Od narození vesmírného věku byl sen o cestě do jiné sluneční soustavy udržován v „raketovém vodítku“, které výrazně omezuje rychlost a velikost kosmické lodi, kterou vypustíme do vesmíru. Vědci odhadují, že i s nejsilnějšími raketovými motory dnes bude trvat přibližně 50 000 let, než se dostaneme k našemu nejbližšímu mezihvězdnému sousedovi, Alpha Centauri. Pokud lidé někdy doufají, že spatří mimozemské slunce, měla by se doba průchodu výrazně zkrátit.
Běží nemožný EmDrive?
Mezi vyspělými koncepty motorů, které by to mohly dostat ze země, jen velmi málo vyvolalo tolik vzrušení - a kontroverze - jako EmDrive. EmDrive, který byl poprvé popsán před téměř dvaceti lety, pracuje tak, že přeměňuje elektřinu na mikrovlny a směruje toto elektromagnetické záření přes kuželovou komoru. Teoreticky mohou mikrovlnné trouby vyvíjet tlak na stěny komory a vytvářet dostatečný tlak pro pohyb kosmickou lodí ve vesmíru. Prozatím však EmDrive existuje pouze jako laboratorní prototyp a stále není jasné, zda dokáže vůbec vyvíjet tah. Pokud ano, pak jsou to síly, které nejsou dostatečně silné, aby je bylo možné vidět pouhým okem, natož pohybovat přístrojem.
V posledních několika letech však několik vědců, včetně NASA, prohlašovalo, že úspěšně vytvořili tah s EmDrive. Pokud je to pravda, čekáme na jeden z největších průlomů v historii průzkumu vesmíru. Problém je v tom, že tah pozorovaný v těchto experimentech je tak malý, že je těžké říci, zda vůbec existuje.
Řešením je vyvinout nástroj, který dokáže měřit tyto drobné projevy tahu. Proto se tým fyziků z německého Technische Universität Dresden rozhodl vytvořit zařízení, které by tento problém vyřešilo. Projekt SpaceDrive, vedený fyzikem Martinem Taimarem, je o vytvoření nástroje tak citlivého a odolného vůči rušení, že diskuse jednou provždy skončí. V říjnu představil Taimar a jeho tým na Mezinárodní astronomickém kongresu druhou sadu experimentálních měření EmDrive a jejich výsledky budou zveřejněny v Acta Astronautica letos v srpnu. Na základě výsledků experimentů Taimar říká, že řešení ságy s EmDrivem na nás čeká za pár měsíců.
Mnoho vědců a techniků v EmDrive nevěří, protože porušuje fyzikální zákony. Zdá se, že mikrovlny, které tlačí na stěny komory EmDrive, vytvářejí tah ex nihilo, to znamená z ničeho nic, co je proti zachování hybnosti - akce a žádná reakce. Zastánci EmDrive zase hledají odpovědi v chytré interpretaci kvantové mechaniky a snaží se pochopit, jak by mohl EmDrive fungovat, aniž by narušil newtonovskou fyziku. "Z teoretického hlediska to nikdo nebere vážně," říká Taimar. Pokud je EmDrive schopen vyvíjet tah, jak tvrdí některé skupiny, „nikdo nemá tušení, odkud pochází.“Když existuje vědecká mezera této velikosti ve vědě, vidí Taimar pouze jeden způsob, jak ji uzavřít: experimentální.
Propagační video:
Na konci roku 2016 se Taimar a 25 dalších fyziků sešlo v Estes Parku v Coloradu pro první konferenci o EmDrive a souvisejících exotických pohonných systémech. Jednou z nejzajímavějších prezentací byl Paul Marsh, fyzik z laboratoře Eagleworks NASA, kde spolu se svým kolegou Haroldem Whiteem testovali různé prototypy EmDrive. Podle Marshovy prezentace a následné zprávy v Journal of Propulsion and Power, on a White pozorovali několik desítek micronewtonů tahu v jejich prototypu EmDrive. Pro srovnání, jediný motor SpaceX Merlin produkuje asi 845 000 Newtonů tahu na hladinu moře. Problém pro Marsh a White však byl v tom, že jejich experimentální nastavení zahrnovalo více zdrojů rušení, takže nemohli s jistotou říci, co způsobilo tah.nebo konkrétní překážku.
