О "невозможном" двигателе НАСА, работающем "вопреки законам физики"

После нескольких лет обсуждений исследовательская группа Космического центра имени Джонсона НАСА (Johnson Space Center) достигла той точки, которую многие эксперты считали просто невозможной. На этой неделе учёные официально опубликовали экспериментальные доказательства того, что электромагнитная двигательная установка) работает. Она может "протолкнуть" космический корабль сквозь вакуум без использования какого-либо топлива вообще.

По данным команды, электромагнитный двигатель (или EmDrive) преобразует электричество в тягу, "прокручивая" микроволны в закрытом резонаторе. В теории такой легковесный двигатель может однажды доставить космический корабль на Марс всего за 70 дней.

Но загвоздка в том, что EmDrive, казалось бы, бросает вызов существующим законам физики. Так что проблема в том, что, если в действительности двигатель и функционирует, как о том пишут сотрудники НАСА, то научный мир до сих пор не понимает принцип его работы. А неизвестность учёные очень не любят – всё должно быть обосновано.

Предыдущие сообщения о работе EmDrive встречали скептицизм со стороны многих исследователей. Некоторые даже относили работы об электромагнитном двигателе к миру псевдонауки.

Тем не менее последнее исследование было тщательно проверено независимыми инженерами, которые предполагают, что EmDrive действительно работает. Может ли это означать, что двигательная установка произведёт революцию в космических путешествиях?

Вернёмся на 20 лет назад. Именно тогда британский учёный Роджер Шоер (Roger Shawyer) впервые предложил идею электромагнитного двигателя. Гораздо позже установку разработали и испытали инженеры исследовательской лаборатории НАСА Advanced Propulsion Physics Research Laboratory (неофициально известную как Eagleworks).

Что же делает EmDrive такой "противоречивой"? Согласно имеющимся данным, она генерирует тягу, "прокручивая" электромагнитную энергию (в данном случае, микроволновые фотоны) в закрытой, конусообразной камере. По мере того, как эти фотоны сталкиваются со стенками камеры, они каким-то образом двигают всю установку вперёд. То есть у придаваемого конструкции импульса есть определённое направление, хаотично во все стороны фотоны не "толкаются" (как при броуновском движении частиц). При этом из камеры ничего не выпускается. Иными словами, у такого двигателя нет никаких выхлопов.

Но вернёмся к законам физики. Где же противоречие? Ещё в 1687 году сэр Исаак Ньютон опубликовал три закона движения, которые легли в основу классической механики. За прошедшие три столетия эти законы были неоднократно испытаны и проверены тысячами учёных, так что сомневаться в них не приходится.

Проблема в том, что EmDrive нарушает третий закон Ньютона, который гласит, что "действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны". Иными словами, у каждого действия есть равная ему по силе, но противоположная по направлению реакция.

Например, этот принцип объясняет, почему байдарка скользит вперёд, когда человек в ней работает веслом. Сила, потраченная гребцом на движение весла по воде, разгоняет лодку в противоположном направлении.

Закон также объясняет, почему реактивные двигатели создают силу тяги: такой двигатель выбрасывает горячие газы назад, а само устройство в результате двигается вперёд.

Похожим образом работают ионные двигатели, которые сейчас используются в некоторых космических аппаратах НАСА. Они создают тягу посредством ионизации топлива (чаще всего газа ксенона), а затем "выстреливают" лучи заряженных атомов. Сила выброса направлена от аппарата, который в итоге двигается вперёд.

В двигателях внутреннего сгорания расширяющийся газ толкает поршень, который затем через систему рычагов передаёт создаваемое усилие на колёса. Они вращаются и за счёт сил трения двигают автомобиль вперёд.

Но где же тогда взаимодействие тел в EmDrive? Некоторые учёные утверждают, что работа этого устройства абсурдна, поскольку двигатель ничего не выбрасывает.

Примечательно, что если абстрагироваться от критики в адрес EmDrive и поверить, что он работает вопреки законам физики, то можно представить себе будущие транспортные средства, способные мчаться сквозь космическое пространство без необходимости заправляться. То есть им не нужно будет нести с собой миллионы тонн топлива. Кстати, в космическом путешествии снижение веса самого космического аппарата и полезной нагрузки имеет решающее значения для быстрых и экономных полётов на дальние расстояния.

В 2014 году группа Eagleworks заявила о первых результатах испытаний, которые показали, что новый тип двигателя работает, несмотря на третий закон Ньютона. С тех пор группа испытывала EmDrive в более жёстких условиях, включая последние эксперименты.

Кстати, другие исследовательские группы также разрабатывали и испытывали различные воплощения EmDrive. Помимо экспериментов американских, европейских и китайских учёных, существует также сообщество DIY EmDrivers, в котором люди заняты изготовлением и тестированием собственных изобретений, "неподвластных законам физики". Но опять же важно объяснить принцип действия такого двигателя, а его-то как раз и нет.

Теперь же исследователи НАСА, стоящие за разработкой EmDrive, опубликовали результаты экспериментов в рецензируемом журнале (что важно, то есть работа была тщательно проверена сторонней группой учёных). Конечно, рецензии других инженеров не могут гарантировать, что заключение или открытие достоверны, но, по крайней мере, несколько независимых учёных исследовали экспериментальную установку, полученные результаты и посчитали их разумными.

В этой статье (напомним ссылку) исследователи описывают, как они испытывали EmDrive в вакууме – то есть при тех условиях, в которых бы установка находилась в космосе.

Учёные помещали двигатель на устройство под названием крутильный маятник, включали его и затем определяли, какую тягу этот двигатель генерировал.

По словам авторов работ, EmDrive способен производить около 1,2 миллиньютонов тяги на каждый киловатт затраченной энергии. Пока это немного, но перспективы манящие.

Сейчас одни учёные продолжают спорить о невозможности работы такой установки, другие уже думают, где её можно будет применить. Правда, все сходятся на том, что необходимы, конечно же, ещё испытания "невозможного" двигателя. Кроме того, надо найти объяснение принципа работы такой системы или признать, что это какая-то невероятная ошибка в подсчётах.

В любом случае дело действительно интересное и, возможно, мир стоит на пути космических путешествий без топлива.