خط مهندسی
مجله ی آنلاین مهندسی

EMDrive – آیا این رانشگر قوانین فیزیک را زیر پا می‌گذارد؟

0 43

به تازگی خبرهایی می‌شنویم که با عقل و منطق جور درنمی‌آیند؛ البته بهتر است بگوییم با منطقی که از کودکی و با کتاب فیزیک در مدرسه بر ما دیکته شده‌است. نیوتن را همه می‌شناسیم و با قوانین سه گانه‌اش آشناییم. هیچ کس قبول نخواهد کرد که سیب به جای افتادن به زمین، به هوا برود، مگر آنکه نیرویی به آن اعمال شود. البته می‌دانیم که قوانین فیزیک کلاسیک یا همان قانین نیوتن در مقیاس کوانتومی و نجومی سال‌ها توسط آلبرت انیشتین مورد حمله قرار گرفتند و نتیجه آن شد که این قوانین با فیزیک جدید سازگاری ندارند.

 

حتی اگر اخبار مربوط به فضا و شاتل‌های فضایی را دنبال نمی‌کنید، حتما اسم EMDrive  را که با عنوان “کلید سفر به فضای میان ستاره‌ای” در فضای مجازی انتشار یافته، شنیده‌اید. این موتور که ادعا می‌شود زمان سفرهای فضایی را کم کرده و همچنین می‌تواند به سرعت‌های مافوق نور برسد.

نکته جالب توجه اینجاست که  این موتور با این ادعا ارائه شد که برای ایجاد نیروی پیش‌رانش به هیچ سوختی برای سوختن نیاز ندارد. مثل این می‌ماند که به شما بگویند خودرویی به شما می‌دهند که لازم نیست درونش بنزین بریزید. هیچ کس چنین چیزی را باور نخواهد کرد.

در این مقاله سعی کرده‌ایم که توضیح گزیده‌ای از ساختمان این موتور و سرگذشت آن را معرفی کنیم. با خط مهندسی همراه باشید.

 

EMDrive چیست و چگونه کار می‌کند؟

EMDrive یا رانشگر الکترومغناطیسی که مخفف کلمه‌ی ElectroMagnetic Drive می‌باشد، نوع جدیدی از موتور راکت‌های فضایی است که اولین بار توسط دانشمند و مهندس برق انگلیسی تبار، راجر شایر(Roger Shawyer)  در سال ۱۹۹۹ ارائه شد. برخلاف موتورهای قدیمی، این موتور به هیچ سوختی برای پرتاب راکت نیاز ندارد (که در علم فیزیک این سوخت را جرم عکس‌العمل می‌نامند).

ایده بدین گونه است که اکتریسیته تبدیل به امواج ماکروویو شده و سپس فوتون‌های ماکروویو درون یک حفره فلزی به شکل مخروط ناقص شلیک می‌شود. فوتون‌ها وارد شده و به دیواره‌ها ضربه می‌زنند، بازتاب می‌شوند و باز هم ضربه‌ها تکرار می‌شوند. در نهایت در جهت سطح دایروی بزرگ مخروط نیروی پیشران ایجاد می‌شود که موجب شتاب گرفتن سطح کوچکتر مخروط در جهت مخالف شده و حرکت می‌کند.

رانشگر_الکترومغناطیسی-14

 

شایر بر این باور است که این موتور صنعت هوافضا را متحول کرده و مسئله سوخت و مشکلات مربوط به تغییرات آب و هوایی را حل کرده که در نهایت هم موجب کاهش هزینه‌ی پرتاب ماهواره‌ها و فضاپیماها به مدار و هم افزایش زمان ماموریت آن‌ها می‌شود. اگر تعداد بیشتری ماهواره به فضا فرستاده شوند، از بعضی می‌توان برای ذخیره‌ی نیروی خورشیدی یا بعنوان محافظی برای جلوگیری از گرم شدن زمین استفاده کرد. این تکنولوژی همچنین پرواز را نیز سریعتر می‌کند و حتی رویای ماشین پرنده را نیز می‌تواند ممکن سازد.

