Вы наверное уже слышали про двигатель EmDrive - это концептуальный электромагнитный двигатель, который был предложен в начале 2000-х годов Роджером Шоуером.
Однако многие ученые сомневаются в его эффективности и считают его обоснование нарушением фундаментальных законов физики. Несмотря на это, существует несколько экспериментов, в которых EmDrive демонстрировал небольшую, но заметную тягу.
Сам автор ссылается в обосновании на более известный эффект. Что же, давайте погрузимся в анатомию двигателя.
Простой двигатель EmDrive состоит из мощного источника микроволнового излучения, подающего свой выходной сигнал в закрытый волновод странной формы, как показано на рисунке ниже.
Волновод, изготовленный из обычной латуни, допускает около 5600 отражений каждого микроволнового фотона, прежде чем он полностью поглощается латунью в виде тепла. Однако при отскоке каждый удар фотона о латунь производит небольшой толчок.
Традиционная физика утверждает, что эти 5600 толчков в сумме дают нулевую тягу, просто равномерное давление газа на внутренние стенки. Изобретатель EmDrive утверждает, что у него есть расчёты, демонстрирующие, что дисбаланс можно использовать так, чтобы толчки в сумме давали направленную тягу (как отмечено стрелкой на картинке).
Создатель утверждает, что это возможно, поскольку фотоны представляют свою собственную релятивистскую инерциальную систему отсчета, независимую от самого волновода, подобно фотонам, циркулирующим в кольцевом лазере или оптоволоконном гироскопе. Автор ссылается на интерферометр Саньяка.
Интерференция в интерферометре Саньяка пропорциональна замкнутой площади. Закольцованная оптоволоконная катушка умножает эффективную площадь на количество витков. Волоконно-оптический гироскоп (ВОГ) воспринимает изменения ориентации с помощью эффекта Саньяка, выполняя таким образом функцию механического гироскопа. Однако его принцип работы основан на интерференции света, прошедшего через катушку оптического волокна, длина которой может достигать 5 километров.
Напомню, что эффект Саньяка заключается в том, что на выходе вращающегося кольцевого интерферометра возникает разность фаз встречных волн, которая пропорциональна угловой скорости вращения и площади интерферометра.
Два луча лазера вводятся в одно и то же волокно, но в противоположных направлениях. Из-за эффекта Саньяка луч, движущийся против вращения, испытывает немного меньшую задержку пути, чем другой луч. Результирующий дифференциальный фазовый сдвиг измеряется посредством интерферометрии, таким образом преобразуя одну составляющую угловой скорости в сдвиг интерференционной картины, который измеряется фотометрически.
Оптика с расщеплением луча разделяет свет лазерного диода (или другого источника лазерного света) на две волны, распространяющиеся как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки через катушку, состоящую из множества витков оптического волокна. Сила эффекта Саньяка зависит от эффективной площади замкнутого оптического пути: это не просто геометрическая площадь петли, но она также увеличивается за счет количества витков в катушке.
В отличие от классического гироскопа с вращающейся массой или резонансных/механических гироскопов, такой гироскоп не имеет движущихся частей и не опирается на инерционное сопротивление движению. Таким образом, волновой гироскоп является отличной альтернативой механическому гироскопу. И эта штука реально работает! Может быть и знаменитый EmDrive должен работать?
Благодаря своей надежности и длительному сроку службы такие устройства используются в высокопроизводительных космических конструкциях и инерциальных навигационных системах.
Теперь вернемся к EmDrive. Используя только латунные волноводы, предположительно можно таким образом преобразовать 0,4% микроволновой энергии в тягу, что составляет около четырех Ньютонов на киловатт выходной мощности микроволнового генератора. Сам магнетрон преобразует около 65% входной мощности в микроволны, поэтому общая заявленная эффективность составляет 1 ньютон на 385 электрических ватт.
Простой EmDrive будет работать до тех пор, пока его стандартный магнетрон не перегорит во время использования (в нем есть горячая нить накаливания, как в лампочке, поэтому в среднем они служат около 2000 часов работы). Более совершенный EmDrive мог бы использовать в своем волноводе материал с более высокой добротностью (лучший отражатель) и более долговечный, более эффективный источник микроволн (например, магнетрон или гиротрон с эффектом полевой эмиссии без нити накала).
Максимальные результаты в работе с микроволнами достигаются с помощью криогенно охлажденной тонкой пленки нитрида ниобия, выращенной на корпусе волновода из плавленого кварца. Весь волновод покрыт сверхпроводником толщиной 10 нанометров. Сверхпроводники, помимо прочих своих свойств, являются зеркалами с почти нулевыми потерями.
Такие сверхпроводящие волноводы в настоящее время используются в ускорителях частиц высокой энергии для ускорения частиц до скорости, близкой к скорости света. Они сопряжены с микроволновыми источниками настолько высокой интенсивности, что корпус кварцевого волновода должен быть усилен, чтобы не лопнуть под внутренним давлением фотонов.
Но сверхпроводящие технологии не нужны, чтобы добиться впечатляющих результатов с помощью EmDrive. Космическому кораблю наверняка пригодились бы простые двигатели для многомесячных перелетов между планетами. И, возможно, крупномасштабный EmDrive мог бы заменить "химические" ракеты, чтобы обеспечить постоянную низкую тягу во время полета, что в космическом пространстве будет более чем эффективно.
Возможно вам будет интересно прочитать мою заметку про листы OSB:
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта! Там самое интересное по теме.
✅ Поддержать проект монеткой или задать вопрос можно тут! Здесь же я публикую фрагменты будущей книги, которую могут читать подписчики
👉💖 Ставьте лайки материалу, подписывайтесь на проект! И не забывайте нажать на ДЗЕН-колокол 🔔