Forscher der Technischen Universität Dresden haben den Schub des "unmöglichen Motors" EmDrive gemessen, der zum Betrieb keinen Kraftstoff benötigt und gegen das Gesetz der Impulserhaltung verstößt, und sind zu dem Schluss gekommen, dass es hier keine Magie gibt. Das Experiment zeigte, dass der registrierte Schub durch eine unzureichende Abschirmung der Anlage und infolgedessen durch den bisher nicht berücksichtigten Einfluss des Erdmagnetfelds erklärt wird. Wissenschaftler teilten ihre Ergebnisse auf der Space Propulsion Conference mit.
Forscher unter der Leitung von Martin Taimar maßen den Schub des EmDrive mit einem Torsionsgerät, das sie über vier Jahre konstant perfektionierte. Das Funktionsprinzip dieser Anlage erinnert an die Torsionswaage, die Ende des 18. Jahrhunderts erfunden und zum experimentellen Testen der Gesetze von Coulomb und Newton verwendet wurde. Eine Torsionswaage ist ein ausgeglichener Arm, der an einem vertikalen Gewinde aufgehängt ist. Wenn äußere Kräfte auf den Hebel wirken, dreht er sich und der Auslenkungswinkel kann verwendet werden, um die Größe der ausgeübten Kräfte zu beurteilen. Bei der Installation der deutschen Wissenschaftler wurden anstelle eines Gewindes empfindliche Torsionsfedern verwendet, die die Kamera mit einem Motor hielten, und die Kameraverschiebung wurde mit einem Laserinterferometer gemessen. Dies ermöglichte es, die Schubkraft in der Größenordnung von mehreren Mikronewton festzulegen.
Die Kammer für das Experiment und seine Anordnung.
Natürlich versuchten die Forscher, den möglichen Einfluss externer Kräfte, der mit dem Schub des "unmöglichen Motors" verwechselt werden könnte, so weit wie möglich zu reduzieren. Zu diesem Zweck wurde die Kamera auf einem separaten Betonblock installiert, der die Vibrationen des Fundaments unterdrückt. Die Kammer wurde auf einen Druck in der Größenordnung von einem Pascal (100.000 Mal weniger als atmosphärisch) evakuiert, alle wichtigen Teile der Anlage wurden durch Metallbleche vor externer elektromagnetischer Strahlung geschützt und sie versuchten auch, eine Überhitzung der Elektronik durch Steuerung ihrer Temperatur mit Infrarotkameras zu verhindern.
Vor grundlegenden Experimenten kalibrierten die Physiker den Aufbau, um sicherzustellen, dass alle externen Faktoren wirklich ausgeschlossen waren. Bei der Schubmessung drehten die Forscher schließlich den Motor in der Kammer, um festzustellen, ob nicht berücksichtigte Faktoren die Ergebnisse beeinflussten. In einer idealen Situation, in der es keine solchen Faktoren gibt, sollte die Richtung der Kameraverschiebung entgegengesetzt zur Richtung des Motorschubs sein - beispielsweise ist bei einem Drehwinkel des Motors von 0 Grad die Verschiebung der Kamera positiv, bei 180 Grad negativ und bei einem Winkel von 90 Grad vollständig nicht vorhanden.
Messungen mit dem EmDrive zeigten ein etwas anderes Verhalten. Natürlich erreichte der Schub bei einem Winkel von Null vier Mikronewton mit einer Verstärkerleistung in der Größenordnung von zwei Watt, und als der Motor um 180 Grad gedreht wurde, änderte der Hubraum das Vorzeichen. Somit stellte sich heraus, dass das Verhältnis von Schub zu Leistung ungefähr zwei Millinewton pro Kilowatt entspricht, was fast doppelt so viel ist wie die Ergebnisse früherer Experimente. Trotzdem zeichneten die Physiker in einem Winkel von 90 Grad die Kameraverschiebung auf, obwohl sie hätte fehlen sollen. Wenn sich außerdem die Kraft elektromagnetischer Schwingungen im Motor fast hunderttausend Mal unterdrückte, änderte sich die Größe des Schubes praktisch nicht. Dies bedeutet, dass der im Experiment beobachtete Schub in der Realität nicht mit dem Motor verbunden war, sondern mit externen Faktoren, die nicht berücksichtigt wurden.
