Onderzoekers van de Technische Universiteit van Dresden hebben de stuwkracht gemeten van de "onmogelijke motor" EmDrive, die geen brandstof nodig heeft om te werken en de wet van behoud van momentum schendt, en concludeerde dat hier geen magie is. Het experiment toonde aan dat de geregistreerde stuwkracht wordt verklaard door onvoldoende afscherming van de installatie en, als gevolg daarvan, de eerder vermiste invloed van het aardmagnetische veld. Wetenschappers deelden hun bevindingen op de Space Propulsion Conference.
Onderzoekers onder leiding van Martin Taimar hebben de stuwkracht van de EmDrive gemeten met behulp van een torsie-installatie, die ze gedurende vier jaar consequent heeft geperfectioneerd. Het werkingsprincipe van deze installatie doet denken aan de torsiebalans, uitgevonden aan het einde van de 18e eeuw en gebruikt om experimenteel de wetten van Coulomb en Newton te testen. Een torsiebalans is een uitgebalanceerde arm die aan een verticale draad hangt. Wanneer externe krachten op de hefboom inwerken, draait deze en kan de afbuighoek worden gebruikt om de grootte van de uitgeoefende krachten te beoordelen. Bij de installatie van de Duitse wetenschappers werden in plaats van een schroefdraad gevoelige torsieveren gebruikt, die de camera bij de motor hielden, en de camerabeweging werd gemeten met een laserinterferometer. Dit maakte het mogelijk om de stuwkracht in de orde van enkele micronewton vast te stellen.
De kamer voor het experiment en de indeling.
Natuurlijk probeerden de onderzoekers de mogelijke impact van externe krachten, die konden worden verward met de stuwkracht van de "onmogelijke motor", zo veel mogelijk te verminderen. Hiervoor is de camera op een apart betonblok gemonteerd, dat de trillingen van de fundering onderdrukt. De kamer werd geëvacueerd tot een druk in de orde van grootte van één pascal (100 duizend keer minder dan atmosferisch), alle belangrijke delen van de installatie werden beschermd tegen externe elektromagnetische straling met metalen platen, en ze probeerden ook te voorkomen dat de elektronica oververhit zou raken door de temperatuur te regelen met behulp van infraroodcamera's.
Alvorens basisexperimenten uit te voeren, hebben natuurkundigen de opstelling gekalibreerd om er zeker van te zijn dat ze echt alle externe factoren hadden uitgesloten. Ten slotte, bij het meten van de stuwkracht, draaiden de onderzoekers de motor in de kamer om te zien of onverklaarde factoren de resultaten beïnvloedden. In een ideale situatie, wanneer dergelijke factoren niet zijn, moet de richting van de camerabeweging tegengesteld zijn aan de richting van de motorstuwkracht - bijvoorbeeld bij een rotatiehoek van de motor van 0 graden is de verplaatsing van de camera positief, bij 180 graden negatief en bij een hoek van 90 graden is deze volledig afwezig.
Metingen met de EmDrive lieten een iets ander gedrag zien. Natuurlijk bereikte de stuwkracht bij nulhoek vier micronewton met een versterkervermogen in de orde van grootte van twee watt, en toen de motor 180 graden werd gedraaid, veranderde de verplaatsing van teken. Zo bleek dat de verhouding tussen stuwkracht en vermogen ongeveer gelijk is aan twee millinewton per kilowatt, wat bijna twee keer zoveel is als de resultaten van eerdere experimenten. Desalniettemin registreerden de natuurkundigen onder een hoek van 90 graden nog steeds de verplaatsing van de camera, hoewel deze afwezig had moeten zijn. Bovendien, toen de kracht van elektromagnetische oscillaties in de motor bijna honderdduizend keer werd onderdrukt, veranderde de grootte van de stuwkracht praktisch niet. Dit betekent dat de stuwkracht die in het experiment werd waargenomen in werkelijkheid niet verband hield met de motor, maar met onbekende externe factoren.
Het magnetisch veld van de aarde kan als dergelijke factoren werken, merken de onderzoekers op. Natuurkundigen voegen eraan toe dat alle apparaten die bij het experiment betrokken waren, afgeschermd waren en waar mogelijk coaxkabels werden gebruikt, maar het veld kon nog steeds via hun verbindingen in de installatie doordringen. Natuurlijk had het sterk verzwakt moeten zijn, maar de omvang van de gemeten stuwkracht is zo klein dat het gemakkelijk aan dit effect kan worden toegeschreven. In feite is de sterkte van het aardmagnetische veld ongeveer 50 microtesla, en de stroom die de versterker voedt, was maximaal twee ampère. Met behulp van de wet van Ampere is het gemakkelijk te berekenen dat onder dergelijke omstandigheden een stuwkracht van ongeveer twee micronewton een stuk draad van slechts twee centimeter lang kan maken. Om deze kracht te elimineren, moet u de versterker en de camera tegelijkertijd afschermen,het vergroten van de grootte van de metalen kooi van Faraday. De auteurs van het artikel benadrukken dat bij alle eerdere metingen van de EmDrive-stuwkracht een dergelijke afscherming niet is uitgevoerd, en daarom moeten hun resultaten zorgvuldig worden gecontroleerd.
Mensen hebben lang gedroomd van interstellaire reizen, maar veel technische problemen verhinderen dat deze droom uitkomt. Een van de grootste is de noodzaak om een enorme hoeveelheid brandstof aan boord van het ruimtevaartuig te vervoeren, aangezien we nog geen andere technologieën hebben waarmee we hoge snelheden in de ruimte kunnen ontwikkelen. We vertrouwen op jetstuwkracht, en dit is een van de problemen.
Promotie video:
Om het ruimtevaartuig naar de dichtstbijzijnde ster van het zonnestelsel te laten vliegen - Proxima Centauri (afstand ongeveer 4,2 lichtjaar), heeft het een massa brandstof nodig, vergelijkbaar met de massa van de zon.
Op dit moment worden alternatieve manieren ontwikkeld om ruimtevaartuigen te versnellen, bijvoorbeeld met behulp van dezelfde zonnezeilen, die de energie van de zonnewind of laserstraling gebruiken voor voortstuwing. Het Breakthrough Starshot-project stelt bijvoorbeeld voor om kleine schepen (ongeveer één gram in massa) naar Proxima Centauri te lanceren, die door de zonnewind zullen worden versneld en de ster binnen twintig jaar zullen bereiken. Dergelijke technologieën kunnen echter niet worden geschaald naar menselijke maten.
De EmDrive-motor, een ander alternatief voor straalaandrijving, was veelbelovend als een technologie die de weg voor ons naar interstellaire reizen zal openen. De motor werd in 1999 voorgesteld door Roger Scheuer. Het bestaat uit een asymmetrische resonator en een magnetron, die er elektromagnetische straling naar toe stuurt en staande elektromagnetische golven opwekt. Door de asymmetrie van de constructie creëren de golven op hun beurt verschillende drukken op de wanden van de motor en zijn ze een bron van stuwkracht.
De werking van zo'n motor is in strijd met de wet van behoud van momentum, een van de fundamentele natuurwetten. Talrijke experimenten beweerden echter dat EmDrive nog steeds tractie creëert. In een artikel dat in november 2016 werd gepubliceerd, rapporteerden ingenieurs van NASA bijvoorbeeld een stuwkracht van ongeveer 80 micronewton met een toegepast elektrisch vermogen van ongeveer 60 watt. En in september vorig jaar kondigden Chinese onderzoekers ook een werkend prototype van de motor aan, 'onmogelijk' vanuit wetenschappelijk oogpunt.
Nikolay Khizhnyak