Fin dalla nascita dell'era spaziale, il sogno di un viaggio in un altro sistema solare è stato tenuto in un "guinzaglio per razzi" che limita fortemente la velocità e le dimensioni del veicolo spaziale che lanciamo nello spazio. Gli scienziati stimano che anche con i motori a razzo più potenti oggi, ci vorranno circa 50.000 anni per raggiungere il nostro vicino interstellare più vicino, Alpha Centauri. Se gli umani sperano mai di vedere sorgere un sole alieno, i tempi di transito dovrebbero essere notevolmente ridotti.
L'EmDrive impossibile è in esecuzione?
Tra i concetti di motore avanzati che potrebbero far decollare questo, pochissimi hanno generato tanta eccitazione - e polemiche - quanto l'EmDrive. Descritto per la prima volta quasi vent'anni fa, EmDrive funziona convertendo l'elettricità in microonde e dirigendo questa radiazione elettromagnetica attraverso una camera conica. In teoria, le microonde possono esercitare pressione sulle pareti della camera e creare una spinta sufficiente per spostare un veicolo spaziale nello spazio. Per ora, tuttavia, EmDrive esiste solo come prototipo di laboratorio e non è ancora chiaro se sia in grado di generare spinta. Se lo fa, allora sono forze che non sono abbastanza forti da essere viste ad occhio nudo, per non parlare del movimento dell'apparato.
Tuttavia, negli ultimi anni, diversi scienziati, inclusa la NASA, hanno affermato di aver prodotto con successo la spinta con EmDrive. Se questo è vero, siamo di fronte a una delle più grandi scoperte nella storia dell'esplorazione spaziale. Il problema è che la spinta osservata in questi esperimenti è così piccola che è difficile dire se esiste.
La soluzione è sviluppare uno strumento in grado di misurare queste piccole manifestazioni di spinta. Pertanto, un team di fisici della Technische Universität Dresden tedesca ha deciso di creare un dispositivo che risolvesse questo problema. Il progetto SpaceDrive, guidato dal fisico Martin Taimar, mira a creare uno strumento così sensibile e immune alle interferenze da porre fine alla discussione una volta per tutte. In ottobre, Taimar e il suo team hanno presentato la loro seconda serie di misurazioni sperimentali, EmDrive, al Congresso internazionale di astronautica, ei loro risultati saranno pubblicati su Acta Astronautica questo agosto. Sulla base dei risultati degli esperimenti, Taimar afferma che la risoluzione della saga con EmDrive ci aspetta tra un paio di mesi.
Molti scienziati e ingegneri non credono in EmDrive perché viola le leggi della fisica. Le microonde che spingono le pareti della camera EmDrive sembrano generare una spinta ex nihilo, cioè dal nulla, che va contro la conservazione della quantità di moto: azione e nessuna reazione. I fautori di EmDrive, a loro volta, cercano risposte in interpretazioni intelligenti della meccanica quantistica, cercando di capire come EmDrive potrebbe funzionare senza rompere la fisica newtoniana. "Da un punto di vista teorico, nessuno lo prende sul serio", afferma Taimar. Se EmDrive è in grado di generare spinta, come affermano alcuni gruppi, "nessuno ha la più pallida idea da dove provenga". Quando c'è una lacuna teorica di questa portata nella scienza, Taimar vede solo un modo per chiuderla: sperimentale.
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Alla fine del 2016, Taimar e altri 25 fisici si sono riuniti a Estes Park, in Colorado, per la prima conferenza su EmDrive e sui relativi sistemi di propulsione esotici. Una delle presentazioni più interessanti è stata fatta da Paul Marsh, un fisico presso il laboratorio Eagleworks della NASA, dove lui e il suo collega Harold White hanno testato vari prototipi di EmDrive. Secondo la presentazione di Marsh e un successivo rapporto pubblicato sul Journal of Propulsion and Power, lui e White hanno osservato diverse decine di micronewton di spinta nel loro prototipo EmDrive. In confronto, un singolo motore SpaceX Merlin produce circa 845.000 Newton di spinta a livello del mare. Tuttavia, il problema per Marsh e White era che la loro configurazione sperimentale includeva più fonti di interferenza, quindi non potevano dire con certezza cosa avesse causato la spinta.o un ostacolo specifico.
