Все статьиВсе новостиВсе мнения
Мир
Стиль жизни
Красивая странаРейтинги фокуса
Доехать до Марса за 110 дней. Как "невозможный двигатель" отвезет человечество к звёздам

Доехать до Марса за 110 дней. Как "невозможный двигатель" отвезет человечество к звёздам

Похоже, человечество таки улетит к звёздам. После того как научится использовать вместо сжигаемого топлива другие источники энергии, например, взаимодействие электромагнитных полей. И всё это может случиться уже в скором будущем

000

"Я лежу на спине, удивлённый,  насколько спокойным и сосредоточенным себя чувствую, пристёгнутый к двум с лишним тоннам взрывчатых веществ". Так начинается недавно выпущенная книга американского астронавта Рона Грана "Из космоса границ не видно" — об одной из последних миссий шаттла "Дискавери" в конце нулевых.

С тех пор прошло без малого восемь лет, шаттлы сменились "Атласами", но суть полётов в космос осталась неизменной: чтобы "забросить" на орбиту пару сотен килограммов полезного груза, нужна примерно тонна горючего. И это всего лишь полёт на орбиту Земли. Для более дальних перелётов масса топлива возрастает многократно.

Звездный путь

Если представить дистанцию от Земли до Солнца как 2 см, расстояние от Солнечной системы до ближайшей звезды Проксима Центавра составит 7 км. Именно такое сравнение приводит американский астрофизик Джефф Ли, объясняя необходимость поиска новых видов двигателей для космических перелётов.

Космический корабль с реактивным двигателем для полёта к той самой Проксиме Центавра будет иметь совершенно запредельные массу и размеры из-за чудовищных запасов горючего. Конечно, их можно уменьшить до разумных пределов, используя для разгона в основном притяжение планет и самого Солнца — так, собственно, и передвигаются зонды, исследующие Солнечную систему. Но тогда путешествие к ближайшей звезде в пределах нашей галактики — Млечного Пути — растянется на несколько десятков тысяч лет. В этом случае масса и габариты корабля окажутся запредельными теперь уже из-за необходимости обеспечить существование экипажа на протяжении нескольких сотен поколений.

В пределах Солнечной системы двигатель Шойера может считаться практически "вечным" — энергию для работы он может получать от солнечных батарей

О том, что будет использовано для полётов к звёздам, фантасты спорят не одно десятилетие. Антигравитация? Искривление пространства-времени? Тоннель сквозь подпространство? Всё это пока так и остаётся мечтами.

Но порой фантастика неожиданно становится реальностью — как в случае с двигателем на базе электромагнитных волн EmDrive, который многие физики вообще не готовы рассматривать из-за отсутствия теоретической базы. Что, впрочем, не мешает ему вполне успешно функционировать.

Невозможный двигатель

Журналисты уже окрестили изобретение британского инженера Роджера Шойера победой над здравым смыслом и законами физики. Учёные, по крайней мере самые неортодоксальные, говорят, что мы слишком мало знаем о Вселенной и, возможно, учебники физики придётся переписать. В любом случае "невозможный двигатель" на базе электромагнитных волн EmDrive на самом деле оказался возможен. Его работоспособность подтвердило в июле нынешнего года американское космическое агентство NASA, а осенью — профессор Мартин Таджмар из Дрезденского технического университета, имеющий в научных кругах репутацию "развенчателя мифов".

Англичанин Шойер много лет проработал на предприятиях военно-промышленного комплекса Великобритании, затем участвовал в проектах Европейского космического агентства, включая систему глобальной навигации Galileo. Идея двигателя на электромагнитных волнах возникла у Шойера ещё в 1990-х. А в 2001 году он основал компанию Satellite Propulsion Research специально для его разработки.

"Невозможный двигатель" на базе электромагнитных волн EmDrive на самом деле оказался возможен

Первые его публикации по этой теме вызывали серьёзный скепсис. Ведь Шойер предлагал двигатель, работа которого нарушает один из основополагающих законов — закон сохранения импульса. Во всяком случае, в том виде, в котором его формулирует современная физика.

Инженер обосновывал возможность существования конструкции, которая создаёт тягу из-за отражения электромагнитного излучения от внутренних стенок специальной вакуумной камеры — без реактивного выброса. Его отсутствие, собственно, и вводит EmDrive в противоречие с современной физикой.

