Praėjusią savaitę viso pasaulio žiniasklaidoje, besidominčioje mokslu, nuvilnijo žinia apie tai, jog JAV kosmoso agentūra NASA išbandė variklį, kurio veikimas prieštarauja fizikos dėsniams ir pareiškė, jog dėsniai prieštarauja realybei – variklis tikrai veikia. Svetainės wired.com žurnalistai pasikapstė giliau ir atrado papildomos itin įdomios informacijos, padėjusios atsakyti į pačius įdomiausius skaitytojų klausimus.
Praėjusią savaitę viso pasaulio žiniasklaidoje, besidominčioje mokslu, nuvilnijo žinia apie tai, jog JAV kosmoso agentūra NASA išbandė variklį, kurio veikimas prieštarauja fizikos dėsniams ir pareiškė, jog dėsniai prieštarauja realybei – variklis tikrai veikia. Svetainės wired.com žurnalistai pasikapstė giliau ir atrado papildomos itin įdomios informacijos, padėjusios atsakyti į pačius įdomiausius skaitytojų klausimus.
1. Ar tokia nedidelė variklio generuojama jėga negali būti eksperimentinė klaida?
NASA naudota įranga yra tokia jautri, kad gali užfiksuoti net mažesnę nei kelių mikroniutonų jėgą, o variklis generavo kelias dešimtis kartų daugiau.
Įranga sumontuota taip, kad būtų pašalinti visi įmanomų klaidų šaltiniai, kuriuos tik įmanoma pašalinti. Įranga tokia jautri, kad registravo net Ramiojo vandenyno bangas, už 40 kilometrų kas 3–4 sekundes nuplaunančias krantą. Bet aplinkos veiksnių įtaka buvo minimizuota matavimo aparatūrą pastatant ant pneumatinės pagalvės. Įranga yra visiškai izoliuota, o kad per laidus nebūtų perduota jokia rezultatus iškreipti galinti jėga, elektra ir signalai perduodami per skysto metalo kontaktus.
Ne mažiau pastangų buvo skirta siekiant pašalinti ir visus kitus veiksnius, galinčius iškreipti rezultatus. Pavyzdžiui, įrengta visapusiška apsauga nuo elektromagnetinių bangų. Įmanoma, kad šioje apsaugoje gali pasitaikyti kokia nors spragelė, bet panašu, kad NASA inžinieriai dirbo labai kruopščiai.
2. Buvo išmatuota ir „Nulinio variklio“ jėga. Ar tai nereiškia, kad eksperimento rezultatai – niekiniai?
„Nulinio variklio“ veikimas užkliuvo daugeliui skaitytojų – jie klaidingai suvokė, jog tai buvo kontrolinė įranga ir kad buvo išmatuota jėga tuo metu, kai variklis neveikė.
Iš tikrųjų „Nulinis variklis“ yra modifikuota „Cannae“ variklio versija – pastarasis yra skraidančios lėkštės formos įrenginys, su vienoje pusėje išpjautomis angomis. Teoriškai, angos generuoja rezonuojančių mikrobangų jėgos disbalansą. „Nulinis variklis“ yra be išpjautų angų, tačiau, jo viduje esant mikrobangoms, jis vis vien generavo jėgą. Atrodytų, kad tai meta iššūkį teorijai – veikiausiai ne atsitiktinumas yra tai, jog „Cannae“ variklio išradėjas patentuoja naują, kitaip veikiančią variklio versiją – tačiau rezultatai lieka galioti.
Tikrais „kontrolinis bandymas“, kai matavimo įrangoje buvo padėtas daiktas be ertmės, kurioje galėtų lakstyti mikrobangos, jėga generuojama nebuvo.
Eksperimentų ataskaitoje rašoma: „Galų gale, į bandymo įrangą buvo patalpintas objektas su 50 omų radijo dažnio varža ir nustatyta, jog nėra jokių reikšmingų sisteminių veiksnių, kurie sukeltų regimą ar tikrą torsioninės švytuoklės persislinkimą. Radijo dažnio poveikis buvo įjungtas du kartus, abu kartus stiprintuvo išvestis buvo maždaug 28 vatų galios. Abu kartus nebuvo stebima reikšmingų švytuoklės persislinkimų.“
Ne mažiau svarbu yra tai, kad pakeitus variklio orientaciją pasikeitė ir jėgos kryptis.
