Нарушает ли невозможный двигатель законы физики?

С тех пор как NASA объявило о создании прототипа спорного двигателя EM Drive (радиочастотный двигатель с резонансной полостью), потоки критики не иссякают, а любые сообщенные результаты экспериментов вызывают жаркие споры. И поскольку большинство анонсов принимают форму «утечек» и слухов, неудивительно, что градус скепсиса не понижается.

И тем не менее отчеты продолжают поступать. Последние результаты были получены из Eagleworks Laboratories в Космическом центре им. Джонсона. В «утекшем» докладе показано, что спорный двигатель способен генерировать тягу в вакууме. И как и процесс рецензирования, способность двигателя работать в космосе остается назойливой проблемой уже довольно долгое время.

Учитывая плюсы EM Drive, нетрудно понять, почему люди хотят видеть его в работе. Теоретически он мог бы вырабатывать достаточно тяги, чтобы долететь до Луны за четыре часа, до Марса — за 70 дней, до Плутона — за 18 месяцев, и все это без капли топлива. К сожалению, эта двигательная установка основана на принципах, нарушающих закон сохранения импульса.

Этот закон гласит, что импульс системы остается постоянным, не создается и не уничтожается, а лишь изменяется под действием сил. Поскольку EM Drive включает электромагнитные микроволновые полости, преобразующие электрическую энергию непосредственно в тягу, он не имеет реакционной массы. И поэтому «невозможен» по законам традиционной физики.

Доклад под названием «Измерение импульсивной тяги замкнутой радиочастотной полости в вакууме» попал в открытый доступ в начале ноября. Его ведущий автор, конечно же, Гарольд Уайт из лаборатории Eagleworks, занимающийся разработкой продвинутых двигательных систем в NASA.

В работе он и его коллеги сообщили, что завершили испытание импульсивной тяги на «испытательном коническом радиочастотном образце». Оно состояло из прямой и обратной фаз тяги, маятника низкой тяги и трех испытаний тяги на уровнях мощности 40, 60 и 80 Вт. Как следует из доклада:

«Здесь показано, что диалектически нагруженный конический РЧ-образец, запущенный в режиме TM212 при 1937 МГц, способен последовательно генерировать тягу на уровне 1,2 ± 0,1 мН/кВт с силой, направленной к узкому концу в условиях вакуума».

Чтобы прояснить, этот уровень тяги к мощности — 1,2 мН на киловатт — весьма незначительный. И действительно, в работе эти результаты помещаются в контекст для сравнения с ионными двигателями и лазерными парусами:

«Лучшая на сегодняшний день тяга к мощности в двигателе Холла составляет порядка 60 мН/кВт. Это на порядок выше, чем выдал испытательный образец во время работы в вакууме. Производительность в 1,2 мН/кВт на два порядка выше, чем других форм движения «без топлива», вроде лазерных парусов, лазерной тяни и фотонных ракет, которые развивают тягу к мощности в 3,33—6,67 мН/кВт».

В настоящее время ионные двигатели считают наиболее топливосберегающей формой движения. Тем не менее они довольно медленные по сравнению с обычными твердотопливными двигателями. К примеру, миссия ЕКА Dawn опиралась на ксенон-ионный двигатель, который вырабатывал тягу к мощности в 90 миллиньютонов на киловатт. Используя эту технологию, зонду потребовалось почти четыре года, чтобы добраться от Земли до астероида Веста.

Концепция направленной энергии (вроде лазерных парусов), напротив, требует очень мало тяги, поскольку использует небольшой аппарат — крошечный зонд весом в несколько граммов и инструменты в виде чипов. В настоящее время эта концепция исследуется как перспективная для путешествия к ближайшим планетам и звездным системам.

Два хороших примера — это межзвездная концепция NASA DEEP-IN, которая сейчас разрабатывается Калифорнийским университетом в Санта-Барбаре и попытается использовать лазеры для разгона аппаратов до скорости 0,25 скорости света. Между тем, проект Starshot (в рамках инициатив Breakthrough) разрабатывает аппарат, который сможет набрать до 20% скорости света и добраться до Альфы Центавра за 20 лет.

Сравнительно с этими предложениями, EM Drive может похвастать тем, что не требует никакого топлива или внешнего источника энергии. Но если основываться на результатах его испытаний, объем энергии, необходимый для выработки значительной тяги, делает его непрактичным. Правда, не будем забывать, что изначальная цель этих испытаний заключалась в том, может ли вырабатываемая двигателем тяга относиться на счет каких-либо незамеченных аномалий.

В докладе также признается необходимость дальнейшего тестирования, чтобы исключить другие возможные причины, как то смещение центра тяжести и тепловое расширение. И если удастся исключить также внешние причины, будущие испытания поставят задачу повысить производительность EM Drive. И все это при условии, что «утечка» подлинная. Пока NASA не сможет подтвердить реальность этих результатов, EM Drive будет подвешен в состоянии неопределенности.