Na początku bieżącego tysiąclecia brytyjski inżynier Roger Shawyer stworzył silnik EmDrive, który miał łamać jedno z podstawowych praw fizyki - prawo zachowania pędu - wobec czego Shawyer nie mógł się ze swoim wynalazkiem przebić, mimo że prezentował działający prototyp. Jego działanie potwierdzili w zeszłym roku Chińczycy, a teraz dokonała tego sama NASA.

Silnik taki byłby ogromną rewolucją, bo obecnie wszelkie pojazdy kosmiczne - nawet mające dostęp do nieograniczonego źródła energii słonecznej - potrzebują do działania gazu pędnego, który wyrzucany jest z silnika i powoduje odrzut statku w kierunku przeciwnym.

EmDrive - dzieło Shawyera, który nie jest człowiekiem z ulicy - to jeden z najlepszych speców od aeronautyki w Europie - ma dość skomplikowane zasady działania. To zamknięty, stożkowy pojemnik, który po wypełnieniu rezonującymi mikrofalami generuje ciąg ku szerszemu końcowi stożka zwiększając pęd układu. Z kolei zasada zachowania pędu mówi, że jeśli na układ ciał nie działają siły zewnętrzne - układ ten ma stały pęd.

Silnik ten opierać ma swoje działanie o zjawisko ciśnienia promieniowania. Promieniowanie elektromagnetyczne, po zaabsorbowaniu, odbiciu lub rozproszeniu wytwarza po prostu ciśnienie odpowiadające gęstości energii strumienia pola podzielonej przez prędkość światła - a tym samym generuje pewną, bardzo niewielką siłę. Tak zwana prędkość grupowa fali elektromagnetycznej i tym samym generowana przez nią siła, może zależeć od geometrii falowodu, w którym się ona rozchodzi (co zostało udowodnione już w latach 50 XX wieku).

fig01

Shawyer wykoncypował, że jeśli falowód będzie taki, że na jednym jego końcu prędkość fali będzie znacznie różniła się od prędkości fali na drugim końcu (a taką możliwość daje stożek) to odbijając tę falę pomiędzy dwoma końcami uzyska się różnicę w ciśnieniu promieniowania, a więc siłę wystarczającą do wygenerowania ciągu.

System taki jest zamknięty, a więc na pierwszy rzut oka łamie on prawo zachowania pędu, jednak w grę wchodzi einstenowska względność, bowiem według Shawyera sam silnik znajduje się w innym układzie odniesienia, a falę w jego wnętrzu - w innym.

Mimo prezentowania przez wynalazcę działających (choć bardzo małych, generujących zaledwie 16 mN siły ciągu) modeli został on, mimo swego dużego doświadczenia i zasług (był on przez wiele lat jednym z szefów europejskiej spółce kosmicznej EADS Astrium), wyśmiany przez kolegów po fachu, którzy określali jego urządzenie "kolejnym perpetum mobile".

Wynalazca jednak pracował dalej, szykował kolejne modele i cały czas je badał czy przypadkiem osiągnięta siła ciągu nie jest wynikiem tarcia, efektów elektromagnetycznych czy nawet zwykłego ruchu powietrza - jednak nie mógł znaleźć błędu.

Jego praca nie poszła jednak na marne - wpadła ona w oko profesor Yang Juan z Politechniki Północno-zachodniej w Xi'an, która posiada ogromne doświadczenie w pracy z silnikami do statków kosmicznych. Jej zespół najpierw bardzo dokładnie przejrzał teoretyczne podstawy działania EmDrive, a dopiero po ich potwierdzeniu zabrał się za eksperymenty. I te, których wyniki opublikowano w zeszłym roku przyniosły jednoznaczny wynik - z kilku kilowatów mocy udało się wygenerować 720 mN siły ciągu.

To bardzo mało, jednak silniki jonowe XIPS produkcji Boeinga, które stosowane są w satelitach do delikatnego korygowania ich pozycji, generują mniej niż 1/4 tej siły zużywając dwukrotnie więcej energii, a do tego wymagają do działania gazu pędnego, którego rolę pełni tu szlachetny ksenon.

Problem jest jednak taki, że chińskim naukowcom ich koledzy z szeroko pojętego zachodu nie chcieli uwierzyć. Teraz jednak wygląda na to, że mogą oni nie mieć wyjścia, bo zbliżone rezultaty udało się osiągnąć amerykańskiemu badaczowi Guido Fettcie, który nie tylko stworzył swoją własną wersję silnika mikrofalowego, a do tego przekonał NASA aby go przetestowała.

NASA zaprezentowała wyniki tych testów parę dni temu podczas Joint Propulsion Conference w Cleveland i były one pozytywne. Pięciu naukowców z z Centrum Lotów Kosmicznych imienia Lyndona B. Johnsona przez parę dni badała dokładnie silnik osiągając ciąg 30-50 mikroniutonów - bardzo niewiele, jednak nie zmienia to faktu, że silnik działa - łamiąc pozornie zasadę zachowania pędu.

Pozornie, bo zdaniem speców z NASA w grę wchodzić mogą efekty kwantowe, a dokładniej rzecz biorąc oddziaływanie z pojawiającymi się i po chwili wzajemnie anihilujacymi się cząstkami materii i antymaterii w kwantowej próżni (ale jak sami napisali oni w swoim artykule - ich celem nie było poznanie tu dokładnej zasady działania silnika lecz sprawdzenie czy w ogóle on działa).

Sam Shawyer uważa, że silnik Fetty działa bardzo podobnie do jego EmDrive, ale dla brytyjskiego wynalazcy najważniejsze jest to, że teraz już chyba nikt nie odważy się nie uwierzyć w to, że on naprawdę działa.

A fakt, że silnik ten działa to nie tylko ważne wieści dla Shawyera lecz dla nas wszystkich - może dojść bowiem do sporej rewolucji w astronautyce. Można będzie dużo niższym kosztem wysyłać satelity na orbitę (gaz pędny może stanowić obecnie nawet połowę wagi satelity, zatem koszty zmalałyby również o połowę), a zainstalowanie EmDrive na ISS pozwoliłoby utrzymać stację w miejscu bez konieczności tankowania.

Shawyer ma też gotowy pomysł jak zwiększyć moc silnika. Podstawą jego wydajności jest Q - dobroć - czyli wielkość charakteryzująca ilościowo układ rezonansowy. Według wynalazcy wykorzystując nadprzewodniki uda się zwiększyć Q - a zatem siłę generowanego przez silnik ciągu - kilka tysięcy razy. A to dałoby możliwość napędzania z jego pomocą statków kosmicznych, a wtedy podbój kosmosu przez człowieka mógłby wkroczyć w zupełnie nową fazę.

Źródła: NASA, AIAA, Wired