3. Bandymai buvo atlikti ne vakuume, tai kaip galime žinoti, kad variklis veiks kosmose?
NASA tyrimo santraukoje rašoma, kad matavimai buvo atliekami „plieninėje vakuuminėje kameroje su sandariai uždarytomis durimis, tačiau atmosferos slėgiu viduje“, tačiau vėlesnėje pilnoje tyrimo ataskaitoje nurodoma, kad buvo atliekami ir bandymai, kurių metu turbosiurbliais buvo ištrauktos dujos iš bandymų kameros, todėl joje eksperimento metu slėgis buvo maždaug šimtą milijonų kartų mažesnis, nei Žemės paviršiuje.
4. Kodėl buvo bandomas tik „Cannae“ variklis, o ne brito „EmDrive““
Pasirodo, NASA šių metų sausį bandė ir „EmDrive“ versiją.
To tyrimo rezultatas taip pat buvo teigiamas. Mokslininkų bandytas variklis, pagamintas modifikuojant kinų variklį, kuris savo ruožtu buvo modifikuota „EmDrive“ variklio versija, generavo 91 mikroniutono sunaudojant 17 vatų galios. Palyginimui, „Cannae“ variklis iš 28 vatų galios generavo 40 mikroniutonų jėgos.
Mėgstantiems šiek tiek daugiau techninės informacijos galima rekomenduoti pažiūrėti, kaip „EmDrive“ variklį pristato jo autorius. Pristatymas suskaidytas į tris dalis.
5. Netgi jei variklis veikia, kaip tokia maža jėga gali stumti kosminė laivą pirmyn?
Variklio jėga buvo nedidelė, nes buvo naudojamas labai nedidelės galios aparatas. Kinai pademonstravo sistemą, naudojančią kilovatus, o ne vatus galios, todėl jie sugebėjo išgauti net 720 miliniutonų. To pakanka kelioms dešimtims gramų pakelti, o variklis yra visai konkurencingas lyginant su šiuolaikiniais kosminiais varikliais. Skirtumas tas, jog mikrobangų varikliai nenaudoja jokio kuro, kuris sudaro didžiulę dalį keliamo krovinio ir apriboja kosminio aparato skrydžio nuotolį.
NASA moksliniame darbe rašoma, jog „numatomas galios ir jėgos santykis pirmiesiems skrydžiams yra apie 0,4 niutono kilovatui (N/kWe), kas yra apie septynis kartus daugiau, nei sugeba išgauti modernus Hallo efekto pagrindu sukurtas variklis, šiuo metu naudojamas orbitoje“.
6. Kaip toks variklis nugabentu mus iki Marso?
Nestipri, bet nuolat generuojama „EmDrive“ variklio jėga yra puikiai tinkama kosminėms misijoms, nes palengva pagreitintų kosminį aparatą iki didžiulio greičio.
NASA dokumentuose jau numatyta „konservatyvi“ pilotuojama misija į Marsą iš Žemės orbitos, su 90 tonų svorio kosminiu laivu, varomu naujos technologijos varikliu. Energijos generavimui panaudojus 2 megavatų atominę jėgainę, variklis galėtų išgauti 800 niutonų jėgą. Visa tokia kelionė, kartu su 70 dienų trukmės svečiavimusi Marse, truktų aštuonis mėnesius.
Tai palyginama su NASA planais panašiai misijai naudoti įprastus raketinius variklius: kelionė vos į vieną pusę tokiu atveju truktų šešis mėnesius, o prieš kelionę į orbitą reikėtų iškelti kelis šimtus tonų krovinio, kurių didelę dalį sudarytų degalai. Be to, pasiekus Marsą reikėtų 18 mėnesių pakaukti, kol planetų tarpusavio padėtis būtų palanki atgalinei kelionei. Tuo tarpu naujasis variklis sukuria pakankamai jėgos, kad būtų įveikta Saulės gravitacinė trauka, todėl smarkiai palengvėtų manevravimas.
