Невозможный двигатель - прорыв или ошибка?

Представленный в 1999 году двигатель EmDrive до сих пор вызывает многочисленные споры. С одной стороны, он вроде бы нарушает третий закон Ньютона и потому отвергается большинством ученых, считающих его очередной ошибкой или мистификацией наподобие пресловутого "вечного двигателя". А с другой - уже немало независимых доказательств того, что этот двигатель действительно работает.


Что из себя представляет EmDrive? По сути - обычный СВЧ резонатор в форме усеченного конуса определенной формы и обыкновенный магнетрон. И всё. Магнетрон закачивает в резонатор энергию, и резонатор развивает усилие в направлении меньшего диаметра. Весьма небольшое, надо сказать, усилие. А вот за счет чего оно возникает - пока приемлемых с точки зрения современной физики объяснений нет.




Британский подданный и инженер Роджер Шойер, предложивший концепцию EmDrive в 1999 году, основал компанию Satellite Propulsion Research Ltd в 2001 году специально для разработки этого электромагнитного двигателя собственной конструкции. Инженер ранее работал в военной промышленности, принимал участие в космических проектах, включая разработку европейской системы глобальной навигации "Галилео".
Придуманный им двигатель на первый взгляд нарушает закон сохранения импульса - он, по мнению автора, создаёт тягу из-за отражения электромагнитного излучения от стенок отражательной камеры без какого бы то ни было реактивного выброса.
Критики идеи утверждали, что согласно закону сохранения импульса, идея Шойера не сработает – чтобы получить ускорение в одном направлении, необходимо выбрасывать некое вещество в другом направлении, а EmDrive – система закрытая. Однако Шойер утверждает, что следуя физике, описанной в СТО, EmDrive на самом деле подчиняется законам сохранения импульса и энергии.




Из-за сомнительной природы двигателя его долго не принимали всерьёз, однако в 2008 китайские физики объявили о подтверждении работоспособности заявленной конструкции, затем последовало еще несколько сообщений от инженеров-энтузиастов, так что постепенно накапливалось всё больше подтверждений тому, что этот странный двигатель всё-таки работает.
После этого за проверку работоспособности в конце концов принялось НАСА - агентство с достаточно хорошей репутацией.
Испытания были проведены в 2013 году в лаборатории НАСА Eagleworks Laboratories, и по их результатам агентство в апреле 2014 на конференции по двигателям подтвердило, что двигатель, испытанный ими, действительно создаёт (пусть и небольшую, 30-50 мкН) тягу: "Данные по тяге у модели TM212 при давлении, не превышающем 8е-6 мм рт. ст., полученные от тестов по прямому, обратному и нулевому движению, позволяют заключить, что система выдаёт постоянную тягу с отношением тяги к мощности равным 1,2 +- 0.1 мН/кВт".
За проверку отвечал профессор Гарольд Уайт, который представил свою теоретическую модель работы двигателя. Он считает, что ускорение системе придают виртуальные частицы, которые рождаются в квантовом вакууме и ведут себя так же, как рабочее тело в ионных двигателях - только в данном случае рабочее тело извлекается из "самой ткани пространства-времени", что позволяет не тащить его с собой.
Правда, сам Шойер весьма прохладно отнесся к результатам. "Всё это уже было проделано 10 лет назад. Если вам интересно рыться в рассекреченных бумагах, вы можете заметить, что уровни достигнутой нами тяги выше, чем у НАСА", - сказал он.




Тем не менее, многие физики не сочли объяснение достаточно убедительным и посчитали полученные результаты ошибкой или действием каких-то побочных эффектов, не учтенных в эксперименте. Другие ученые попытались дать объяснение наблюдаемому эффекту.
В частности, учёный из Плимутского университета Майк Макалох [Mike McCulloch] в своей работе предлагает использовать для этого такой экзотический эффект, как излучение Унру. Теория достаточно странная, но неплохо согласуется с результатами.

После NASA инженеры не успокоились - за исследование взялись немцы из Дрезденского технологического университета. В представленной 27 июля 2015 года презентации профессор Мартин Таджмар указывает, что он с командой провели в лаборатории все тесты и подтвердили наличие реальной тяги у двигателя. При этом, как честно указывает учёный, "природа наблюдаемой тяги пока не ясна".
Как говорится в презентации: "Мы пронаблюдали тягу, совпадающую с предсказанными значениями, устранив при этом очень много возможных источников ошибок, что даёт основание для дальнейших исследований. На следующих этапах необходимо будет применить улучшенную магнитную изоляцию, дальнейшее проведение тестов в вакууме и улучшенные модели двигателя с увеличенными показателями тяги, и применением электронного управления, которое позволит настраивать устройство для поиска оптимального режима работы".

В мае 2015 года румынский инженер собрал EmDrive самостоятельно и провёл независимое исследование работы этого "ведра с магнетроном", в результате чего также получил подтверждение работоспособности и выложил видео с записью эксперимента на широкое обсуждение.



Захватывающая в своей странности ситуация с "невозможным" двигателем EmDrive на электромагнитных волнах получила развитие после повторного теста НАСА, вновь принесшего положительные результаты. Инженеры агентства уверяют, что провели работу над ошибками и устранили все недочёты, которые могли повлиять на полученный результат в прошлый раз. Тем не менее, работающий на непонятном принципе двигатель продолжает выдавать тягу.
На форуме в октябре 2015 года НАСА инженер Пол Марч [Paul March] рассказал о достигнутом на сегодняшний день. Инженеры, в частности, установили в тестовой камере дополнительную электромагнитную изоляцию, по меньшей мере на порядок уменьшившую влияние паразитных магнитных полей, и тем самым исключили возможное влияние на двигатель силы Лоренца. Также было усовершенствовано заземление крутильного маятника, и проведены другие работы над улучшением тестовой установки.
Тем не менее, при мощности в 80 Вт в установке всё ещё присутствует тяга порядка 100 мкН - как выразился Марч, наблюдаются "аномальные признаки тяги".

В начале сентября 2017 года китайские ученые заявили о создании "рабочей" версии микроволнового двигателя EmDrive, работу которого невозможно объяснить в рамках классической физики, сообщает Daily Mail со ссылкой на телеканал CCTV-2. Технические подробности изобретения не приводятся. Однако в ролике о нем (на чисто китайском языке) говорится, что двигатель в ближайшее время будет испытан в космосе.
Ранее, в декабре 2016 года, китайские ученые заявили, что прототип EmDrive прошел испытания на борту космической лаборатории Tiangong-2. Тогда подробностей также не сообщалось.

По одной из версий, новый аппарат для проверки выглядит примерно так:



Интерес к устройству постоянно усиливается. Если на первых порах никто не принимал Шойера всерьёз, в частности, из-за отсутствия у него опубликованных научных работ, то сейчас у него есть и научные работы (после снятия запрета на распространение информации Шойер выложил 4 работы), и подтверждения работоспособности его детища. Конструкция аппарата гораздо проще, чем, например, те же ионные двигатели, и находится ближе к возможности создания "у себя в гараже".
На тему EmDrive существует уже неплохо наполненная википедия (на английском языке).

Если представить на минуту, что таким двигателем получится оснастить реальный межпланетный аппарат, это откроет интересные возможности для изучения Солнечной системы. Тот же полёт к Плутону, который у New Horions занял 9 с половиною лет, по предварительным расчетам может быть осуществлён с двигателем типа EmDrive за 18 месяцев. И это только с учётом той тяги, которая была получена в лаборатории на сегодняшний день. Секрет в том, что такой двигатель сможет постоянно ускоряться, а не просто лететь по баллистической траектории.