Британский инженер Роджер Шойер запатентовал новую версию двигателя EmDrive, интересного тем, что принципы его работы пока не получили научного объяснения с позиции закона сохранения импульса. Документ, описывающий устройство, доступен на сайте Офиса интеллектуальной собственности Великобритании. Подробнее о новом EmDrive и возможных перспективах его признания научным сообществом рассказывает «Лента.ру».
Концептуально двигатель EmDrive состоит из магнетрона, генерирующего микроволны, и резонатора, накапливающего энергию их колебаний. Внешне агрегат напоминает ведро. Конструкция, предложенная впервые в 1999 году Шойером, позволяет, по его словам, преобразовывать излучение в тягу. Запатентованную инженером модификацию EmDrive отличает то, что у большего основания резонатора есть сверхпроводящая пластина.
Шойер предлагает ее изготавливать из тонкой пленки оксида иттрия-бария-меди — высокотемпературного сверхпроводника с критической температурой минус 180 градусов Цельсия — и размещать на сапфировой подложке, охлаждаемой жидкими азотом, водородом или гелием. По мнению ученого, эта конструкция позволит уменьшить относительно стороннего наблюдателя изменение частоты электромагнитной волны при ее распространении в резонаторе и таким образом увеличить тягу двигателя.
У всех EmDrive есть одна странная особенность — при работе двигателя не фиксируются выбросы фотонов или других частиц из его резонатора, что объяснило бы возникновение тяги в соответствии с законом сохранения импульса. Нарушение этого фундаментального закона физики представляется совсем уж фантастичным.
В соответствии с теоремой Нетер законы сохранения — следствие симметрии пространства-времени. Закон сохранения импульса отражает однородность пространства — равноправность его свойств вне зависимости от выбранной в нем точки, а закон сохранения энергии — однородности времени. Отсутствие теоретического обоснования EmDrive — основное препятствие для его всеобщего признания.
Также мешает крайне малая тяга, развиваемая агрегатом, — на уровне веса комара, доли микроньютона. Не исключено, что это следствие неучтенного взаимодействия или ошибки измерения. Между тем такой тяги достаточно, чтобы достичь окраин Солнечной системы не за несколько десятилетий, а за несколько месяцев.
В 2016-м появились две работы, объясняющие принцип действия EmDrive. Правда, они выходят за рамки общепринятой физики и выглядят подгонкой теории под эксперимент. Обе работы предполагают пересмотр представлений о вакууме. Одна, выполненная физиком Майклом Маккалошем из Плимутского университета (Великобритания), требует наличия массивного фотона и переменной скорости света, другая, опубликованная финскими учеными, — деструктивной интерференции микроволн, гасящей колебания с противоположными фазами.
По Маккалошу массивные фотоны рождаются в результате эффекта Унру — возникновения теплового излучения в ускоренно движущейся системе отсчета. У большего основания резонатора длина волны излучения Унру меньше, у меньшего основания — больше. Это объясняется разницей эффективных масс фотонов.
К движению полости EmDrive в направлении ее вершины, по мнению Маккалоша, приводит именно закон сохранения импульса. Физик привел расчеты тяги EmDrive согласно представленной им теории. Получились значения 3.8, 149, 7.3, 0.23, 0.57, 0.11, 0.64 и 0.02 миллиньютона. По порядку это совпадает с экспериментальными данными — 16, 147, 9, 0.09, 0.05, 0.06, 0.03, и 0.02 миллиньютона.
Финские физики объяснили возникновение тяги в двигателе деструктивной интерференцией микроволн, приводящей к выделению из множества всех частиц в резонаторе EmDrive пар фотонов, находящихся в противофазе друг с другом. Они и уносят импульс в сторону, противоположную наблюдаемому в экспериментах движению агрегата.
Роджер Шойер
Кадр: Nick Breeze / Vimeo
По мнению ученых, тягу создают волны, длина которых не кратна расстоянию между стенками полости. Направление тяги определяется асимметричной геометрией полости EmDrive. Если бы она была симметричной, например строго цилиндрической, а не конусообразной, тяги бы не возникло. Ученые отмечают, что любая асимметричная полость EmDrive способна воспроизвести тягу.
В этом смысле работа финских физиков подтверждает выводы Маккалоша о важности геометрии резонатора для создания тяги. Если длина оси полости равна диаметру малого основания (вершины), то направление тяги будет противоположным. Кроме того, по Маккалошу, введение диэлектрика в полость повышает тягу.
Сам Шойер, возглавляющий компанию Satellite Propulsion Research, в настоящее время работает над беспилотным летательным аппаратом, основанным на EmDrive. Запуск запланирован на 2017 год. По словам Шойера, у беспилотника не будет крыльев и винтов, внешне он будет напоминать автомобиль. В недавнем интервью International Business Times инженер заявил, что к EmDrive проявляют интерес военные из США и Великобритании.
Также эксперименты с EmDrive проводят группы энтузиастов в Великобритании, Германии, США и Китае. В НАСА в Космическом центре Джонсона в Техасе работает группа ученых Eagleworks. На форуме NASA Spaceflight в августе 2016 года сообщили, что они направили на публикацию в рецензируемый Journal of Propulsion and Power статью об EmDrive. В случае успешного рецензирования работа выйдет в свет в декабре 2016-го.