К звездам на микроволновке: загадочная история EmDrive

Уверен, что многие интересующиеся технологическими новинками и изобретениями хотя бы раз, но слышали про EmDrive. Он же «невозможный двигатель», «двигатель нарушающий законы физики», «двигатель который изменит весь мир» и т.д. и т.п. Ничего удивительного, ведь эпопея с EmDrive длится уже 16 лет и конца и края ей пока что не видно.

И вот, по просьбе одной известной IT-компании, попросившей сохранить свое имя в секрете (да, белорусский маркетинг настолько суров), я сделал небольшой обзор, посвященный этому изобретению. Без ухода в квантово-механические дебри — просто история появления двигателя, хронология связанных с ним событий, что известно о его авторах, и как он воспринимается научным сообществом. Т.е. чтобы каждый мог составить общее представление о том, как началась вся эта история, и кто в ней участвует. По интересному совпадению, буквально в тот день, когда я взялся за этот материал, об EmDrive снова заговорили в СМИ. Так что мне даже не пришлось искать повода для публикации — он сам пришел в руки. Что ж, начнем, пожалуй, с самых основ.

Что такое EmDrive и на что он может быть способен?

С технической точки зрения EmDrive представляет собой достаточно простое устройство: выполненную в форме конуса медную камеру-резонатор с подключенным к ней магнетроном (генератором микроволнового излучения, который можно найти в любой микроволновке). Дальше начинается самое интересное. Если включить магнетрон, установка начинает двигаться в направлении узкой части. Но дело то в том, что конус является закрытым. Т.е. получается, что тяга создается в замкнутой и полностью изолированной от внешней среды системе, не имеющей выхлопа. Это как если поставить реактивный двигатель внутрь герметичной коробки на колесиках, включить его и ожидать, что коробка поедет вперед. С одной стороны, налицо явное нарушение закона сохранения импульса. С другой, испытания показывают, что EmDrive работает. Вроде бы.

К последнему мы еще вернемся, ну а пока что стоит сказать пару слов про то, для чего может пригодиться EmDrive. При условии, что он действительно работает. Итак, мы имеем установку, которая генерирует хоть и крайне малую, но постоянную тягу без использования какого-либо рабочего тела (топлива). Самое очевидное ее применение — космические аппараты. Думаю, не нужно объяснять какое количество прекрасных миссий пришлось прекратить из-за полного исчерпания запасов горючего для коррекций курса. EmDrive же не нужно топливо, лишь источник энергии (солнечные батареи или ритэг). А поскольку устройство постоянно создает тягу, оно может использоваться в качестве замены ионным двигателям.

Энтузиасты уверяют, что «невозможный» двигатель произведет настоящую революцию в сфере освоения космоса. Согласно их расчетам аппарат «Новые горизонты» с установленным на борту EmDriv с тягой в 0.4 Н/кВт добрался бы до Плутона всего за 18 месяцев. Более мощное устройство якобы позволило бы достигнуть Альфа Центравра за десятки лет. Некоторые идут еще дальше и рисуют совершенно фантастические картины будушего, в котором эта технология позволит создать не только космические двигатели, но и летающие автомобили, корабли, поезда, велосипеды… в общем вы поняли.

Перед тем как последовать дальше, думаю, стоит сказать пару слов про создателя EmDrive — британца Роджера Шойера.

Удивительно, но об отце EmDrive, можно найти не так уж и много информации — в основном лишь то, что он сам рассказывал о себе в интервью. Так что относиться к этому нужно соответствующим образом.

Итак, Роджер Джон Шойер родился в июле 1947 года. По образованию он сертифицированный инженер-электрик (certified chartered electrical engineer). Большую часть своей жизни Шойер посвятил работе на аэрокосмическую и оборонную индустрию Великобритании. В частности, он был сотрудником таких компаний, как BAE Systems и Matra Marconi Space (MMS).

По утверждению Шойера, идея, впоследствии приведшая его к созданию EmDrive, впервые появилась у него еще в 1974 году. В то время он входил в состав группы инженеров, работавших над повышением надежности системы наведения межконтинентальных баллистических ракет. По словам Шойера, отчаянно желавшее добиться нужного результата начальство дало группе установку продумывать любые, даже самые невероятные варианты решения проблемы. И вот, во время просмотра рождественской лекции «отца маглева» профессора Эрика Лайтвейта, Шойеру пришла в голову идея создать электромагнитный двигатель на базе гироскопа.

