Полет в далечния Космос без гориво

Реактивните двигатели на традиционните гигантски ракети, които сме свикнали да гледаме в документалните филми, са красиво, мощно изобретение. Благодарение на тях днес разполагаме със сателитна телевизия, интернет, системи за глобално позициониране, телефони с обхват в цял свят. Но дори тези работливи „мастодонти“ имат своите сериозни ограничения. С тяхна помощ можете да се доберете (и то трудно) само до близките планети от Слънчевата система – Марс и Венера.

За достигане на по-далечните такива, камо ли за полети извън пределите й обаче изобщо не може и да става дума. Освен огромното количество гориво, което трябва да носят, за да създават самото реактивно движение, те са много тежки и сложни за управление. Затова учените от години търсят други начини, типове двигатели, които могат да ни отведат с лекота толкова надалеч, колкото пожелаем. Ето и една спорна, много актуална концепция за двигател, граничеща с научната фантастика.

В края на юли тази година сред научните среди отново се заговори за една не толкова нова „новина“. Както големите медии тогава писаха, „NASA одобри и след собствени тестове призна за работещ нов тип двигател, който не използва никакво гориво, а създава тяга за сметка на микровълни, генерирани от магнетрон“. Да, точно – устройството, което топли супата във вашата микровълнова фурна.

И тук започват да се изсипват опроверженията и поясненията. Споровете около странното задвижващо устройство не утихват и до момента, а и вероятно няма да приключат, докато не бъде създаден напълно работещ модел или не се появят точни доказателства, че става дума за измама и мошеничество. Но така или иначе са налице два факта: НЕ, специалистите от NASA не са обявили „вълновия“ двигател за работещ и НЕ са потвърдили, че с негова помощ хората ще полетят в далечния Космос; ДА, специалистите от NASA са тествали устройството и са фиксирали дата за нови тестове. Което значи, че все пак има за какво да се говори и спори.

Микровълновият двигател

Двигателят с красиво име EmDrive на британския инженер Роджър Шойър е замислен и създаден още в началото на века (2000 - 2002 година). Изобретателят дори създава малка компания, за да се занимава с разработките, а първата поява на странния двигател е факт през 2006 година.

EmDrive представлява особен конусообразен резонатор (отразител) в чийто тесен горен край е монтиран мощен магнетрон – особен тип електрона лампа, генерираща микровълни. Когато магнетронът работи, микровълните се отразяват от специално проектираната форма на резонатора и преминавайки от единия край към другия, се усилват. Според твърденията на изобретателя благодарение на това движение и усилване възниква едва забележим дисбаланс на налягането, който създава тяга. Макар и нищожна, тази тяга съществува, а за нея е нужно много малко количество енергия, която на всичко отгоре не отделя нищо (когато топлите нещо във фурната си, не се отделят сажди, нали?).

Някъде тук вече започва и научната фантастика. Шойър твърди, че благодарение на директното, непосредствено преобразуване на електричеството в тяга не се случва загуба на инерция, каквато неминуемо щеше да има при наличието на преобразуване на един тип енергия в друг. Знаете, че при преобразуването на топлинна енергия в електрическа например голяма част от нея се губи, нали? Е, тук нищо не се губи и според Шойър това дори не нарушава законите на Нютон. Но според класическата наука и разбиранията на учените досега създаването на подобен двигател е възможно, само че… неговата ефективност би трябвало да е равна на нула.

Вълните, създавани от резонатора на Шойър, дори са затворени плътно във вътрешността на двигателя – т.е. той дори не е „отворен“, както сме свикнали да гледаме по филмите – кораби, изхвърлящи мощни струи отзад. Това е все едно да си представите радиоуправляем хеликоптер, към който е прикрепена кутия. Той излита и вдига кутията и това е нормално. Но в случая говорим за това да поставим хеликоптера… в кутията! Да го стартираме и… той просто няма да полети. Друго сравнение е това – все едно да бутате автомобила си, докато седите в него, и той да се движи. Така изглежда и идеята на Шойър.

Въпреки това британската комисия по търговия и промишленост отделя пари за разработката на Шойер, NASA тества EmDrive, а аналогични системи се разработват и тестват от американци, китайци и др. Явно има нещо странно, нали?

Подозрителните тестове

Първият сериозен научен пробив на EmDrive е през 2012 година, когато китайски научен екип създава прототип на такъв двигател и обявява, че е получена тяга от порядъка на 72 грама. Малко ли изглежда? Да, но е напълно достатъчно, за да приведе в движение малък изпитателен спътник. Успоредно с тези тестове американският инженер Гуидо Фета също конструира прототип (Cannae Drive) и го тества. Въз основа на всички тези тестове специалистите от NASA официално документират случая, като хвърлят световната научна общност в смут. Техният документ е озаглавен „Аномално създаване на тяга с помощта на тестово резонансово устройство“. Да, в заглавието наистина е добавена думата „аномално“.