Taimar e il team di Dresda hanno utilizzato una replica esatta del prototipo EmDrive utilizzato nel laboratorio della NASA. È un tronco di cono di rame - con la parte superiore tagliata - lungo poco meno di un piede. Questo design è stato inventato dall'ingegnere Roger Scheuer, che per primo ha descritto EmDrive nel 2001. Durante il test, il cono EmDrive viene posto in una camera a vuoto. All'esterno della telecamera, il dispositivo genera un segnale a microonde che viene trasmesso attraverso cavi coassiali alle antenne all'interno del cono.
Non è la prima volta che una squadra di Dresda tenta di misurare una forza quasi impercettibile. Hanno creato dispositivi simili per lavorare sui motori a ioni, che vengono utilizzati per posizionare con precisione i satelliti nello spazio. Questi motori micronewton aiutano i satelliti a rilevare fenomeni deboli come le onde gravitazionali. Ma studiare EmDrive e motori simili senza carburante richiederà una risoluzione in nanonewton.
Il nuovo approccio prevedeva l'uso di una bilancia di torsione, una bilancia di tipo a pendolo che misura la quantità di coppia applicata all'asse del pendolo. Una versione meno sensibile di questo bilanciamento è stata utilizzata anche dal team della NASA quando hanno deciso che l'EmDrive stava producendo spinta. Per misurare con precisione questa piccola forza, il team di Dresda ha utilizzato un interferometro laser per misurare lo spostamento fisico dei pesi di bilanciamento prodotti dall'EmDrive. Le loro scale di torsione hanno una risoluzione di nanonewton e supportano diversi chilogrammi di propulsori, ha detto Taimar, rendendole le scale di spinta più sensibili esistenti.
Ma è improbabile che pesi di spinta veramente sensibili siano utili a meno che non sia possibile determinare se la forza rilevata è spinta e non un'interferenza esterna. E ci sono molte spiegazioni alternative per le osservazioni di Marsh e White. Per determinare se l'EmDrive produce effettivamente spinta, gli scienziati devono essere in grado di schermare il dispositivo dalle interferenze dei campi magnetici terrestri, dalle vibrazioni sismiche nell'ambiente e dall'espansione termica dell'EmDrive associata al riscaldamento a microonde.
Taimar ha affermato che apportare modifiche al design della bilancia di torsione - per controllare meglio l'alimentatore EmDrive e proteggerlo dai campi magnetici - risolverà una serie di problemi di interferenza. È stato molto più difficile risolvere il problema della "deriva termica". Quando viene applicata potenza all'EmDrive, il cono di rame si riscalda e si espande, spostando il suo centro di gravità abbastanza da far sì che il bilanciamento di torsione registri una forza che potrebbe essere scambiata per trazione. Taiman e il suo team speravano che cambiare l'orientamento del motore avrebbe aiutato a risolvere questo problema.
In 55 esperimenti, Taimar ei suoi colleghi hanno registrato una media di 3,4 micronewton di forza da EmDrive, che era molto simile a quello che hanno trovato alla NASA. Purtroppo, queste forze apparentemente non sono arrivate al test di spostamento termico. Erano più caratteristici dell'espansione termica che della spinta.
Ma per EmDrive, la speranza non è persa. Taimar e colleghi stanno anche sviluppando due ulteriori tipi di pesi di spinta, incluso un equilibrio superconduttore, che aiuterà ad eliminare i falsi positivi causati dalla deriva termica. Se trovano la forza di EmDrive su questa scala, è probabile che sia davvero una spinta. Ma se la scala non rileva alcuna spinta, significa che tutte le precedenti osservazioni della spinta EmDrive erano false positive. Taimar spera di ricevere un verdetto finale prima della fine dell'anno.
Ma anche i risultati negativi non significheranno un verdetto per EmDrive. Esistono molti altri tipi di motori senza carburante. E se gli scienziati sviluppassero mai nuove forme di movimento a bassa spinta, scale di trazione ultra sensibili aiuteranno a separare la finzione dai fatti.
Ilya Khel