В 1980-е годы в составе группы военных инженеров Шойер отправился в командировку на Ближний Восток в зону Ирано-Иракского конфликта. Судя по всему, увиденное в зоне боевых действий не пришлось ему по душе. Вернувшись домой, Шойер решил завязать с военными проектами и перейти в аэрокосмическую отрасль.

В последующие годы он поучаствовал в создании ряда космических аппаратов, включая военный спутник связи Skynet 4 и телекоммуникационный Euteselat Hot Bird. Параллельно в своем гараже он занимался разработкой прототипа EmDrive. По словам Шойера, когда он рассказал о своей идее руководству MMS, там напрочь отвергли ее, пригрозив, что если он еще раз заикнется о двигателе, то это не лучшим образом скажется на его карьере. Сам изобретатель списывает все на то, что компания вложила большие деньги в проект ракеты «Ариан-5» и ей были не нужны конкуренты. В итоге, Шойер принял решение уволиться и самостоятельно заняться разработкой и внедрением EmDrive. Для этого в 2000 году он основал компанию Satellite Propulsion Research (SPR). Так началась его многолетняя борьба за признание EmDrive.

Хронология EmDrive

Итак, основав SPR, Шойер принялся за разработку EmDrive. В 2002 году он создал действующий прототип двигателя и тогда же про EmDrive впервые упомянули в журнале Eureka! Годом спустя Шойер смог выбить грант на развитие технологии.

Первое серьезное упоминание о EmDrive датировано 2006 годом, когда в журнале New Scientist была опубликована большая статья об устройстве с его фотографией на развороте. Статья, мягко говоря, вызвала весьма бурную реакцию. Очень многие обвиняли редакцию в публикации непроверенного материала ради погони за дешевой сенсацией.

По утверждениям Шойера, уже с самого начала военные пристально следили за его проектом. В 2008 году изобретатель был приглашен в Пентагон, где устроил презентацию своего проекта для больших шишек из американских ВВС и DARPA. Итогом этого стало соглашение с Boeing, в результате которого в 2010 году аэрокосмическому гиганту был передан образец EmDrive. По словам Шойера, вскоре после этого Boeing разорвал с ним все контакты, а сам он был связан условиями подписки о неразглашении, и потому не мог комментировать ситуацию. В доказательство своих слов он приводит документ о поставке Boeing демонстратора EmDrive.

В самой компании подтвердили, что подразделение Boeing Phantom Works действительно некоторое время занималось изучением «невозможного» двигателя, но затем оставило проект и больше не собирается к нему возвращаться.

Сам же Шойер придерживается иной точки зрения. В своих интервью он регулярно намекает на то, что правительство и военщина уже давно оценили все выгоды от EmDrive. Дескать, прямо сейчас Пентагоном строятся, а уже и возможно запущены спутники с «невозможным» двигателем. Но, конечно же, военные не хотят, чтобы у других стран появилась эта технология, так что они всячески пытаются дискредитировать его исследования и выставить чудаком, несущим всякий бред.

Как бы там ни было, в том же 2008 году интерес к EmDrive проявили в Китае. В Северо-западном политехническом университете под руководством профессора Ян Цзюан был создан работающий образец устройства. В 2010 году его испытали и через некоторое время объявили о том, что двигатель развил тягу порядка 290 миллиньютонов на киловатт.

Вскоре на рынке появился еще один игрок — некий Гвидо Фетта — независимый американский изобретатель, инвестор, гений, миллиардер, плейбой, филантроп, железный человек. К сожалению, информации про него удалось найти еще меньше, чем про Шойера. С уверенностью можно сказать лишь то, что он создал модификацию EmDrive, назвал ее Cannae Drive и в настоящее время активно занимается продвижением устройства.

В 2015 году в Дрезденском университете была проведена серия испытаний EmDrive. По ее результатам был опубликован достаточно противоречивый отчет. В нем отмечалось, что во время опытов вроде бы была зафиксирована тяга порядка 30 – 50 микроньютонов на киловатт. В то же время, авторы подчеркнули, что собранных данных недостаточно, чтобы сделать какой-то определенный вывод о том, действительно ли работает двигатель. Попытка усидеть на двух стульях оказалась неудачной. На группу все равно обрушилась масса критики, касающейся методологии эксперимента и анализа результатов. С другой стороны, не утруждавшая себя особым анализом пресса подала новость в стиле «ученые доказали».