Но Роджер Шойер стоял на своём. Более 10 лет ушло на эксперименты, и в итоге ему удалось создать рабочий прототип и привлечь внимание NASA к своему проекту, который скептики называют "электромагнитным ведром" за определённое геометрическое сходство с этим предметом.

Тем не менее в 2014 году учёные агентства начали масштабную проверку работоспособности гипотезы Шойера и прототипов его двигателя. Вердикт оказался положительным: двигатель работает. Он действительно создаёт тягу, хотя и весьма незначительную — всего 0,4 ньютона на киловатт. Но тот факт, что Шойер оказался прав, никак не примиряет его изобретение с законами физики.

Американский физик Гарольд Уайт, возглавлявший тестовые эксперименты NASA, утверждает, что EmDrive — это в сущности почти вечный двигатель. Установка создаёт мощное электрическое поле, частицы которого отражаются от стенок камеры. Магнитные волны движутся с околосветовой скоростью, поэтому сами волны и отражающая их камера находятся как бы в разных системах отсчёта. Физики-теоретики предсказывали возможность такого феномена и прежде, однако двигатель Шойера — первое реальное изобретение, которое достигло подобного эффекта.

Мартин Таджмар из Дрезденского технического университета высказался по поводу принципа работы двигателя более прямо: "Природа наблюдаемой тяги пока до конца неясна". При этом Таджмар подчёркивает, что EmDrive вовсе необязательно нарушает законы физики. По его мнению, тяга без обратного импульса (говоря научным языком, фронтальная сила не имеет равной ей противоположной) возможна благодаря пока ещё неоткрытым физическим законам. Например, это могут быть неизвестные свойства электромагнитных волн в вакууме, наличие которого в отражательной камере является необходимым условием для работы двигателя Шойера.

При этом двигатель Шойера, по крайней мере в пределах Солнечной системы или вблизи других звёзд, может работать от солнечных батарей, получая от них энергию для создания электрических импульсов, и способен создавать практически бесконечное ускорение без запасов топлива на борту.

В общем, по подсчётам Гарольда Уайта, с помощью такого двигателя космический корабль вполне сможет добраться до Марса всего за несколько месяцев — значительно быстрее традиционных космических кораблей,  и  не используя колоссальных запасов топлива.

За и против

Скептиков такие утверждения шокируют. Шон Кэррол из Калифорнийского технологического института считает, что, несмотря на позитивные эксперименты NASA, отсутствие теоретической базы под открытием Шойера остаётся ключевым фактом. "Двигатель нарушает законы сохранения энергии, а значит, не может работать", — категоричен учёный. Аналогичных взглядов придерживается и физик Эрик Дэйвис из Института перспективных исследований в Остине (штат Техас). Однако главной его претензией к EmDrive является не это, а тот факт, что тяга двигателя ничтожна.

Но сторонники EmDrive парируют это соображение примером исследовательского зонда New Horizons, который недавно достиг Плутона, отправившись в путь ещё в 2006 году. По их подсчётам, даже микроскопическая тяга нескольких EmDrive, запитанных от солнечных батарей, позволила бы кораблю с массой, равной массе зонда New Horizons, долететь до цели всего за полтора года вместо девяти лет.


Кликнуть для увеличения


Ещё один забавный факт заключается в том, что "ведро" позволяет по-новому взглянуть на проблему межзвёздных перелётов. Оснащённый киловаттным прототипом двигателя Шойера корабль мог бы теоретически достичь скорости, которая позволит добраться до ближайшей звёздной системы Альфа Центавра за 6,5 тыс. лет. Это на порядок меньше, чем нынешние показатели космических зондов, запускаемых при помощи двигателей на химическом топливе. Так, зонд Voyager-1, который уже покинул пределы Солнечной системы (на что ему потребовалось два с половиной десятилетия), смог бы долететь до ближайшей к нам звезды за 76 тыс. лет.

