Как работает «невозможный» двигатель EmDrive и можно ли его повторить

В 1999 году инженер из Британии Роджер Шойер предложил принципиально новую двигательную установку ― EmDrive. Данное устройство, имеющее асимметричный резонатор и магнетрон, в теории, создавало тягу при помощи стоячей волны, что противоречило многим законам физики. Работоспособность EmDrive пока не доказана, однако если окажется, что подобное устройство действует, это не только позволит землянам сделать огромный шаг в дальний космос, но и перечеркнёт состоятельность многих, ранее незыблемых, законов физики.

EmDrive многие называют «вечным двигателем», так как топлива он не требует. В случае если чудо-установка на самом деле будет работать, космические полёты станут проще и дешевле. Например, до Марса мы долетим недель за 10, а не шесть-семь месяцев, как на современных ракетах. До звезды Альфа Центавра можно будет добраться за 90―92 года, а не за тысячу лет.

Визуально первый EmDrive напоминал медное ведро с крышкой и торчащими проводами. Магнетрон (вакуумная трубка, создающая излучение, как в микроволновке) в нём генерировал микроволны, а резонатор ― накапливал энергию их колебаний. Магнетрон состоит из пустотелого анода-цилиндра и катода-волоска, расположенного в центре. Из катода выходят электроны, перемещаются по цилиндру и излучают микроволны.

В теории, конструкция была способна на преобразование излучения в тягу, но чёткие доказательства отсутствовали. Запатентованный учёным «вечный двигатель» отличался наличием сверхпроводящей пластины у большего основания резонатора. Считалось, что EmDrive не может быть любого рода реактивным двигателем, так как в нём нет ни направленного электромагнитного излучения, ни истекающего рабочего тела.

Шойер подчёркивал, что главная особенность EmDrive ― форма резонатора. Так как передняя и задняя крышки «ведра» по диаметру разные, на них воздействуют не одинаковой величины силы, которые вызываются стоячей электромагнитной волной, проходящей через резонатор. Сила получается равнодействующей, потому она толкает двигатель вперед, так как создаёт тягу в направлении меньшей крышки. Для тех, кто ничего не понял, Шойер уточнил, что на самом деле всё очень сложно, а эффекты могут быть связаны со специальной теорией относительности.

В конце 2002 года Шойер и его компания Satellite Propulsion Research сообщила, что её EmDrive реально развивает усилие 0,02 Н, в 2006 году эта же компания представила новый вариант двигателя, якобы развивающего силу тяги в 0,1 Н, а в 2015 году ― EmDrive, оснащённый сверхпроводящей полостью. Это сподвигло других исследователей начать разработки собственных аналогов «вечного двигателя».

После 2006 года американцы из компании Cannae LLC создали аналогичный EmDrive двигатель, назвав его «Q-drive». Китайская исследовательская группа Ян Цзюань создала свой прототип двигателя, вроде как показавшего усилие 0,72 Н, но в 2016 году опровергла результат, сославшись на «шум измерений».

Под эгидой NASA с 2013 года работали исследователи лаборатории Eagleworks. Используя крутящийся маятник для сверхмалых сил, способный фиксировать силы, равные десяткам микроньютонов, в вакуумной камере из нержавеющей стали, учёные получили результат 0,0001 Н. Резонатор испытывался при мощности в 50 раз меньшей, чем у Шойера, а «чистая» максимальная кратковременная тяга составила 116 мкН (при мощности подводимого тока 17 Вт).

Однако широкую общественность EmDrive по-настоящему заинтересовал после исследования 2016 года, проведенного специалистами из NASA лаборатории Johnson Space Center. Очередное испытание провели в условиях, приближенных к вакууму, где внешние воздействия были сведены к минимуму. Оказалось, что двигатель на самом деле создаёт тягу, равную 1,2 ± 0,1 миллиньютона на киловатт мощности. Учёные, конечно, не поверили полученному результату, подозревая ошибку, но достижение зафиксировали.

Примечательно, что публикации, подписанные как «опробованные НАСА», многие приняли за доказательство работоспособности изобретения, однако само агентство опровергло такие версии, сообщив, что это лишь «мелкий проект, пока не давший чётких результатов». При этом в последней из статей высказывалось предположение, что двигатель может работать в соответствии с теорией де Бройля — Бома (теория волны-пилота).

Новая публикация была сделана группой Мартина Таймара из Дрездена. Эти учёные сообщили, что наблюдаемая тяга в EmDrive, вероятно, связана с недостаточным экранированием устройства непосредственно от магнитного поля Земли.

Испытательно-измерительная установка для исследований «вечного двигателя» EmDrive в Техническом университете города Дрезден

А вот китайские учёные с 2010 года начали испытания аналога EmDrive сразу в космосе, на низкой околоземной орбите в лаборатории «Тяньгун-2». Информация была опубликована в интернет-газете International Business Times в 2016 году, однако о результатах работы ничего не говорилось.

Двигатель «бестопливного типа» на основе «квантованной инерции», то есть вероятный аналог EmDrive, начал разрабатывать в 2018 году Плимутский университет. Агентство DARPA выделило на проект 1,3 млн долларов.

Работает ли на самом деле EmDrive?

Реальная работа EmDrive долгое время была недоказуема, как, впрочем, и несостоятельность установки. Те признаки работоспособности, которые периодически фиксировались учёными, были столь незначительны и малы, что не выходили за рамки погрешности или ошибки в измерениях.

Говорят, что EmDrive ― устройство столь простое, что собрать конструкцию сможет любой школьник, умеющий пользоваться паяльником

В 2016 году, когда в одном из научных журналов опубликовали независимое исследование группы Eagleworks, сообщалось, что в этом эксперименте были исправлены и устранены все возможные ошибки, а аппарат ― работал! Только вот последующие, вдвое более точные, проверки и измерения, выполненные исследователями из Дрездена в 2021 году, показали, что тяга в EmDrive появляется из-за внешних воздействий. Сам же «чудо-прибор» совершенно не рабочий. Предыдущие же ошибки (когда обнаруживалась настоящая тяга) объяснялись плохой изоляцией конструкции, повышенной температурой окружающей среды и прочими факторами.

А что у нас?

Информации о том, что кто-либо в России пытался создать отечественный EmDrive, отсутствует. Однако наши учёные шутят, что подобные двигатели давно изобретены: по принципу EmDrive, вероятно летает ступа Бабы Яги, а также пепелац из фильма «Кин-дза-дза». А из иностранцев подобную технологию использовал барон Мюнхгаузен, сам себя вытаскивающий за волосы из болота.