В этом году про EmDrive заговорили снова. Осенью в новостях можно было увидеть немало сообщений в духе «NASA подтвердило эффективность невозможного двигателя». На практике все как обычно оказалось не так просто.

Испытаниями занималась лаборатория Eagleworks при космическом центре имени Линдона Джонсона. Согласно их отчету, двигатель выдал среднюю тягу в 1,2 миллиньютона на киловатт. И все вроде бы хорошо, но и этот результат, мягко говоря, был встречен с большим скепсисом.

Во-первых, многих смутило то, что зафиксированная тяга в 40 раз превосходила данные по немецким экспериментам (но тут нужно сказать, что в лаборатории проверяли EmDrive собственного дизайна).

Схемы испытательной установки в эксперименте Eagleworks

Во-вторых, Eagleworks это весьма небольшой коллектив ученых работающих с теориями на «грани» типа WARP-двигателей. Так что многие в научной среде воспринимают их не иначе как группу фриков, которых держат лишь потому, что они берутся за цепляющие СМИ темы, что способствует привлечению внимания общественности к организации (в конце концов, в борьбе за финансирование все средства хороши).

Ну и в третьих, претензии как обычно возникли к самому опыту и интерпретации результатов.

На фоне этого совершенно незамеченной прошла новость о том, что китайцы перепроверили результаты своего эксперимента 2010 года и пришли к не очень обнадеживающим выводам: исследование было проведено некорректно, и замеренная тяга укладывается в пределы статпогрешности.

Теория и практика EmDrive

Перечитав все вышесказанное можно задаться простым вопросом: неужели так сложно определить работает ли устройство, грудо говоря собранное на базе микроволновки и ведра? Но просто оцените известные факты об EmDrive с точки зрения научного сообщества, и я думаю, все станет очевидно.

Итак, вам сообщают о существовании чудо-устройства, которое можно сделать в гараже и которое способно изменить мир. Имя его создателя вам ни о чем не говорит, у него нет ни одной научной публикации, и при этом он еще и постоянно намекает на то, что правительство и военные не дают его изобретению попасть в массы. Мало нам этого, так еще и принцип работы устройства явно нарушает основополагающие законы физики. Уже проводившиеся эксперименты или не подтвердили его работоспособность или не вызывают особого доверия.

Насчет сделано в гараже это кстати не преувеличиние. Учитывая относительную простоту EmDrive, многие энтузисты построили подобные устройства. Как, например, этот румынский инженер, выложивший на youtube видео своих испытаний двигателя

Так что в глазах уважающего себя ученого EmDrive и его создатель будет смотреться ни чем не лучше, чем любой другой непризнанный гений, только что создавший полностью работоспособный вечный двигатель или генератор торсионных полей. Заниматься его изучением — не просто бессмысленная трата времени, но еще и риск оставить несмываемое пятно на своей репутации. Ровно по такому же принципу патентные бюро не регистрируют заявки на вечные двигатели.

В эпопее с EmDrive кстати можно провести явные параллели с «гравицапой». Так называли «новый революционный двигатель без выброса реактивной массы», работа которого противоречила уже знакомому нам закону сохранения импульса. Несмотря на многочисленные  предупреждения российских специалистов, утверждавших, что устройство никогда не сможет создать тягу в космосе, «гравицапу» установили на спутник «Юбилейный» для тестирования. Разумеется, вместо научного чуда и ниспровержения старика Ньютона из этой затеи в итоге вышло полное кю.

Так что в этом плане EmDrive еще можно сказать очень повезло, поскольку двигатель все время на слуху, и по нему все-таки проводятся исследования и они что-то показывают. Другое дело, что даже если допустить, что опыты проведены корректно, они никак не решают ключевую проблему — отсутствие какой-либо достоверной теории, объясняющей работу двигателя.

Красные линии обозначают электрическое поле нутри EmDrive, синии — магнитное поле

Нет, конечно же, существует большое количество весьма экзотических версий по этому поводу. Но пока что все они лишь на уровне догадок. Я просто перечислю некоторые из самых примечательных.

