Blev fysikken virkelig krænket af EM-drev i lækket NASA-papir?

Lige siden NASA annoncerede, at de havde skabt en prototype af den kontroversielle Radio Frequency Resonant Cavity Thruster (alias EM Drive), alle rapporterede resultater har været genstand for kontroverser. Og med de fleste af meddelelserne i form af "lækager" og rygter, alle rapporterede udviklinger er naturligvis blevet behandlet med skepsis.

Og stadigvæk, rapporterne bliver ved med at komme. De seneste påståede resultater kommer fra Eagleworks Laboratories på Johnson Space Center, hvor en "lækket" rapport afslørede, at det kontroversielle drev er i stand til at generere tryk i et vakuum. Meget ligesom den kritiske peer-review-proces, hvorvidt motoren kan klare sig i rummet eller ej, har været et vedvarende problem i nogen tid.

I betragtning af fordelene ved EM Drive, det er forståeligt, at folk gerne vil se det virke. Teoretisk set, disse inkluderer evnen til at generere nok fremdrift til at flyve til Månen på kun fire timer, til Mars om 70 dage, og til Pluto om 18 måneder, og evnen til at gøre det hele uden behov for drivmiddel. Desværre, drivsystemet er baseret på principper, der er i strid med loven om bevarelse af momentum.

Denne lov siger, at inden for et system, mængden af ​​momentum forbliver konstant og bliver hverken skabt eller ødelagt, men kun ændres gennem kræfternes indvirkning. Da EM-drevet involverer elektromagnetiske mikrobølgehulrum, der omdanner elektrisk energi direkte til tryk, den har ingen reaktionsmasse. Det er derfor "umuligt", hvad angår konventionel fysik.

Rapporten, med titlen "Måling af impulskraft fra et lukket radiofrekvenshulrum i vakuum", var tilsyneladende lækket i begyndelsen af ​​november. Dets hovedforfatter er forudsigeligt Harold White, Advanced Propulsion Team Lead for NASA Engineering Directorate og Principal Investigator for NASA's Eagleworks laboratorium.

Som han og hans kolleger (angiveligt) rapporterer i avisen, de gennemførte en impulsiv tryktest på en "tilspidset RF-testartikel". Dette bestod af en fremadgående og omvendt trykfase, et pendul med lavt tryk, og tre trykprøver ved effektniveauer på 40, 60 og 80 watt. Som de sagde i rapporten:

"Det er vist her, at en dialektisk indlæst tilspidset RF-testartikel exciterede i TM212-tilstanden ved 1, 937 MHz er i stand til konsekvent at generere kraft ved et trykniveau på 1,2 ± 0,1 mN/kW med kraften rettet mod den smalle ende under vakuumforhold."

For at være klar, dette niveau af kraft til kraft – 1.2. millinewton per kilowatt – er ganske ubetydelig. Faktisk, papiret fortsætter med at placere disse resultater i sammenhæng, sammenligne dem med ion thrustere og lasersejlsforslag:

"Den aktuelle state of the art kraft til effekt for en Hall thruster er i størrelsesordenen 60 mN/kW. Dette er en størrelsesorden højere end den testartikel, der blev evalueret i løbet af denne vakuumkampagne... Ydelse på 1,2 mN/kW parameter er to størrelsesordener højere end andre former for 'nul drivmiddel' fremdrift såsom lette sejl, laserfremdrift og fotonraketter med tryk til effektniveauer i området 3,33-6,67 [mikronewton]/kW (eller 0,0033 – 0,0067 mN/kW)."

I øjeblikket, ionmotorer betragtes som den mest brændstofeffektive fremdriftsform. Imidlertid, de er notorisk langsomme sammenlignet med konventionelle, fastdrivende thrustere. For at give et perspektiv, ESA's Dawn-mission byggede på en xenon-ion-motor, der havde en kraftproduktion på 90 millinewton pr. kilowatt. Ved at bruge denne teknologi, det tog sonden næsten fire år at rejse fra Jorden til asteroiden Vesta.

Konceptet med direkte energi (alias lasersejl), derimod kræver meget lidt tryk, da det involverer fartøjer på størrelse med wafer - små prober, der vejer omkring et gram og bærer alle deres instrumenter, de har brug for, i form af chips. Dette koncept er i øjeblikket ved at blive udforsket for at tage turen til naboplaneter og stjernesystemer inden for vores egen levetid.

To gode eksempler er det NASA-finansierede DEEP-IN interstellare koncept, der er ved at blive udviklet på UCSB, som forsøger at bruge lasere til at drive et fartøj op til 0,25 lysets hastighed. I mellemtiden Project Starshot (en del af Breakthrough Initiatives) udvikler et fartøj, som de hævder vil nå hastigheder på 20 % af lysets hastighed, og dermed kunne tage turen til Alpha Centauri om 20 år.

Sammenlignet med disse forslag, EM-drevet kan stadig prale af, at det ikke kræver noget drivmiddel eller en ekstern strømkilde. Men baseret på disse testresultater, mængden af ​​strøm, der ville være nødvendig for at generere en betydelig mængde tryk, ville gøre det upraktisk. Imidlertid, man bør huske på, at denne laveffektstest blev designet til at se, om et påvist stød kunne tilskrives uregelmæssigheder (hvoraf ingen blev detekteret).

Rapporten anerkender også, at yderligere test vil være nødvendigt for at udelukke andre mulige årsager, såsom tyngdepunktsforskydninger (CG) og termisk ekspansion. Og hvis ydre årsager igen kan udelukkes, fremtidige tests vil uden tvivl forsøge at maksimere ydeevnen for at se, hvor meget kraft EM-drevet er i stand til at generere.

Men selvfølgelig, alt dette forudsætter, at det "lækkede" papir er ægte. Indtil NASA kan bekræfte, at disse resultater faktisk er reelle, EM-drevet vil sidde fast i kontroversen limbo.