I ricercatori dell'Università Tecnica di Dresda hanno misurato la spinta del "motore impossibile" EmDrive, che non richiede carburante per funzionare e viola la legge di conservazione della quantità di moto, e hanno concluso che qui non c'è magia. L'esperimento ha mostrato che la spinta registrata è spiegata da una schermatura insufficiente dell'installazione e, di conseguenza, dall'influenza precedentemente non spiegata del campo magnetico terrestre. Gli scienziati hanno condiviso le loro scoperte alla Space Propulsion Conference.
I ricercatori guidati da Martin Taimar hanno misurato la spinta dell'EmDrive utilizzando un rig di torsione, che ha perfezionato costantemente in quattro anni. Il principio di funzionamento di questa installazione ricorda la bilancia di torsione, inventata alla fine del XVIII secolo e utilizzata per testare sperimentalmente le leggi di Coulomb e Newton. Una bilancia di torsione è un braccio bilanciato sospeso su un filo verticale. Quando le forze esterne agiscono sulla leva, gira e l'angolo di deflessione può essere utilizzato per giudicare l'entità delle forze applicate. Nell'installazione degli scienziati tedeschi, invece di un filo, sono state utilizzate molle di torsione sensibili, che tenevano la telecamera con un motore, e lo spostamento della telecamera è stato misurato utilizzando un interferometro laser. Ciò ha permesso di fissare la forza di spinta dell'ordine di diversi micronewton.
La camera dell'esperimento e la sua disposizione.
Ovviamente i ricercatori hanno cercato di ridurre il più possibile il possibile impatto di forze esterne, che potrebbero essere confuse con la spinta del "motore impossibile". Per questo, la telecamera è stata installata su un blocco di cemento separato, che sopprime le vibrazioni della fondazione. La camera è stata pompata ad una pressione dell'ordine di un pascal (100mila volte inferiore a quella atmosferica), tutte le parti importanti dell'installazione sono state protette dalle radiazioni elettromagnetiche esterne utilizzando fogli di metallo e hanno anche cercato di prevenire il surriscaldamento dell'elettronica controllandone la temperatura utilizzando telecamere a infrarossi.
Prima di fare esperimenti di base, i fisici hanno calibrato la configurazione per assicurarsi di aver davvero escluso tutti i fattori esterni. Infine, durante la misurazione della spinta, i ricercatori hanno acceso il motore all'interno della camera per vedere se qualche fattore non considerato stava influenzando i risultati. In una situazione ideale, quando non ci sono tali fattori, la direzione dello spostamento della telecamera dovrebbe essere opposta alla direzione della spinta del motore - ad esempio, con un angolo di rotazione del motore di 0 gradi, lo spostamento della telecamera è positivo, a 180 gradi, negativo e con un angolo di 90 gradi, è completamente assente.
Le misurazioni con EmDrive hanno mostrato un comportamento leggermente diverso. Ovviamente ad angolo zero la spinta raggiungeva i quattro micronewton con una potenza dell'amplificatore dell'ordine di due watt, e quando il motore veniva ruotato di 180 gradi, la cilindrata cambiava segno. Pertanto, si è scoperto che il rapporto tra spinta e potenza è approssimativamente uguale a due millinewton per kilowatt, che è quasi il doppio dei risultati degli esperimenti precedenti. Tuttavia, con un angolo di 90 gradi, i fisici hanno comunque registrato lo spostamento della telecamera, anche se avrebbe dovuto essere assente. Inoltre, quando la forza delle oscillazioni elettromagnetiche all'interno del motore è stata soppressa di quasi centomila volte, l'entità della spinta praticamente non è cambiata. Ciò significa che, in realtà, la spinta osservata nell'esperimento era associata non al motore, ma a fattori esterni non spiegati.
Il campo magnetico terrestre può agire come tali fattori, notano i ricercatori. I fisici aggiungono che tutti i dispositivi coinvolti nell'esperimento erano schermati e, ove possibile, sono stati utilizzati cavi coassiali, ma il campo poteva comunque penetrare nell'installazione attraverso le loro articolazioni. Certo, avrebbe dovuto essere notevolmente indebolito, ma l'entità della spinta misurata è così piccola che può essere facilmente attribuita a questo effetto. Infatti, l'intensità del campo magnetico terrestre è di circa 50 microtesla, e la corrente che alimenta l'amplificatore era fino a due ampere. Utilizzando la legge di Ampere, è facile calcolare che in tali condizioni, una spinta di circa due micronewton può creare una sezione di filo lunga solo due centimetri. Per eliminare questa forza, schermare contemporaneamente l'amplificatore e la fotocamera,aumentando le dimensioni della gabbia di Faraday in metallo. Gli autori dell'articolo sottolineano che in tutte le precedenti misurazioni della spinta EmDrive, tale schermatura non è stata eseguita, e quindi i loro risultati dovrebbero essere attentamente controllati.
Le persone hanno a lungo sognato un viaggio interstellare, ma molte difficoltà tecniche impediscono a questo sogno di realizzarsi. Uno dei più grandi è la necessità di trasportare un'enorme massa di carburante a bordo del veicolo spaziale, dal momento che non abbiamo ancora altre tecnologie che ci permettano di sviluppare alte velocità nello spazio. Facciamo affidamento sulla spinta del getto e questo è uno dei problemi.
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Affinché la navicella possa volare verso la stella più vicina al sistema solare - Proxima Centauri, (distanza circa 4,2 anni luce), ci vorrà una massa di carburante, paragonabile alla massa del Sole.
Al momento, lo sviluppo di modi alternativi per accelerare i veicoli spaziali, ad esempio, con l'aiuto delle stesse vele solari, che utilizzano l'energia del vento solare o la radiazione laser per la propulsione. Ad esempio, il progetto Breakthrough Starshot propone di lanciare minuscole navi (circa un grammo di massa) verso Proxima Centauri, che saranno accelerate dal vento solare e raggiungeranno la stella entro vent'anni. Tuttavia, tali tecnologie non possono essere adattate alle dimensioni umane.
Il motore EmDrive, un'altra alternativa alla propulsione a reazione, si è mostrato promettente come tecnologia che ci aprirà la strada ai viaggi interstellari. Il motore è stato proposto da Roger Scheuer nel 1999. Consiste in un risonatore asimmetrico e un magnetron, che dirige la radiazione elettromagnetica in esso ed eccita le onde elettromagnetiche stazionarie. A loro volta, a causa dell'asimmetria della struttura, le onde creano pressioni diverse sulle pareti del motore e sono fonte di spinta.
Il funzionamento di un tale motore viola la legge di conservazione della quantità di moto, una delle leggi fondamentali della fisica. Tuttavia, numerosi esperimenti hanno affermato che EmDrive crea ancora trazione. Ad esempio, in un documento pubblicato nel novembre 2016, gli ingegneri della NASA hanno riportato una spinta di circa 80 micronewton con una potenza elettrica applicata di circa 60 watt. E a settembre dello scorso anno, i ricercatori cinesi hanno anche annunciato un prototipo funzionante del motore, "impossibile" dal punto di vista della scienza.
Nikolay Khizhnyak