Может показаться, что ситуация патовая. Большинство серьезных ученые не возьмутся за проверку EmDrive по озвученным выше причинам. Кроме того, учитывая малый размер тяги, даже при очень хорошо поставленном эксперименте всегда будет оставаться вероятность влияния посторонних факторов. Тут можно вспомнить историю о том, как в 1990-е NASA выделило финансирование на строительство антигравитационного устройства, созданного на базе вращающихся сверхпроводящих дисков. Результаты тестов были крайне перспективными, а потом оказалось что все дело в том, что помехи от устройства влияют на измерительную аппаратуру. Так что можно понять, почему никто не хочет рисковать снова сесть в ту же самую лужу.

Но один наглядный способ все же есть. Всего-то что и нужно — запустить на орбиту спутник с EmDrive, включить его и посмотреть, что будет дальше. Собственно говоря, еще в 2007 году Шойер обещал что «невозможный» двигатель отправится в космос уже через два года. Но что-то не срослось.

Пару месяцев назад Гвидо Петта анонсировал проект запуска спутника, созданного на базе Cubesat, предназначенного исключительно для испытания двигателя. По его словам, старт намечен на 2017 – 2018 год.

Но куда более неожиданным стало недавнее заявление одного из представителей Китайской академии космических технологий. Это дочернее предприятие аэрокосмической корпорации CAST, занимающееся созданием спутников. В сообщении было сказано, что в настоящее время Китай уже испытывает EmDrive в космосе. На каком именно аппарате не уточняется, но западная пресса упорно называет недавно запущенную орбитальную станцию «Тяньгун-2».

Уже сам по себе факт такого заявления является удивительным. В Поднебесной, мягко говоря, не отличаются особой открытостью в космической сфере. Там даже о запусках ракет зачастую сообщают по факту, что уж говорить о потенциально революционной технологии. При этом, в заявлении собственно даже и не было сказано об успешности космических тестов, лишь о самом факте их проведения (что конечно не помешало многим СМИ подать новость в духе «Невозможный двигатель успешно испытали в космосе»). Это даже более странно. Логичным было бы сообщить об успехе эксперимента, а не о том, что он просто осуществляется. И вдобавок ко всему, в оригинальном сообщении были упомянуты опыты Ян Цзюан 2010 года, после которых в Поднебесной всерьез заинтересовались двигателем. Те самые, результаты которых недавно перепроверили и сочли недостоверными.

Рискну сделать предположение. Законы физики они и в Китае законы физики. Сомневаюсь, что позиция большинства китайских ученых в отношении EmDrive должна сильно отличаться от их коллег из остальных стран мира, в основном считающих заявленные результаты работы двигателя ошибкой измерений, или вовсе хитроумной махинацией. Вполне вероятно, что заявление об испытаниях было сделано, чтобы привлечь побольше внимания к устройству и получить дополнительное финансирование под проект, или даже избежать его закрытия. В любом случае, это признание на удивление хорошо стыкуется с конспирологическими теориями Шойера и надо полагать, добавит энтузиазма лагерю сторонников «невозможного» двигателя.

Во все это мне нужно внести еще одну ложку дегтя. Допустим даже, EmDrive действительно покажет тягу на орбите. Но это никак не заменит факт отсутствия рабочей теории. А это важно, ведь не понимая принципа, по которому функционирует двигатель, как его можно использовать в межпланетных экспедициях? А что если для его успешного функционирования, скажем, необходимо планетарное магнитное поле и он не сможет работать за пределами земной орбиты?

Подводя итоги, скажу, что когда я начал писать про EmDrive эта тема представлялась мне, скажем так, не то чтобы простой, но однозначной. Казалось, что изучив ее, можно будет прийти к какому-то вполне определенному выводу. Однако, даже пересмотрев большое количество материалов по теме, ясности не прибавилось. На каждое доказательство, которое, казалось бы, должно поставить жирную точку во всей истории, всегда находился заставлявший призадуматься контраргумент.

Конечно, до сих пор ни одно из свидетельств в пользу EmDrive не выглядит особенно надежным. Но все же их уже накопилось достаточное количество, не позволяющее так просто отмахнуться от всей темы, не вникая в ее суть. Ну а если EmDrive все же мистификация, то носи я шляпу, я бы наверно снял ее перед Шойером & Co. Все-таки, заставить так много людей из разных стран поверить в то, что устройство на базе микроволновки может совершить переворот в космической индустрии, требует немалого таланта.