Ne toks konservatyvus kelionės planas numato, kad pažangi nauja variklių technologija tam pačiam galios kiekiui generuos dešimteriopai daugiau jėgos – tai reiškia, kad kelionė į Marsą truktų vos 28 dienas, o kosminis laivas po Saulės sistemą galėtų skraidyti kur panorėjęs. Tikra NASA svajonių raketa.
7. Kas ten per pasakos apie levituojančias riedlentes ir skraidančius automobilius?
Variklio „EmDrive“ versija, patobulinta superlaidumo technologijomis, iš principo galėtų generuoti tūkstančius kartų daugiau jėgos. O kadangi daikto išlaikymui tame pačiame aukštyje jėga nereikalinga (kaip kad ji nereikalinga ir mūsų užpakalius virš žemės laikančioms kėdėms), teoriškai galima būtų sukurti levituojančias transporto priemones, kurios kybotų ore.
Tiesa, reikėtų kažkokios jėgos toms transporto priemonėms norint pajudėti kuria nors kryptimi. Tačiau bet kuriuo atveju superlaidumo principus išnaudojanti elektronika yra gana grėmėzdiška bei brangi, todėl „super-EmDrive“ variklių artimiausiais metais tikrai neišvysime.
8. Vienos laboratorijos pateikti rezultatai juk gali būti klaidingi?
Vienos laboratorijos – tikrai taip, tačiau NASA bandymas labiau vadintinas Rogerio Shawyerio eksperimentų, su „EmDrive“ atliktų Jungtinėje karalystėje, profesoriaus Yango Juano eksperimentų, atliktų Kinijoje ir Guido Ferra bandymų su „Cannae“ varikliu, rezultatų patvirtinimas.
9. Kodėl nėra jokio suprantamo paaiškinimo, kaip tas variklis turėtų veikti nepažeidžiant fizikos dėsnių?
Skirtingos fizikų grupės pateikia savas teorijas apie variklio veikimo principus. R. Shawyeris remiasi reliatyvumo teorija, kinai – Maxwello dėsniu, o NASA kalba apie tai, kad atsistumiama nuo „kvantinio vakuumo virtualių dalelių“ bei teigia, jog tai yra „panašu į tai, kaip povandeninis laivas sąveikauja su aplink jį esančiu vandeniu“. NASA ataskaitoje sąmoningai vengiama bet kokios teorinės diskusijos šiuo klausimu – ir ne be priežasties
Visi šie paaiškinimai yra susilaukę teoretikų kritikos ir būtų teisinga teigti, kad kol kas nėra vieno priimto paaiškinimo, kaip uždara rezonuojančių mikrobangų sistema galėtų generuoti jėgą. Tiesa, lygiai taip pat nėra visuotinai priimto paaiškinimo, kaip veikia aukštos temperatūros superlaidininkai, tačiau šis reiškinys atkartotas tiek daug kartų, kad jo realumu niekas neabejoja.
Jeigu naujo tipo variklių veikimas taip pat bus atkartotas daug kartų, tuomet visai gali būti, kad teorijai teks vytis realų reiškinį.
10. O kas toliau?
Ateityje mūsų laukia daugiau bandymų ir daugiau patvirtinimų (arba paneigimų). Jau suprojektuota pagerinta „EmDrive“ variklio versija, kuri pus pagaminta bei išsiuntinėta kitoms tyrimų įstaigoms, kad šios patikrintų pradinius rezultatus.
Kol kas numatyta, kad variklių bandymus atliks Glenno tyrimų centras, turintis savo mažos jėgos torsioninę švytuoklę, panašią į tą, kurią panaudojo „Cannae“ bandę NASA inžinieriai, taip pat Reaktyvinių variklių laboratorija, turinti savo mažos jėgos torsioninę švytuoklę. Johnso Hopkinso universiteto taikomosios fizikos laboratorija taip pat gali būti tinkama bandymams, nors jie naudoja kitokią įrangą, vadinamąsias Cavendisho svarstykles.
Ir jei tolesni bandymai patvirtins naujo tipo variklio veikimą, tuomet net dangus nebus riba.