Тестовете показват следните резултати. За Cannae Drive при честота на микровълните от 935 MHz е получена тяга около 30-50 mN (милинютона), или около 3-5 грама, а за EmDrive резултатът е още по-впечатляващ – при честота 1933 MHz и напрежение 17 волта тягата достига 91 mN, или около 7 грама. Изпитанията отнемат 8 дни, 6 от които за настройки и проверки на оборудването, а два в самите тестове. Те са проведени във вакуумна камера, в която се тества и тягата на йонните двигатели, а тягата е измерва с т.нар. торсионно махало. Уред, способен да регистрира нищожно големи стойности на тягата.

Теоретичната мощност на космически двигател, основан на този принцип, може да достига до 0,4 нютона на киловат. Което позволява в бъдеще да се построи кораб за полет до Марс. При наличието на 2-мегаватов реактор двигателят ще създава тяга от 800 нютона, която ще привежда в движение 90-тонен космически кораб. И ще достига такава скорост, че цялата мисия, заедно със 70-дневен престой на Червената планета, ще бъде с обща продължителност само 8 месеца. Звучи супер, нали?

Здравият скептицизъм

Кое обаче смущава скептиците в цялата картина? Най-напред подозрителното научно обяснение. Трудно е да се повярва, но Шойер, китайците и американците от NASA обясняват наличието на тяга по съвършено различни начини! И нито един от тях не е в съгласие със съвременната наука. Можете да си кажете, да, на теория не са силни, но на практика нали работи? Работата е там обаче, че когато кажем „одобрен от NASA”, това не значи цялата космическа агенция, в която работят 18 000 души със стотици подразделения.

Изпитанията са проведени от Eagleworks Labs, състоящи се от… 5 човека, специализирани за тестове на нестандартни двигатели, като екипът си е губил време да тества дори прототипи на вечен двигател! Ръководителят на лабораторията  Харолд Уайт е известен със своите неортодоксални научни идеи и стремеж да извърши пробив във физиката на всяка цена. Затова коректната, а не „жълта“ формулировка на доклада би била по-скоро „Експериментална лаборатория проведе предварителни изследвания на резонансен двигател“.

Смущаващо е и това, че дори в отчета на NASA има много бели петна. От него не става ясно каква част от изследванията екипът е провел във вакуум и каква в атмосфера. Има дори супер странни пасажи, като „Тяга е наблюдавана от всички страни на устройството, в това число дори там, където не сме очаквали да бъде измерена.“ Което означава че… двигателят би работил при правилно положение… както и при неправилно? Тоест ще ви движи напред, дори да го обърнете с „краката нагоре“?

Още нещо странно. Изследователите напълно сериозно привеждат в употреба термин като „реактивно предаване на импулса чрез квантов вакуум на виртуална плазма“, който не е по никакъв начин част от съвременната физика. Защото според последната никакъв „квантов вакуум на виртуалната плазма“ не съществува. В американските научни среди приложението на този термин се отнася за т.нар. Стар Трек ефект, на името на легендарния научнофантастичен сериал, и се използва за теоретични сравнения.

Борба с лъженауката

За разлика от много други подозрителни или откровено псевдонаучни проекти EmDrive и Cannae Drive се различават по това, че принципът на работа е обнародван, чертежите и схемите са известни, а всяка лаборатория по света може по желание да построи аналог и да го тества (подобно на китайците). Тогава защо три независими и достатъчно авторитетни групи изследователи в различно време ще обявяват успеха на проекта, ако той е мошенически?

Истината е, че в съвременната теоретична физика наистина има много бели петна и учените знаят това добре. Науката не знае много и това се отнася дори до фундаменталните и основополагащи закони. Проблемът е там, че закриването на тези малки частни лаборатории е малко вероятно, но ако такива изследвания се правят от по-големите и признати такива, те биха рискували авторитета си при неуспех. А впрочем най-вероятното обяснение на получените от NASA резултати се дължи на… грешка при изследванията. Торсионното махало, свръхчувствителният прибор, с който се извършват изследванията на свръхмалки тяги, може винаги да сгреши именно поради своята чувствителност и да фиксира например фалшива тяга само заради термичното разширение или свиване на устройството.

Работата продължава

Работата на EmDrive е прекалено неясна, за да влезе изобщо този двигател в някакви реални сметки засега. Учените до момента не могат да докажат неговата несъстоятелност, както и неговата работоспособност. Може би истината е някъде по средата.

Но това не пречи работата да продължава. За 2015 година са планирани независими тестове в един от най-големите изследователски центрове на NASA – Glenn research Center. Там системата ще се изпитва по методика, сходна на използваната от Eagleworks Labs. След това ще има тестове и в легендарната лаборатория за реактивни двигатели на NASA - JPL (Jet Propulsion Laboratory). Още една сериозна група от независими експерти е заявила желание за тестове – лабораторията по приложна физика на университета Джон Хопкинс в Балтимор. Само че последните няма да използват за теста стандартното торсионно махало, а друг уред.

По всичко личи, че към края на следващата година вероятно със сигурност ще знаем дали идеята на Шойер ще се окаже космическа революция или просто поредното псевдонаучно безумие. Искрено се надяваме да спечели първото твърдение, но… засега по-вероятният печеливш в очите на учените е в полза на второто. Ще поживеем, ще видим.