В Далечния космос без гориво. Невъзможният двигател

Реактивните двигатели имат своите ограничения. С тяхна помощ може да се стигне само до близките планети от Слънчевата система – Марс, Венера, и то изключително бавно, а за достигане до други системи дори в пределите на нашата галактика не може и да става дума.

Причината е безумното и количество гориво, необходимо за маневриране, и износът, и сложността на управление. Впрочем има друг път. Много спорен. Много подозрителен. Ами… ако?

Новостта, взривила научната общественост, прозвуча през лятото. Както твърдяха многобройни таблоиди, НАСА е одобрила и след изпитания е признала за работещ двигател, който изобщо не използвал гориво и създавал тяга от генерирани от магнетрон микровълни.

Моментално се посипаха опровержения и пояснения. Споровете за странния силов агрегат не утихват и досега и очевидно няма да утихнат до създаването на напълно работен модел или до появата на доказателство, че устройството се явява мошеничество.

Така или иначе, налице са два факта: не, специалистите на НАСА не са обявили „вълновия“ двигател за работещ и не са потвърдили, че с негова помощ човечеството ще полети в Далечния космос; да, специалистите на НАСА са тествали устройството и са назначили дати за нови изпитания.

Значи има за какво да поговорим.

Двигател на микровълни

Двигателят EmDrive на британския инженер Роджър Шойър е замислен още в началото на XXI век. Ученият създава по неговата разработка малка компания. Първата поява на странния апарат пред света се случва шест години по-късно.

EmDrive представлява конусообразен резонатор, на по-тесния край на който е монтиран мощен магнетрон – електронна лампа, генерираща микровълни. Когато магнетронът работи, микровълните, отразявайки се от внимателно проектираната форма на резонатора, се усилват от единия край на устройството към другия.

Според твърденията на създателя му, благодарение на това възниква едва забележим дисбаланс на налягането, който създава и тягата – макар и малка, но затова и не изискваща голямо количество гориво и напълно безотпадъчна. Иначе концепцията се нарича „резонансен двигател“ (а не релативистки, както беше посочван в пресата).

И ето че по-нататък започва фантастиката. Шойър твърди, че благодарение на непосредственото преобразуване на електричеството в тяга няма загуба на момент на импулса, каквато неизбежно би имала място при наличие на междинни звена.

И при това двигателят сякаш не нарушава законите на Нютон. Звучи странно. Изобщо всякакви електромагнитни вълни имат момент и на този принцип може да се построи ракета, само че това е направено много преди Шойър и ефективността на такава система е практически равна на нула.

Първият пълноразмерен екземпляр EmDrive бил създаден през май 2010 година.

Вълните на Шойър са затворени в резонатора – как той може да предава енергия на външно устройство? Представете си радиоуправляемо вертолетче, към което е прикрепена кутия. Той излита и повдига кутията. А сега го поставете в кутията, пуснете го и затворете капака. Няма да има никакъв полет.

Или друг вариант: представете си, че бутате кола, докато седите вътре. Приблизително така изглежда идеята на Шойър. Но Британското министерство на търговията и промишлеността финансирало инженера, а НАСА провела изпитания както на EmDrive, така и на аналогична система, разработена от американския инженер Гуидо Фета. Има нещо странно, на какво?

Подозрителните изпитания

Първата „лястовичка“, обозначаваща научния интерес към EmDrive, прелита през 2012 година, когато китайски екип, заинтересувал се от работата на Шойър, прави собствен двигател по същия принцип и обявява, че в хода на изпитанията е получена тяга от порядъка на 720 мН. Това е достатъчно да приведе в движение малък изпитателен спътник.

Успоредно аналогично устройство представя американският разработчик Гуидо Фета. Но след тестове на двете системи специалистите от НАСА начело с Харолд Уайт публикуват официален документ – същия, който хвърля световната общественост в шок.

Той е озаглавен „Аномално създаване на тяга с помощта на опитно резонансно устройство“. Да, в заглавието наистина присъства думата „аномална“. Изпитанията показвали следните резултати: за СannaeDrive при честота на микровълните 935 мегахерца била получена тяга около 30–50 мН (3–5 г), а за EmDrive при честота 1933 мегахерца и напрежение 17 В тягата била 91 мН.

Изпитанията отнели осем дни, шест от тях отишли за настройка и проверка на оборудването, а два – за непосредствени тестове.

Като уред за измерване било използвано торзионно махало, най-точното от възможните устройства за подобни изследвания, а измерванията били провеждани във вакуумна камера, в която обикновено се изчислява тягата на йонни двигатели.

Теоретичната мощност на космическия двигател, основан на тази технология, може да бъде до 0,4 Н на 1 квт. Това позволява в бъдеще да се построи кораб за полет на Марс – при наличието на 2-мегаватов реактор двигателят може да създава тяга от 800 Н и да привежда в движение 90-тонен космически кораб, като цялата мисия с отчитане на 70-дневно пребиваване на Червената планета ще отнеме само осем месеца.

Тук ли е вече бъдещето? Очевидно още не.

Здравословен скептицизъм

Какво смущава скептиците в техните изследвания? Първо, подозрителната научна обосновка. Трудно е да се повярва, но и Шойър, и китайската група, и лабораторията на НАСА обясняват наличието на тяга съвсем различно! Освен това нито едно от  обясненията некорелира със съвременната наука.

