Kosmoseajastu sünnist alates on unistus reisi teisele päikesesüsteemile hoitud "raketirihmas", mis piirab tõsiselt kosmosesse lastud kosmoselaeva kiirust ja suurust. Teadlaste hinnangul kulub meie lähima tähtedevahelise tähtede naabri Alpha Centaurini jõudmiseni isegi tänapäeval kõige võimsamate rakettmootoritega. Kui inimesed loodavad kunagi näha võõrast päikesetõusu, tuleks transiidi aega oluliselt lühendada.
Kas võimatu EmDrive töötab?
Kaugelearenenud mootorikontseptsioonide hulgast, mis võiksid selle teoks teha, on väga vähesed tekitanud sama palju elevust ja poleemikat kui EmDrive. EmDrive kirjeldas esmakordselt peaaegu kakskümmend aastat tagasi elektrienergia muundamisel mikrolaineteks ja suunab selle elektromagnetilise kiirguse koonusekambri kaudu. Teoreetiliselt võivad mikrolained survestada kambri seinu ja tekitada piisavalt tõukejõudu kosmoselaeva kosmoses liikumiseks. Praegu eksisteerib EmDrive aga ainult laboratoorse prototüübina ja on endiselt ebaselge, kas see üldse suudab tõukejõudu tekitada. Kui see on nii, siis on tegemist jõududega, mis pole piisavalt tugevad, et neid palja silmaga näha, rääkimata aparaadi liigutamisest.
Kuid viimase paari aasta jooksul on mitmed teadlased, sealhulgas NASA, väitnud, et nad on EmDrive'iga edukalt tõukejõudu tekitanud. Kui see vastab tõele, on see kosmoseuuringute ajaloo üks suuremaid läbimurdeid. Probleem on selles, et nendes katsetes täheldatud tõukejõud on nii väike, et on raske öelda, kas see üldse olemas on.
Lahendus on töötada välja instrument, mis mõõdaks neid väiksemaid tõukejõu ilminguid. Seetõttu otsustas Saksamaa Technische Universität Dresdeni füüsikute meeskond luua seadme, mis selle probleemi lahendaks. SpaceDrive'i projekt, mida juhib füüsik Martin Taimar, on mõeldud instrumendi loomiseks, mis on nii tundlik ja häirete suhtes immuunne, et see lõpetab arutelu lõplikult. Oktoobris esitles Taimar ja tema meeskond rahvusvahelisel astronautikakongressil oma teist katsemõõtmiste komplekti EmDrive ning nende tulemused avaldatakse Acta Astronauticas tänavu augustis. Katsete tulemustele tuginedes ütleb Taimar, et saaga lahendamine EmDrive'iga ootab meid juba paari kuu pärast.
Paljud teadlased ja insenerid ei usu EmDrive'i, kuna see rikub füüsikaseadusi. EmDrive kambri seinu lükkavad mikrolained näivad tekitavat tõukejõudu ex nihilo, see tähendab eimillestki vastuollu, mis on vastupidine impulsi - tegevuse ja reaktsiooni säilimisele. EmDrive'i pooldajad otsivad omakorda vastuseid kvantmehaanika nutikates tõlgendustes, püüdes mõista, kuidas EmDrive saaks töötada Newtoni füüsikat rikkumata. “Teoreetiliselt ei võta keegi seda tõsiselt,” ütleb Taimar. Kui EmDrive on võimeline tekitama tõukejõudu, nagu väidavad mõned rühmad, "pole kellelgi aimugi, kust see tuleb." Kui teaduses on selles suurusjärgus teoreetiline lünk, näeb Taimar selle sulgemiseks ainult ühte võimalust: eksperimentaalset.
Reklaamvideo:
2016. aasta lõpus kogunesid Taimar ja veel 25 füüsikut Colorados Estes Parkisse esimesele konverentsile EmDrive ja sellega seotud eksootiliste tõukejõusüsteemide teemal. Ühe huvitavama ettekande pidas NASA Eagleworks labori füüsik Paul Marsh, kus ta koos oma kolleegi Harold Whiteiga katsetas erinevaid EmDrive prototüüpe. Marshi ettekande ja sellele järgnenud ajakirjas Journal of Propulsion and Power avaldatud raporti kohaselt täheldasid tema ja White oma EmDrive prototüübis mitukümmend mikroniirdet tõukejõudu. Võrdluseks - üks SpaceX Merlini mootor toodab umbes 845 000 njuutonit tõukejõudu merepinnal. Marshi ja White'i jaoks oli probleemiks aga see, et nende eksperimentaalne seadistamine sisaldas mitmeid häirete allikaid, mistõttu ei saanud nad kindlalt öelda, mis tõukejõu põhjustas.või konkreetne takistus.