Taimar a tým v Drážďanech použili přesnou repliku prototypu EmDrive použitého v laboratoři NASA. Je to komolý měděný kužel - s horním oříznutím - těsně pod nohou. Tento design byl vynalezen inženýrem Rogerem Scheuerem, který poprvé popsal EmDrive v roce 2001. Během testování je kužel EmDrive umístěn do vakuové komory. Mimo kameru zařízení generuje mikrovlnný signál, který je přenášen koaxiálními kabely do antén uvnitř kuželu.
Není to poprvé, co se tým v Drážďanech pokusil změřit téměř nepostřehnutelnou sílu. Vytvořili podobná zařízení pro práci na iontových strojích, které se používají k přesné poloze satelitů ve vesmíru. Tyto micronewtonové motory pomáhají satelitům detekovat slabé jevy, jako jsou gravitační vlny. Ale studium EmDrive a podobných motorů bez paliva bude vyžadovat rozlišení nanonewtonů.
Nový přístup spočíval v použití torzní rovnováhy, kyvadlové rovnováhy, která měří množství točivého momentu aplikovaného na osu kyvadla. Méně citlivou verzi této rovnováhy použil také tým NASA, když se rozhodli, že EmDrive produkuje tah. Pro přesné měření této malé síly použil drážďanský tým laserový interferometr k měření fyzického přemístění vyvažovacích závaží produkovaných EmDrive. Jejich torzní stupnice mají rozlišení nanonewtonů a podporují několik kilogramů pohonných jednotek, řekl Taimar, což je činí nejcitlivějšími existujícími tahovými stupnicemi.
Opravdu citlivé tahové závaží však pravděpodobně nebudou nápomocné, pokud nemůžete určit, zda je detekovanou silou tah a ne vnější interference. A existuje mnoho alternativních vysvětlení Marshových a Whiteových pozorování. Aby bylo možné zjistit, zda EmDrive skutečně produkuje tah, musí být vědci schopni chránit zařízení před rušením z magnetických polí Země, seismickými vibracemi v prostředí a tepelnou expanzí EmDrive spojenou s mikrovlnným ohřevem.
Taimar řekl, že vylepšením konstrukce torzní rovnováhy - pro lepší kontrolu napájení zdroje EmDrive a jeho ochranu před magnetickým polem - se bude řešit řada problémů s rušením. Bylo mnohem obtížnější vyřešit problém „termálního driftu“. Když je na EmDrive přivedena energie, měděný kužel se zahřívá a rozpíná, natolik posunuje své těžiště, aby torzní rovnováha zaznamenala sílu, která by mohla být zaměněna za trakci. Taiman a jeho tým doufali, že změna orientace motoru pomůže tento problém vyřešit.
V 55 experimentech zaznamenal Taimar a jeho kolegové průměrně 3,4 mikronontonů síly od EmDrive, což bylo velmi podobné tomu, co našli v NASA. Bohužel tyto síly zjevně nepřišly k testu tepelného posunu. Byly více charakteristické pro tepelnou roztažnost než tah.
Ale pro EmDrive není naděje ztracena. Taimar a jeho kolegové také vyvíjejí dva další typy tahových závaží, včetně supravodivé rovnováhy, které pomohou eliminovat falešná pozitiva způsobená tepelným driftem. Pokud najdou sílu od EmDrive v tomto měřítku, je pravděpodobné, že je to opravdu tlak. Pokud však měřítko nezjistí žádný tah, bude to znamenat, že všechna předchozí pozorování tahu EmDrive byla falešně pozitivní. Taimar doufá, že obdrží konečný rozsudek do konce roku.
Ale ani negativní výsledky nebudou pro EmDrive znamenat verdikt. Existuje mnoho dalších typů nepalivových motorů. A pokud vědci někdy vyvinou nové formy pohybu s nízkým tahem, ultracitlivé trakční stupnice pomohou oddělit fikci od skutečnosti.
Ilya Khel