EmDrive

Allikas: Vikipeedia
Jump to navigation Jump to search

EmDrive või raadiosagedussüvendi põtkur on välja pakutud teoreetiline tõukeseade, mis töötaks vaakumis ega vajaks jõu avaldamiseks kütust. Selle seadme esimene välja pakkuja oli insener Roger J. Shawyer, kes töötas Suurbritannia firmas SPR Ltd (Satellite Propulsion Research Ltd).[1]

Shawyer tuli EmDrive kontseptsiooniga välja 2001. aastal ning detsembris 2002 oli väidetavalt valmis ka esimene prototüüp. Algse seadme tehnilised lahendused olid mõeldud ühe lahendusena külma sõja aegsele raketijuhtimissüsteemide probleemile, mille nüüdseks lahenduseks on GPS.[2]

EmDrive tekitab tõukejõudu elektromagnetlaine kiirguse surve võimendamise teel läbi resoneeritud lainejuhi. Elektromagnetlaine tekitamiseks kasutatakse magnetroni ning lained suunatakse kinnisesse koonusekujulisse resonantsväärtusega (Q) süvendisse, mille ühe otsa läbimõõt on teisest suurem ja millel on lisaks ees dielektriline resonaator. Selline seade tekitab koonuse kitsama osa poole suunatud tõukejõudu.[3] Elektrienergiat on vaja ainult sisemiste mikrolainete loomiseks ning see seade ei sisalda liikuvaid osi ega vaja kütust või reaktsioonimassi.[1]

Kuna selle seadme töörežiim, teooria ja isegi seade ise on vaieldavad, siis on mitmeid argumente, kas EmDrive on revolutsiooniline põtkur või on tegemist võltsmõjude väärtõlgenduste ja katsevigadega. Hetkel on suurimateks etteheideteks sellele tõukeseadmele ning selle taga olevale teooriale, et seda pole katsetatud ei mikrogravitatsioonis ega täielikus vaakumis.

2016. aastal tuli Mike McCulloch Plymouthi ülikoolist välja esimese võimaliku teooriaga, mis võiks seletada seadme tööprintsiipi. Teooria järgi muutub koonuses edasi-tagasi peegelduvate footonite inerts ja kuna selle kompenseerimiseks vajalik Unruh kiirgus oleks väiksem lubatust, siis peaksid footonid liitumiskiiruse säilitamiseks tekitama tõukejõudu.[4]

Staatilise tõukejõu katsed[muuda | muuda lähteteksti]

Hetkel on kõige suuremateks saavutusteks S-Band Demonstration Engine, C-Band Flight Thruster ja 2G Feasibility Study. EmDrive programm viidi läbi Suurbritiannas, rahastus algatuseks saadi valitsuselt ning lõppeesmärgiks oli orbiidil kasutatav põtkur. Shawyeri poolse prototüüpprogrammi põtkuri katseid sooritati dünaamilisel katseplatvormil, mille hõõrdejõu mõju oli minimeeritud, et demonstreerida seda seadet 100 kg kosmoseaparaadiga kaaluta olekus.[5] Programm koosnes kiirendus- ja aeglustuskatsetest mõlemas suunas. Hiljem tehti katseid, et elimineerida temperatuuri, tuule, magnetismi, Maa magnetvälja, katseplatvormi ja teiste välisjõudude mõju, aga hetkel pole veel sooritatud katseid ei vaakumis ega mikrogravitatsioonis.[6]

Põtkuri prototüüp läbis programmi edukalt 2010 mais ja kõik Shawyeri programmi disainid ja katsete andmed anti üle Boeingule. Selles programmis loodud seadme opereerimissagedus oli 3,85 GHz ning mass 2,92 kg. Katsete tulemusena oli seadme keskmiseks spetsiifiliseks tõukejõuks 326 mN/kW. [7][8] Shawyeri väited on saanud seitse iseseisvat positiivset hinnangut BAE Systems, EADS Astrium, Siemens ja IEE ekspertidelt.[9] NASA/JSC Advanced Propulsion Physics Laboratoryl (Eagleworks) on plaanis uuendada EmDrive katseseadmeid ning kasutada vaakumis kasutuskõlblikke RF-võimendeid võimususega kuni 125 W ja koonuse uut tehnilist lahendust, et tekitada 0,1 N/kW tõukejõudu. [10]

Tähtsaimad saavutused[muuda | muuda lähteteksti]

Katsete kuupäev Programm Töösagedus Q väärtus Võimsus Tõukejõud
2003 Eksperimentaalne põtkur[11] 2,45 GHz 5,900 850 W 16 mN
2006 Demonstratsiooni mootor[11] 2,45 GHz 45,000 1 kW 214 mN
2010 Hiina EmDrive[12] 2,45 GHz N/A 2,5 kW 720 mN
2013 Lennu põtkur[11] 3,8 GHz N/A 380 W 85 mN
2013 Eksperimentaalne ülijuhtiv põtkur[11] 3,8 GHz 10^9 N/A 1t/kW
2013 Cannae Drive[12] 9,35 GHz N/A N/A 30-50 mN
2014 NASA EmDrive[13] N/A N/A 17 W 91,2 µN

Teooria[muuda | muuda lähteteksti]

Kuna tegemist näib olevat reaktsioonita ajamiga, siis selle taga olev teooria on saanud palju vastulauseid teadlastelt ja meedialt. Shawyeri sõnul ei rikuta ühtegi füüsikaseadust ning ta on välja pannud ka oma katsete läbiviimise pikemad seletused, et näidata väliste jõudude puudumist. [6]

