Siden rumalderens fødsel er drømmen om en tur til et andet solsystem blevet holdt på linje med raket, hvilket alvorligt begrænser hastigheden og størrelsen på det rumfartøj, vi lancerer i rummet. Forskere estimerer, at selv med de mest kraftfulde raketmotorer i dag vil det tage omkring 50.000 år at nå vores nærmeste interstellare nabo, Alpha Centauri. Hvis mennesker nogensinde håber at se en fremmed sol gå op, bør transittiderne reduceres betydeligt.
Kører den umulige EmDrive?
Blandt de avancerede motorkoncepter, der kunne få dette væk fra jorden, har meget få skabt så meget spænding - og kontrovers - som EmDrive. Først beskrevet for næsten tyve år siden fungerer EmDrive ved at konvertere elektricitet til mikrobølger og lede denne elektromagnetiske stråling gennem et konisk kammer. I teorien kan mikrobølger lægge pres på kammerets vægge og skabe nok skub til at flytte et rumfartøj i rummet. For tiden eksisterer EmDrive imidlertid kun som en laboratorieprototype, og det er stadig uklart, om det overhovedet er i stand til at generere drivkraft. Hvis det er tilfældet, er det kræfter, der ikke er stærke nok til at blive set med det blotte øje, hvad så ikke desto mindre bevæger apparatet.
I løbet af de sidste par år har flere forskere, herunder NASA, hævdet at have med succes produceret drivkraft med EmDrive. Hvis dette er sandt, er vi i et af de største gennembrud i rumforskningens historie. Problemet er, at drivkraften, der observeres i disse eksperimenter, er så lille, at det er svært at se, om det overhovedet findes.
Løsningen er at udvikle et instrument, der kan måle disse mindre trykmanifestationer. Derfor besluttede et team af fysikere fra det tyske Technische Universität Dresden at oprette en enhed, der ville løse dette problem. SpaceDrive-projektet, ledet af fysiker Martin Taimar, handler om at skabe et instrument, der er så følsomt og immun mod interferens, at det vil afslutte diskussionen en gang for alle. I oktober præsenterede Taimar og hans team deres andet sæt eksperimentelle EmDrive-målinger på den internationale astronautiske kongres, og deres resultater vil blive offentliggjort i Acta Astronautica i august. Baseret på resultaterne af eksperimenterne siger Taimar, at opløsningen af sagaen med EmDrive venter på os om et par måneder.
Mange forskere og ingeniører tror ikke på EmDrive, fordi det er i strid med fysikkens love. Mikrobølgerne, der skubber væggene til EmDrive-kammeret ud, ser ud til at generere skyvekraft ex nihilo, det vil sige ud af intet, der strider mod bevarelse af momentum - handling og ingen reaktion. EmDrive-fortalere er på sin side på udkig efter svar i smarte fortolkninger af kvantemekanikken og forsøger at forstå, hvordan EmDrive kunne arbejde uden at ødelægge den newtonske fysik.”Fra et teoretisk synspunkt tager ingen det alvorligt,” siger Taimar. Hvis EmDrive er i stand til at generere drivkraft, som nogle grupper hævder, "har ingen en anelse om, hvor det kommer fra." Når der er et teoretisk kløft af denne størrelse i videnskaben, ser Taimar kun en måde at lukke den på: eksperimentel.
Salgsfremmende video:
I slutningen af 2016 var Taimar og 25 andre fysikere samlet i Estes Park, Colorado til den første konference om EmDrive og relaterede eksotiske fremdrivningssystemer. En af de mest interessante præsentationer blev givet af Paul Marsh, en fysiker ved NASAs Eagleworks-laboratorium, hvor han og hans kollega Harold White testede forskellige prototyper af EmDrive. Ifølge Marshs præsentation og en efterfølgende rapport i Journal of Propulsion and Power, observerede han og White flere titusvis af mikronevtons kraft i deres EmDrive-prototype. Til sammenligning producerer en enkelt SpaceX Merlin-motor ca. 845.000 Newton-træk ved havoverfladen. Problemet for Marsh og White var imidlertid, at deres eksperimentelle opsætning indeholdt flere kilder til interferens, så de ikke kunne sige med sikkerhed, hvad der forårsagede drivkraften.eller en bestemt hindring.