Но Уайт идёт в своих прогнозах ещё дальше. Его исследовательская группа рассчитала траектории и примерное время движения корабля, оснащённого 20 двигателями EmDrive с той же удельной тягой, что была зафиксирована при экспериментах: 0,4 Н на киловатт. Помимо солнечных батарей он оснащён реактором мощностью всего 2 мегаватта (в 500 раз меньше, чем у современных реакторов АЭС), а полезная нагрузка 90-тонного судна распределяется следующим образом: 20 тонн приходится на двигатели, 20 — на реактор и ещё 50 тонн — на системы обеспечения и груз. По подсчётам Уайта, при такой конфигурации можно говорить о достижении максимальной скорости в 1/20–1/10 от световой. В таком случае до звезды Проксима Центавра корабль на электромагнитной тяге долетит примерно за 120 с небольшим лет. Но и это не предел: в группе Гарольда Уайта считают, что в перспективе удельная тяга EmDrive может быть увеличена на порядок — примерно так же, как это происходило в ходе совершенствования реактивных двигателей. В этом случае полёт до Проксимы Центавра займёт менее 30 лет.

Впрочем, пока это только прожекты. Пол Марч, инженер NASA, опубликовавший сообщение об EmDrive, предлагает сосредоточиться на более простых задачах. Группа энтузиастов уже откликнулась на его призыв и провела расчёты, которые показывают, что замена реактивного двигателя (необходимого для корректировки орбиты) обычного спутника на EmDrive привела бы к снижению его взлётной массы с 3-х до 1,3 тонны. А это, в свою очередь, повлекло бы ощутимое снижение затрат на первоначальный вывод спутников на орбиту.

Не улетели

За последние 50 лет учёные сменили не одну концепцию двигателя, который мог бы отправить человечество к звёздам. Некоторые из них даже проходили испытания

Проект NERVA

Детище немецкого физика Вернера фон Брауна, эмигрировавшего в США после Второй мировой войны. Единственный из опробованных ядерных ракетных двигателей за всю историю космонавтики. В основе концепции — ядерные реакторы, которые должны были выбрасывать в качестве реактивной струи разогретый водород. Проект был свёрнут в 1973 году, попав под сокращение бюджета вместе с лунной программой NASA.

Проект "Орион"

По идее знаменитого физика Фримена Дайсона из Принстонского университета, двигатель должен был сбрасывать по четыре ядерных микрозаряда в секунду и двигать судно вперёд за счёт импульса от их взрывов, воздействующего на амортизирующий массивный кормовой щит корабля. До Проксимы Центавра такой корабль мог бы долететь за 133 года.

Проект РД-0410

Советский аналог проекта NERVA фон Брауна — реактивная струя из разогретого водорода. Ключевое отличие — большая мощность, иной принцип охлаждения (также с использованием водорода). Наземные испытания проводились на полигоне в Семипалатинске, работы были свёрнуты в конце 1970-х в связи с прекращением космической гонки.

"Ядерная лампочка"

Проект 1970-х, который многие физики до сих пор считают перспективным. Он подразумевает покрытие активной зоны реактора оболочкой, через которую радиоактивное излучение нагревает газ в рабочей зоне двигателя до 25 тыс. градусов Цельсия, и он извергается через сопла двигателя, приводя корабль в движение. Правда, максимальная скорость была ещё меньше, чем у "Ориона".

DESTAR-6

Проект "лазерного паруса" учёных из Калифорнийского университета предлагает оснащение корабля парусом, в который можно "выстрелить" из лазерного излучателя с околоземной орбиты. Так корабль можно разогнать до околосветовой скорости в пределах Солнечной системы. Правда, это подходит лишь для исследовательских зондов, поскольку способа затормозить запущенный таким образом корабль пока нет.

0
Делятся
Google+
Загрузка...
Подписка на фокус

ФОКУС, 2008 – 2017.
Все права на материалы, опубликованные на данном ресурсе, принадлежат ООО "ФОКУС МЕДИА". Какое-либо использование материалов без письменного разрешения ООО "ФОКУС МЕДИА" - запрещено. При использовании материалов с данного ресурса гиперссылка www.focus.ua обязательна.

Данный ресурс — для пользователей возрастом от 18 лет и старше.

Перепечатка, копирование или воспроизведение информации, содержащей ссылку на агентство ИнА "Українські Новини", в каком-либо виде строго запрещены.

Все материалы, которые размещены на этом сайте со ссылкой на агентство "Интерфакс-Украина", не подлежат дальнейшему воспроизведению и/или распространению в любой форме, кроме как с письменного разрешения агентства.

Материалы с плашками "Р", "Новости партнеров", "Новости компаний", "Новости партий", "Инновации", "Позиция", "Спецпроект при поддержке" публикуются на коммерческой основе.