Shawyer on avaldanud ühe uuendatud teoreetilise artikli, kus ta seletab EmDrive'i füüsikaliselt. Tema teooria tugineb ideel radiatsiooni poolt avaldatud survest, mis tuleneb laetud osakesi peegeldavas kehas mõjutavast Lorentzi jõust. [14] Rothman ja Boughn märgivad, et radiatsiooni surve standardteooria on keerulisem Shawyeri lihtsustatud analüüsis toodust.[15] Teine Shawyeri eeldus on, et kvantenergia kantakse üle rühmakiirusena ning selle tõttu peavad rõhud sõltuma rühmade kiirustest. Footoni impulss varieerub vastavalt laine levimiskiirusele aga rühmakiirusega mõõdetakse informatsiooni levikut. Kuna lainepikkus on sama terves resonaatoris siis radiatsiooni surve ei tekitaks tasakaalustamata jõude.

Peale Shawyeri oma on veel mitmeid teooriaid, mis üritavad seletada EmDrive'iga seotud nähtusi. Juan Yang NWPU-st leidis jõu, kasutades klassikalist elektromagnetismi ning Harold G. "Sonny" White Eagleworksist spekuleeris, et resonantssüvend tekitab virtuaalse plasma toroidi, mis avaldab magnetohüdrodünaamilisi jõude kvantvaakumkõikumistele.[16][17]

Võimalikud kasutusalad[muuda | muuda lähteteksti]

Esimene generatsioon[muuda | muuda lähteteksti]

Roger J. Shawyeri sõnul võivad esimese generatsiooni põtkurid satelliitide eluiga kordades pikendada, kuna neis puudub vajadus kütuse järele. Tulemusena säästaks see kuni 15 miljardit naelsterlingit järgmise 10 aasta jooksul.[1]

Teine generatsioon[muuda | muuda lähteteksti]

Shawyeri valemite järgi saavutavad Teise generatsiooni põtkurid suurusjärkudes paremaid Q väärtusi ja sellega kaasnevaid kordades suuremaid tõukejõude tänu allajahutamisele. Põtkur Q väärtusega 5 x 109 võib Shawyeri sõnul saavutada staatilise spetsiifilise tõukejõu, mis on ligikaudu 3,2 t/kW.[18] Nende meeskond ehitas ühe eksperimentaalse allajahutatud seadme ning katse tulemused näitasid, et sellega oli võimalik saavutada vajalikke teoreetilisi väärtusi. [1] Shawyer ennustas aastal 2006, et kui tema programm saab piisava rahastuse, siis oleks võimalik 2020. aastaks luua kaubanduslikke Maapealseid õhusõidukeid, mis kasutavad EmDrive'i tehnoloogiat.[19][20] Lisaks on Shawyeri meeskond loonud algsed kontseptsioonid hübriidkanderaketist, mis viiks 50 t materjale ja seadmeid madalale või kõrgele Maa orbiidile ning isegi kuu pinnale ja tagasi.[21]

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 "EmDrive.com". Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) web site. http://www.emdrive.com/
  2. "EmDrive Interview". SPR Ltd. http://www.emdrive.com/interview.html
  3. A Theory of Microwave Propulsion for Spacecraft http://www.newscientist.com/data/images/ns/av/shawyertheory.pdf
  4. The Curious Link Between the Fly-By Anomaly and the “Impossible” EmDrive Thruster MIT Technology Review, 20. aprill 2016
  5.  "EmDrive Dynamic Tests".http://emdrive.com/dynamictests.html
  6. 6,0 6,1 "EmDrive FAQ".http://emdrive.com/faq.html
  7.  "EmDrive Flightprogramme".http://www.emdrive.com/flightprogramme.html
  8. EmDrive: Could Microwave Thrusters be Key to Ending the Global Energy Crisis? http://www.ibtimes.co.uk/emdrive-could-microwave-thrusters-be-key-ending-global-energy-crisis-1459997
  9. TheEngineer: Defying gravityhttp://www.theengineer.co.uk/news/defying-gravity/266633.article
  10. Rationalwiki: EmDrive http://rationalwiki.org/wiki/EmDrive
  11. 11,0 11,1 11,2 11,3 "EmDrive Development". http://emdrive.com/development.html
  12. 12,0 12,1 Journal of Northwestern Polytechnical University Vol 28 No 6 Dec 2010 http://www.emdrive.com/NWPU2010translation.pdf
  13. Anomalous Thrust Production from an RF Test Device Measured on a Low-Thrust Torsion Pendulum http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20140006052
  14. Shawyer, Roger (March 2007). "A Theory of Microwave Propulsion for Spacecraft (Theory paper v.9.4)" http://www.emdrive.com/theorypaper9-4.pdf
  15. The Lorentz Force and the Radiation Pressure ofLight http://arxiv.org/pdf/0807.1310v5.pdf
  16. Prediction and experimental measurement of the electromagnetic thrust generated by a microwave thruster system http://iopscience.iop.org/1674-1056/22/5/050301/
  17. Eagleworks Laboratories: WARP FIELD PHYSICS http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20140000851.pdf 
  18.  "EmDrive Second Generation Engines". http://emdrive.com/secondgenengines.html
  19. TheEngineer: Microwave engine gets a boost http://www.theengineer.co.uk/news/microwave-engine-gets-a-boost/295931.article
  20. 80 Ton Lifter Possible in 6 Years: Interview with EmDrive Inventor http://www.buildtheenterprise.org/80-ton-lifter-possible-in-6-years-interview-with-emdrive-inventor
  21. "EmDrive Hybrid Reusable Launch Vehicle". http://emdrive.com/hybridlaunch.html