Das Erdmagnetfeld kann als solche Faktoren wirken, stellen die Forscher fest. Physiker fügen hinzu, dass alle an dem Experiment beteiligten Geräte abgeschirmt waren und wo immer möglich Koaxialkabel verwendet wurden, das Feld jedoch weiterhin durch ihre Gelenke in die Installation eindringen konnte. Natürlich hätte es stark geschwächt sein müssen, aber die Größe des gemessenen Schubes ist so gering, dass er leicht auf diesen Effekt zurückgeführt werden kann. Tatsächlich beträgt die Stärke des Erdmagnetfeldes ungefähr 50 Mikrotesla, und der Strom, der den Verstärker antreibt, betrug bis zu zwei Ampere. Mit dem Ampere-Gesetz lässt sich leicht berechnen, dass unter solchen Bedingungen ein Schub von etwa zwei Mikronewton einen nur zwei Zentimeter langen Drahtabschnitt erzeugen kann. Um diese Kraft zu beseitigen, schirmen Sie den Verstärker und die Kamera gleichzeitig ab. Vergrößerung des Faradayschen Metallkäfigs. Die Autoren des Artikels betonen, dass bei allen vorherigen Messungen des EmDrive-Schubes eine solche Abschirmung nicht durchgeführt wurde und daher ihre Ergebnisse sorgfältig überprüft werden sollten.
Die Menschen haben lange von interstellaren Reisen geträumt, aber viele technische Schwierigkeiten verhindern, dass dieser Traum wahr wird. Eine der größten ist die Notwendigkeit, eine große Menge Kraftstoff an Bord des Raumfahrzeugs zu transportieren, da wir noch keine anderen Technologien haben, die es uns ermöglichen würden, hohe Geschwindigkeiten im Weltraum zu entwickeln. Wir verlassen uns auf Jet Thrust, und dies ist eines der Probleme.
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Damit das Raumschiff zum nächstgelegenen Stern des Sonnensystems fliegen kann - Proxima Centauri (Entfernung ca. 4,2 Lichtjahre), benötigt es eine Kraftstoffmasse, die mit der Masse der Sonne vergleichbar ist.
Derzeit die Entwicklung alternativer Wege zur Beschleunigung von Raumfahrzeugen, beispielsweise mit Hilfe derselben Sonnensegel, die die Energie des Sonnenwinds oder der Laserstrahlung zum Antrieb nutzen. Zum Beispiel schlägt das Breakthrough Starshot-Projekt vor, winzige Schiffe (etwa ein Gramm Masse) nach Proxima Centauri zu starten, die vom Sonnenwind beschleunigt werden und innerhalb von zwanzig Jahren den Stern erreichen. Solche Technologien können jedoch nicht auf menschliche Größen skaliert werden.
Das EmDrive-Triebwerk, eine weitere Alternative zum Jet-Antrieb, erwies sich als vielversprechende Technologie, die uns den Weg zum interstellaren Reisen ebnen wird. Der Motor wurde bereits 1999 von Roger Scheuer vorgeschlagen. Es besteht aus einem asymmetrischen Resonator und einem Magnetron, das elektromagnetische Strahlung in ihn leitet und stehende elektromagnetische Wellen anregt. Aufgrund der Asymmetrie der Struktur erzeugen die Wellen wiederum unterschiedliche Drücke an den Wänden des Motors und sind eine Schubquelle.
Der Betrieb eines solchen Motors verstößt gegen das Gesetz der Impulserhaltung, eines der Grundgesetze der Physik. In zahlreichen Experimenten wurde jedoch behauptet, dass EmDrive immer noch Traktion erzeugt. In einem im November 2016 veröffentlichten Artikel berichteten Ingenieure der NASA beispielsweise über einen Schub von etwa 80 Mikronewton bei einer angelegten elektrischen Leistung von etwa 60 Watt. Und im September letzten Jahres kündigten chinesische Forscher auch einen funktionierenden Prototyp des Motors an, der aus wissenschaftlicher Sicht "unmöglich" ist.
Nikolay Khizhnyak