Siden fødselen av romalderen har drømmen om en tur til et annet solsystem blitt holdt i en "rakettbånd" som sterkt begrenser hastigheten og størrelsen på romfartøyet vi lanserer ut i verdensrommet. Forskere anslår at selv med de kraftigste rakettmotorene i dag, vil det ta omtrent 50 000 år å nå vår nærmeste interstellare nabo, Alpha Centauri. Hvis mennesker noen gang håper å se en fremmed sol komme opp, bør transittidene reduseres betydelig.
Kjører den umulige EmDrive?
Blant de avanserte motorkonseptene som kan få dette fra bakken, er det svært få som har generert like mye spenning - og kontrovers - som EmDrive. Først beskrevet for snart tjue år siden, fungerer EmDrive ved å konvertere elektrisitet til mikrobølger og lede denne elektromagnetiske strålingen gjennom et konisk kammer. I teorien kan mikrobølger legge press på veggene i kammeret og skape nok skyvekraft til å flytte et romskip i verdensrommet. Foreløpig eksisterer EmDrive imidlertid bare som en laboratorieprototype, og det er fremdeles uklart om den i det hele tatt er i stand til å generere skyvekraft. Hvis det gjør det, er det krefter som ikke er sterke nok til å bli sett med det blotte øye, enn si å bevege apparatet.
I løpet av de siste årene har imidlertid flere forskere, inkludert NASA, hevdet å ha produsert kraft med EmDrive. Hvis dette er sant, er vi inne på et av de største gjennombruddene i romutforskningens historie. Problemet er at drivkraften observert i disse eksperimentene er så liten at det er vanskelig å se om det eksisterer i det hele tatt.
Løsningen er å utvikle et instrument som kan måle disse mindre skyve manifestasjonene. Derfor bestemte et team av fysikere fra det tyske Technische Universität Dresden å lage et apparat som ville løse dette problemet. SpaceDrive-prosjektet, ledet av fysiker Martin Taimar, handler om å lage et instrument så følsomt og immun mot forstyrrelser at det vil avslutte diskusjonen en gang for alle. I oktober presenterte Taimar og teamet sitt andre sett med eksperimentelle EmDrive-målinger på den internasjonale astronautiske kongressen, og resultatene deres vil bli publisert i Acta Astronautica i august. Basert på resultatene fra eksperimentene, sier Taimar at oppløsningen av sagaen med EmDrive venter på oss om et par måneder.
Mange forskere og ingeniører tror ikke på EmDrive fordi det bryter fysikkens lover. Mikrobølgene som skyver veggene i EmDrive-kammeret ser ut til å generere skyvekraft ex nihilo, det vil si, ut av ingenting, som strider mot bevaring av momentum - handling og ingen reaksjon. EmDrive-talsmenn på sin side leter etter svar i smarte tolkninger av kvantemekanikken, og prøver å forstå hvordan EmDrive kunne fungere uten å bryte den newtonske fysikken. "Fra et teoretisk synspunkt er det ingen som tar det på alvor," sier Taimar. Hvis EmDrive er i stand til å generere skyvekraft, som noen grupper hevder, "har ingen anelse om hvor den kommer fra." Når det er et teoretisk gap av denne størrelsesorden i vitenskapen, ser Taimar bare en måte å lukke den på: eksperimentell.
Salgsfremmende video:
På slutten av 2016 samlet Taimar og 25 andre fysikere seg i Estes Park, Colorado for den første konferansen om EmDrive og relaterte eksotiske fremdriftssystemer. En av de mest interessante presentasjonene ble gitt av Paul Marsh, en fysiker ved NASAs Eagleworks-laboratorium, der han og kollegaen Harold White testet forskjellige EmDrive-prototyper. I følge Marshs presentasjon og en påfølgende rapport i Journal of Propulsion and Power, observerte han og White flere titalls mikronivåstøt i deres EmDrive-prototype. Til sammenligning produserer en enkelt SpaceX Merlin-motor omtrent 845 000 Newtons skyvekraft ved havnivået. Problemet for Marsh og White var imidlertid at deres eksperimentelle oppsett inkluderte flere forstyrrelseskilder, slik at de ikke kunne si med sikkerhet hva som forårsaket skyvekraften.eller en spesifikk hindring.