Да, с теориите нещата не са добре. Но ето че резултатите, показани на сериозни тестове, изглежда, били налице. Става дума за това, че тук също не всичко е просто. Не може да се говори за „одобрението“ на НАСА в пълна степен, защото в тази организация има 18 000 служители и стотици подразделения.

Изпитанията са проведени от подразделението Eagleworks Labs, което се състои от петима души и е специализирано в нестандартни двигатели, тоест тази лаборатория в различно време са изпитвани дори вечни двигатели! Пък и ръководителят на лабораторията Уайт е известен с неортодоксалните си научни идеи и стремежа да извърши революция във физиката на всяка цена.

Затова коректната, а не „жълта“ формулировка би била следната: „Експериментална лаборатория проведе предварително изследване на резонансен двигател“. Не повече.

Второ, смущава и това, че дори в отчета на НАСА има много бели петна. От него не става много ясно каква част от изследванията е провеждана във вакуум и каква – в атмосферата. Има също и странни пасажи, например такъв: „Тягата се наблюдаваше от двете страни на устройството, включително и от там, откъдето не очаквахме да я фиксираме.“

Накрая, изследователите напълно сериозно приемат термина „реактивно предаване на импулса през квантов вакуум виртуална плазма“, който не се съотнася към съвременната физика по никакъв начин. Защото „квантов вакуум виртуална плазма“ не съществува. В американските научни кръгове приложението на такава терминология се нарича „ефект Стар Трек“, на името на научнофантастичния филм, чийто сценарий е изпълнен с псевнонаучни обяснения на различни технологии.

Борба с псевнонауката

От други подозрителни или откровено псевдонаучни проекти и EmDrive на Шойър, и CannaeDrive на Фета се отличават по едно – принципът на работа е огласен, чертежите са открити и всяка лаборатория в света може при желание да построи аналог и да го изпита (както постъпили китайците). Защо им е на  три независими и достатъчно авторитетни групи изследователи в различно време обявяват за успеха на проекта, ако този проект е мошенически?

Всъщност в съвременната теоретична физика има множество бели петна и учените не го крият. Ние не знаем много неща, включително свързани и с фундаменталните, основополагащи закони.

Проблемът е в това, че „запълването“ на тези петна от малки частни лаборатории е слабо вероятно, но информационният шум около тяхната работа може да попречи за по-надеждни научни търсения. Впрочем най-вероятното обяснение на получените от НАСА резултати е грешка при изследванията. Торзионното махало е свръхчувствителен уред и той може да фиксира тяга, възникваща например при термално разширяване или свиване на устройството.

Работата продължава

В EmDrive има прекалено много неясноти, за да се взема този двигател предвид. Изследователите още не са успели да докажат нито неговата несъстоятелност, нито неговата работоспособност. Истината, както се казва, е някъде там.

За 2015 година са планирани независими тестове на системата в един от най-големите изследователски центрове на НАСА – кливлъндския Glenn Research Center. Там системата ще се изпитва по сходна с Eagleworks Labs методика. След това ще последват изпитания в Лабораторията за реактивно движение на НАСА и накрая ще се включи още една група независими експерти – лабораторията за приложна физика на университета „Джон Хоптинс“ в Балтимор, като те няма да използват торзионно махало, а торзионни везни на Кавендиш.

Всичко това говори, че още към края на следващата година ще знаем със сигурност дали идеята на Шойър е космически пробив, или е поредното псевдонаучно безумие. Искрено се надяваме на първото.

Руската гравицапа

Опитите да се построи двигател без гориво, са правени и преди. Известна псевдонаучна история било създаденото и изпитано преди четири години устройство, наричано в научните кръгове „гравицапа“, а полуофициално наричано гравитационен двигател. Инициатор на неговото създаване бил физикът Спартак Поляков, а разработчик – зам. генералният директор на Държавния космически научнопроизводствен център „Хруничев“ Валерий Меншиков.

В пресата във връзка с появата на гравицапата се вдигнал значителен шум, а Меншиков получил средства не само за разработката на безгоривния двигател (за принципите на работа на който изобщо нищо не било казано), но и на изпитателен старт в Космоса.

Изпитанията се състояли на борда на спътника „Юбилейный“ през 2010 година – било планирано гравицапата да се включи сумарно за 207 секунди и да се отклони спътникът на 1 километър. Но резултатът, както и следвало да се очаква, се оказал отрицателен.

Комисията по борба с псевдонауката към РАН след изпитанията издействала спиране на финансирането на проекта и оттогава нищо не се чува за гравицапата.

Уарп двигателите

Едно от основните направления на дейността на лабораторията Eagleworks е изследването на възможностите за създаване на уърп двигател. Уарп двигателят е хипотетично устройство, което се основава на изкривяването на пространство-времето и е способно да придвижва космически кораб със скорост, превишаваща светлинната.

Най-известен е лабораторният експеримент с интерферометър Уайт-Джудей. В хода на експеримента се сравняват фазите на два лазерни лъча, един от които е директен, а вторият теоретично преминава през област на изкривяване на пространството, създадено от тороидално устройство, разработка на Уайт.

Засега лабораторията не се е приближила нито с крачка към уарп двигателя.

Популярная механика