 

با وجود آنکه تست‌هایی بر روی نسخه‌های آزمایشگاهی این موتور انجام گرفته- با انرژی ورودی کم و نیروی رانش چند میکرونیوتنی(به اندازه وزن یک سکه ۱۰۰ تومانی)- اولین مقاله بررسی شده، اخیرا تایید شده و نتایج دیگر مقاله‌ها در مجلات انتشار نیافت. باید توجه کرد که چندین نفر EMDrive را تست کرده‌اند و موفق به گرفتن نیروی پیش رانش از این موتور شده‌اند که در زیر به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم:

  • در سال ۲۰۰۱، شایر از دولت انگلستان ۴۵۰۰۰ یورو بابت هزینه تحقیق دریافت کرد. آزمایش او ۰/۰۱۶ نیوتن نیرو ایجاد کرد و ۸۵۰ وات نیز توان ورودی لازم داشت، ولی هیچ سازمانی این تست‌ها را تایید نکرد.

رانشگر_الکترومغناطیسی-02

 

  • در سال ۲۰۰۸، یانگ جوآن و تیمی از محققان چینی در دانشگاه پلی تکنیک نورث وسترن صحت تئوری مربوط به موتور حفره‌ای تشدید دار فرکانس رادیویی ( RF resonant cavity thruster ) را بررسی کردند و در نهایت در سال ۲۰۱۰ مدل خود را ساختند و در طی سال‌های ۲۰۱۲ تا ۲۰۱۴ به تست این مدل مشغول بودند. نتایج این آزمایشات مثبت بوده و موفق به گرفتن  ۷۵۰ میلی نیوتن نیرو شدند که برای راه‌اندازی ۲۵۰۰ وات قدرت لازم بود.

EMDrive-intro-05

 

  • در ۲۰۱۴، محققان ناسا، نسخه‌ای از EMDrive را ساخت که داخل آن کاملا خلا بود و ادعا کردند که نیرویی از این موتور گرفته‌اند (در حد یک هزارم نیرویی که شایر به دست آورده بود) ولی هیچ‌گاه مقاله‌ای از این تیم در مجلات موثق انتشار نیافت.

 

  • در ۲۰۱۵، همان گروه ناسا یک مدل شیمیایی از رانشگر مهندس Guido Fetta به نام Cannae Drive که به Q-Drive نیز  معروف است، را مورد آزمایش قرار داد و نیروی خالص مثبت گزارش کرد. همزمان، یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه تکنولوژی Dresden همچنین این رانشگر را تست کرد و به طور مشابه به نیروی مثبت دست یافتند.

رانشگر_الکترومغناطیسی-12

 

خواندنی ها
  • در اوخر سال ۲۰۱۵ تیم Eagleworks NASA آزمایش دیگری ترتیب داد که درستی عملکرد EMDrive را تایید و اثبات کرد. در این آزمایش خطاهایی که در تست‌های پیشین وجود داشت، برطرف شدند و به طور شگفت آوری این محرک موفق به ایجاد نیرو شد. اما با این وجود این تیم هنوز دست‌آوردهای خود را اعلان نکرده‌اند. گمان می‌شود که خطاهای پیش‌بینی نشده دیگری این نیرو را به وجود آورده‌اند( احتمال می‌رود که خلا موجود از بین رفته و موجب ایجاد حرارت شده که این حرارت هوای اطراف را منبسط کرده و موجب حرکت موتور شده‌است).

رانشگر_الکترومغناطیسی-01

با توجه به تمام آزمایشات و تست‌هایی که بر روی این موتور هیجان انگیز انجام شده است اما همچنان درستی تئوری این موتور نیاز به تحقیق و پژوهش بیشتری دارد.