Taimar og Dresden-teamet brukte en nøyaktig kopi av EmDrive-prototypen som ble brukt i NASA-laboratoriet. Det er en avkortet kobberkjegle - med toppen avskåret - i underkant av en fot lang. Dette designet ble oppfunnet av ingeniøren Roger Scheuer, som først beskrev EmDrive i 2001. Under testing plasseres EmDrive-kjeglen i et vakuumkammer. Utenfor kameraet genererer enheten et mikrobølgesignal som overføres gjennom koaksialkabler til antenner inne i kjeglen.
Dette er ikke første gang et lag i Dresden har forsøkt å måle nesten umerkelig styrke. De skapte lignende enheter som fungerer på ionemotorer, som brukes til å plassere satellitter i verdensrommet nøyaktig. Disse micronewton-motorene hjelper satellitter med å oppdage svake fenomener som gravitasjonsbølger. Men å studere EmDrive og lignende motorer uten drivstoff vil kreve nanonewton-oppløsning.
Den nye tilnærmingen var å bruke en torsjonsbalanse, en balanse av pendeltypen som måler mengden dreiemoment påført pendulens akse. En mindre sensitiv versjon av denne balansen ble også brukt av NASA-teamet da de bestemte seg for at EmDrive skulle produsere skyvekraft. For å måle denne lille kraften nøyaktig, brukte Dresden-teamet et laserinterferometer for å måle den fysiske forskyvningen av balansevektene produsert av EmDrive. Deres torsjonsskala har nanonewton-oppløsning og støtter flere kilo thrustere, sa Taimar, noe som gjør dem til de mest følsomme skyvevektene som eksisterer.
Men virkelig følsomme skyvevekter vil neppe være nyttige med mindre du kan bestemme om den oppdagede kraften er skyvekraft og ikke en ekstern forstyrrelse. Og det er mange alternative forklaringer på Marsh og Whites observasjoner. For å bestemme om EmDrive faktisk produserer skyvekraft, må forskere kunne beskytte enheten mot forstyrrelser fra jordas magnetfelt, seismiske vibrasjoner i miljøet og termisk utvidelse av EmDrive assosiert med mikrobølgeoppvarming.
Taimar sa at å gjøre endringer i utformingen av torsjonsbalansen - for bedre å kontrollere EmDrive-strømforsyningen og beskytte den mot magnetiske felt - vil løse et antall forstyrrelsesproblemer. Det var mye vanskeligere å løse problemet med "termisk drift". Når kraft påføres EmDrive, varmes kobberkjeglen opp og utvides, og skifter tyngdepunktet nok til at torsjonsbalansen registrerer en kraft som kan tas feil av trekkraft. Taiman og teamet hans håpet at å endre orientering på motoren ville bidra til å løse dette problemet.
I 55 eksperimenter registrerte Taimar og hans kolleger gjennomsnittlig 3,4 mikronton kraft fra EmDrive, noe som var veldig likt det de fant på NASA. Akk, disse styrkene kom tilsynelatende ikke til den termiske forskyvningstesten. De var mer karakteristiske for termisk ekspansjon enn skyvekraft.
Men for EmDrive går ikke håpet tapt. Taimar og kollegene utvikler også to andre typer skyvevekter, inkludert en supraledende balanse, som vil bidra til å eliminere falske positiver forårsaket av termisk drift. Hvis de finner styrken fra EmDrive på denne skalaen, er sjansen stor for at det virkelig er et dytt. Men hvis skalaen ikke oppdager noe skyvekraft, vil det bety at alle tidligere observasjoner av EmDrive-skyvekraft var falske positive. Taimar håper å få en endelig dom før utgangen av året.
Men selv negative resultater vil ikke bety en dom for EmDrive. Det er mange andre typer ikke-drivstoffmotorer. Og hvis forskere noensinne utvikler nye former for lavtrykkskraft, vil ultrasensitive trekkskalaer bidra til å skille fiksjon fra faktum.
Ilya Khel
