do tej pory, udało się zbudować jedynie bardzo małe prototypy EmDrive, o siłach ciągu rzędu mikroniutonów.

Nie wszyscy, jak widać, odrzucają z miejsca tę koncepcję, skoro powstają kolejne prototypy. Np. całkiem poważna instytucja badawcza, jaką jest chińska Politechnika Północno-Zachodnia w Xi’an, podjęła eksperymenty, których rezultatem był prototyp silnika o sile ciągu 720 mikroniutonów.

Może to niewiele, ale niektóre stosowane w kosmonautyce silniki jonowe wcale nie generują więcej. Testowana przez NASA wersja EmDrive jest dziełem amerykańskiego konstruktora Guido Fetty. Testy na wahadle w próżni potwierdziły, że osiąga on ciąg 30-50 mikroniutonów.

Czyżby zasada zachowania pędu została obalona? Raczej nie. Eksperci z NASA tłumaczą działanie silnika efektami kwantowymi, a dokładniej rzecz biorąc, oddziaływaniem z pojawiającymi się i po chwili wzajemnie anihilującymi się cząstkami materii i antymaterii w kwantowej próżni. Teraz, gdy wykazano działanie urządzenia, wypadałoby zbadać naukowo, jak działa EmDrive.

Jeden z modeli silnika EmDrive
3. Jeden z modeli silnika EmDrive

Kto nie rozumie praw fizyki?

Moce oferowane przez zbudowane dotychczas prototypy nie zwalają z nóg, choć, jak już wspomnieliśmy, niektóre ze stosowanych w praktyce silników jonowych operują właśnie w mikroniutonowych zakresach.

EmDrive - zasada działania
4. EmDrive - zasada działania

Według Shawyera siłę ciągu znacząco można by zwiększyć w EmDrive przez zastosowanie nadprzewodników.

Jednak zdaniem Johna P. Costelli, znanego australijskiego fizyka, Shawyer "nie rozumie praw fizyki" i popełnia m.in. podstawowy błąd, nie uwzględniając w swoich diagramach siły wywieranej przez promieniowanie na ściany boczne rezonatora.

Wyjaśnienia umieszczone na stronie Satellite Propulsion Research Ltd, firmy Shawyera, zawierają twierdzenie, że jest to wielkość zaniedbywalna. Krytycy dodają jednak, że teoria opracowana przez Shawyera nie została opublikowana w żadnym recenzowanym czasopiśmie naukowym.

Najwięcej wątpliwości budzi zaś zignorowanie zasady zachowania pędu, chociaż sam Shawyer twierdzi, że działanie napędu wcale jej nie narusza. Faktem jest, że autor urządzenia do tej pory nie opublikował żadnej pracy na jego temat w czasopiśmie podlegającym recenzji naukowej.

Jedyne publikacje ukazały się w prasie popularnej, m.in. w "New Scientist". Jego redakcja została skrytykowana za sensacyjny ton artykułu. Miesiąc później wydawca wydrukował wyjaśnienia i... przeprosiny za opublikowany tekst.