 

چه چیزی EMDrive را بحث برانگیز کرده است؟

بسیاری از دانشمندان انجمن علمی بین‌المللی بر این باورند که احتمال کار کردن موتور الکترومغناطیسی صفر است. آن‌ها می‌گویند که بر طبق قانون بقای مومنتم یا اندازه حرکت، برای رسیدن به مومنتم در یک جهت، سوخت باید در جهت مخالف خارج شده و از آنجایی که EMDrive یک سیستم بسته بدون هیچ گونه سوختی است، فهم ما از فیزیک را زیر سوال می‌برد. البته این مناظره تاریخ گسترده‌ای دارد. در سال ۲۰۰۶ میلادی، EMDrive برای اولین بار هنگامی برجسته شد که در سایت New Scientist  تصمیم گرفت تحت عنوان موتور نسبیتی (Releativity drive) راجع به آن بنویسد. در آن زمان، دولت انگلستان بودجه لازم را برای ساخت این موتور به راجر شایر پرداخته بود.

مقاله‌ی New Scientist با بازخورد شدیدی از سوی خواننده‎‌ها، محصلان و دانشمندان عالی رتبه مواجه شد و شایر توسط افراد مورد تمسخر قرار گرفت و حتی متهم به کلاه برداری شد. با این وجود، دولت انگلستان به حمایت از شایر ادامه داد تا اینکه در سال ۲۰۰۷ پروژه تحقیقاتی او کامل شد. در ۲۰۰۹ شرکت بویینگ آمریکا برای گواهی کردن این تکنولوژی به دولت انگلستان هزینه‌ای را پرداخت کرد تا برای استفاده در ارتش آمریکا آن را توسعه دهد، ولی تاکنون پیشرفت این شرکت نامعلوم مانده‌است.

 

آیا EMDrive واقعا کار می‌کند؟

برخلاف اخبار حاکی از نقض شدن قوانین فیزیکی توسط این موتور، شایر معتقد است مفاهیم فیزیکی پایه‌ای که در تئوری این موتور دخالت دارد از نظریات نسبیت انیشتین پیروی می‌کند. در واقع EMDrive قانون بقای مومنتم و انرژی را ارضا می‌کند. با این حال حتی دانشمندانی که کار کردن این رانشگر را باور دارند، دلایل شایر مبنی بر چگونگی حرکت این رانشگر را قبول نمی‌کنند.

در ویدئوی زیر دانشمند راجر شایر به توضیح مختصری از موتور الکترومغناطیسی خود ارائه داده است. شما را به دیدن این ویدئو دعوت می‌نماییم.

برای مثال، دکتر مایک مک‌کولوخ از دانشگاه Plymouth و دکتر آرتو آنیلا از دانشگاه Helsinki، تلاش کردند تا از زمینه‌ی تحقیقاتی به نام “فیزیک جدید” برای تفسیر چگونگی حرکت این موتور استفاده کنند. آنان مشاهده کردند که تمامی نتایج به دست آمده در آزمایشات شایر و سایر گروه‌های تحقیقاتی با معادلات و محاسبات آنان جور در‌می‌آید.

رانشگر_الکترومغناطیسی-13
Dr McCullock & Dr Annila
فیزیکدان انگلیسی دکتر مایک مک‌کولوخ در حال ارائه تئوری جدیدی با موضوع “نور با جرم اینرسی” است که  تکنولوژی رانشگر فضایی بحث برانگیز EMDrive را به طور تئوریکی شرح می‌دهد

 

این روزها دقیقا در نقطه‌ای ایستاده‌ایم که چندین گروه از دانشمندان مدل خود را از این موتور می‌سازند که ببینند چه اتفاقی می‌افتد. در نهایت هم مقدار ناچیزی نیروی خروجی ثبت کرده‌اند. با این حال هنوز کسی کاملا مطمئن نیست که این موتور در ابعاد بزرگتر کار خواهد کرد یا خیر.

علم هر روزه در حال گسترش است و انسان تا به نتیجه مطلوب و دلخواه خود نرسد باز نخواهد ماند. شاید در آینده‌ای نه چندان دور، فرزندانمان را برای تحصیل به کره‌ها و حتی منظومه‌های دیگر بفرستیم.

 

منبع : خط مهندسی
نگارش: خط مهندسی