Taimar ja Dresdeni meeskond kasutasid NASA laboris kasutatud EmDrive prototüübi täpset koopiat. See on kärbitud vaskkoonus - mille ülaosa on ära lõigatud - veidi jala all. Selle disaini leiutas insener Roger Scheuer, kes kirjeldas EmDrive'i esmakordselt 2001. aastal. Testimise ajal asetatakse EmDrive koonus vaakumkambrisse. Väljaspool kaamerat genereerib seade mikrolaine signaali, mis edastatakse koaksiaalkaablite kaudu koonuse sees olevatesse antennidesse.
See pole esimene kord, kui meeskond Dresdenis üritab mõõta peaaegu hoomamatut tugevust. Nad lõid ioonmootoritega töötamiseks sarnaseid seadmeid, mida kasutatakse satelliitide täpseks positsioneerimiseks kosmoses. Need mikroneutoni mootorid aitavad satelliitidel tuvastada selliseid nõrku nähtusi nagu gravitatsioonilained. Kuid EmDrive'i ja sarnaste mootorite uurimine ilma kütuseta nõuab nanonewtonist eraldusvõimet.
Uus lähenemisviis oli kasutada väändetasakaalu, pendli tüüpi tasakaalu, mis mõõdab pendli teljele rakendatava pöördemomendi suurust. Selle tasakaalu vähem tundlikku versiooni kasutas ka NASA meeskond, kui nad otsustasid, et EmDrive tekitab tõukejõudu. Selle väikese jõu täpseks mõõtmiseks kasutas Dresdeni meeskond laserinterferomeetrit, et mõõta EmDrive'i toodetud kaalukaalu füüsilist nihet. Nende väändekaalud on nanonewtoni eraldusvõimega ja toetavad mitu kilogrammi tõukejõudu, ütles Taimar, muutes neist olemasolevate kõige tundlikumate tõukejõude.
Kuid tõeliselt tundlikud tõukejõu raskused ei ole tõenäoliselt kasulikud, kui te ei saa kindlaks teha, kas tuvastatud jõud on tõukejõud, mitte aga välised häired. Ja Marshi ja White'i tähelepanekutele on palju alternatiivseid seletusi. Et teha kindlaks, kas EmDrive tekitab tõukejõudu, peavad teadlased suutma seadet kaitsta Maa magnetväljade häiringute, keskkonnas esinevate seismiliste vibratsioonide ja mikrolainekuumutusega seotud EmDrive soojuspaisumise eest.
Taimar ütles, et väändebilansi disainilahenduse täpsustamine - et EmDrive'i toiteallikat paremini juhtida ja kaitsta seda magnetväljade eest - lahendab mitmeid häirete probleeme. Termilise triivi probleemi oli palju keerulisem lahendada. Kui EmDrive-ile rakendatakse jõudu, kukub vaskkoonus ja laieneb, nihutades selle raskuskeskme niivõrd, et väändebilanss registreerib jõu, mida võib ekslikult käsitada veojõuna. Taiman ja tema meeskond lootsid, et mootori orientatsiooni muutmine aitab seda probleemi lahendada.
55 eksperimendis salvestasid Taimar ja tema kolleegid EmDrive'ist keskmiselt 3,4 mikronit jõudu, mis oli väga sarnane NASA-s leiduvaga. Paraku ei tulnud need jõud termilise nihkekatsele. Need olid rohkem iseloomulikud soojuspaisumisele kui tõukejõule.
Kuid EmDrive'i jaoks pole lootus kadunud. Taimar ja tema kolleegid töötavad välja ka kahte täiendavat tõukejõu tüüpi, sealhulgas ülijuhtivat kaalu, mis aitavad kõrvaldada termiliste triivide põhjustatud valepositiivseid tulemusi. Kui nad leiavad EmDrive'ilt selle jõu skaala, on tõenäoline, et see on tõuge. Kuid kui skaala ei tuvasta tõukejõudu, tähendab see, et kõik EmDrive'i tõukejõu varasemad tähelepanekud olid valepositiivsed. Taimar loodab lõpliku kohtuotsuse saada enne aasta lõppu.
Kuid isegi negatiivsed tulemused ei tähenda EmDrive'i kohtuotsust. Seal on palju muud tüüpi kui kütust. Ja kui teadlased arendavad kunagi välja väikese tõukejõu liikumise uued vormid, aitavad ülitundlikud veojõud eraldada väljamõeldist faktist.
Ilja Khel