Taimar og Dresden-teamet brugte en nøjagtig kopi af EmDrive-prototypen, der blev brugt i NASA-laboratoriet. Det er en afkortet kobberkegle - med toppen afskåret - lige under en fod lang. Dette design blev opfundet af ingeniøren Roger Scheuer, der først beskrev EmDrive i 2001. Under testning placeres EmDrive-keglen i et vakuumkammer. Uden for kameraet genererer enheden et mikrobølgesignal, der overføres via koaksiale kabler til antenner inde i keglen.
Dette er ikke første gang et hold i Dresden har forsøgt at måle næsten umærkelig styrke. De skabte lignende enheder til at arbejde på ionmotorer, som bruges til nøjagtigt at placere satellitter i rummet. Disse micronewton-motorer hjælper satellitter med at opdage svage fænomener som tyngdepunktbølger. Men at studere EmDrive og lignende motorer uden brændstof kræver nanonewton-opløsning.
Den nye metode var at anvende en torsionsbalance, en balance mellem pendeltypen, der måler mængden af drejningsmoment påført pendulens akse. En mindre følsom version af denne balance blev også brugt af NASA-teamet, da de besluttede, at EmDrive producerer tryk. For at måle denne lille kraft nøjagtigt brugte Dresden-teamet et laserinterferometer til at måle den fysiske forskydning af balancevægterne produceret af EmDrive. Deres torsionsskala har nanonewton-opløsning og understøtter flere kilogram thrustere, sagde Taimar, hvilket gør dem til de mest følsomme skubbevægelser, der findes.
Men virkelig følsomme trykvægte vil sandsynligvis ikke være nyttige, medmindre du kan bestemme, om den detekterede kraft er tryk og ikke en ekstern interferens. Og der er mange alternative forklaringer på Marsh og White's observationer. For at bestemme, om EmDrive rent faktisk producerer tryk, skal forskere være i stand til at beskytte enheden mod interferens fra Jordens magnetfelter, seismiske vibrationer i miljøet og termisk udvidelse af EmDrive, der er forbundet med mikrobølgeopvarmning.
Taimar sagde at foretage ændringer i design af torsionsbalance - for bedre at kontrollere EmDrive-strømforsyningen og beskytte den mod magnetfelter - vil løse et antal interferensproblemer. Det var meget vanskeligere at løse problemet med "termisk drift". Når der påføres EmDrive strøm, opvarmes kobberkeglen og udvides, hvilket skifter sit tyngdepunkt nok til, at torsionsbalancen registrerer en kraft, der kan forveksles med trækkraft. Taiman og hans team håbede, at ændring af motorens orientering ville hjælpe med at løse dette problem.
I 55 eksperimenter registrerede Taimar og hans kolleger i gennemsnit 3,4 mikronewt kraft fra EmDrive, hvilket var meget lig det, de fandt på NASA. Desværre kom disse kræfter tilsyneladende ikke til den termiske forskydningstest. De var mere karakteristiske for termisk ekspansion end drivkraft.
Men for EmDrive går håbet ikke tabt. Taimar og kolleger udvikler også to yderligere typer trykvægte, herunder en superledende balance, der vil hjælpe med at eliminere falske positiver forårsaget af termisk drift. Hvis de finder styrken fra EmDrive på denne skala, er chancerne for, at det virkelig er et skub. Men hvis skalaen ikke registrerer noget skub, betyder det, at alle tidligere observationer af EmDrive-skyvekraft var falsk positive. Taimar håber at modtage en endelig dom inden årets udgang.
Men selv negative resultater betyder ikke en dom for EmDrive. Der er mange andre typer ikke-brændstofmotorer. Og hvis forskere nogensinde udvikler nye former for lav-trykbevægelse, vil ultrasensitive trækskalaer hjælpe med at skille fiktion fra kendsgerning.
Ilya Khel
