Znajdź zawartość

Chińscy naukowcy twierdzą, że potwierdzili teorię, która ma umożliwiać zbudowanie "niemożliwego" relatywistycznego silnika elektromagnetycznego dla pojazdów kosmicznych. Jeśli im się to uda, mogą zdobyć olbrzymią przewagę w badaniach i militaryzacji kosmosu. Brytyjski naukowiec, Roger Shawyer, zaproponował teorię napędu elektromagnetycznego, który wykorzystuje mikrofale do przetworzenia energii elektrycznej w ciąg. Uczony opublikował w New Scientist artykuł na temat Emdrive'a (od electromagnetic drive - napęd elektromagnetyczny). Jego teoria została szeroko skrytykowana przez naukowców. John Costella, australijski fizyk, napisał: Powszechnie wiadomo, że relatywistyczny napęd elektromagnetyczny Rogera Shawyera narusza prawo zachowania pędu, jest więc kolejnym z całej rzeszy 'perpetum mobile', które pojawiały się przez setki lat i które nie działały. Jego analizy są nic niewarte, a jego silnik nie może istnieć. Trzeba tutaj zauważyć, że Shawyer nie jest przypadkową osobą. Pracował on nad rozwojem radarów i systemów komunikacyjnych, był jednym z menedżerów w europejskiej firmie kosmicznej EADS Astrium. Mimo to, wielu z góry odrzuciło jego teorię, a brytyjski rząd wstrzymał finansowanie jego prac. Bo też i niełatwo uwierzyć, że może istnieć silnik działający bez paliwa. Jednak, jak czytamy w udostępnionych przez Shawyera dokumentach, jego pomysł polega na wykorzystaniu dwóch praw fizyki. Pierwsze z nich do dobrze znany fenomen ciśnienia promieniowania. Jest to ciśnienie wywierane na powierzchnię przez promieniowanie elektromagnetyczne. Jeśli teraz przypomnimy sobie II zasadę dynamiki Newtona (zmiana ruchu jest proporcjonalna do przyłożonej siły poruszającej i odbywa się w kierunku prostej, wzdłuż której siła jest przyłożona) to możemy stwierdzić, że fala elektromagnetyczna poruszająca się z prędkością światła ma pewien pęd, który może przekazać urządzeniu. Jeśli ta sama fala wędruje z prędkością, która jest jedynie ułamkiem prędkości światła, to jej pęd będzie odpowiednio mniejszy. Shawyer zauważa, że już w latach 50. ubiegłego wieku dowiedziono, że prędkość i siła wywierana przez falę elektromagnetyczną mogą być różne, w zależności od geometrii falowodu. Doszedł on w ten sposób do wniosku, że jeśli fala elektromagnetyczna będzie wędrowała po stożkowym falowodzie umieszczonym pomiędzy dwoma odbijającymi ją lustrami i będzie charakteryzowała się dużą różnicą prędkości na obu końcach falowodu, to różnica sił wywieranych przez nią na oba lustra spowoduje pojawienie się siły ciągu. Siłę tę można z kolei zwielokrotnić umieszczając lustra w odpowiedniej odległości, która musi stanowić wielokrotność połowy długości fali elektromagnetycznej. Shawyer wyjaśnia dalej, że - jak widać na diagramie - jego system jest zamknięty, więc można dojść do wniosku, że ciąg się nie pojawi. Jednak, zauważa, powinniśmy wziąć pod uwagę szczególną teorię względności, zgodnie z którą przy prędkościach dochodzących do prędkości światła musimy używać osobnych układów odniesienia. Tym samym jego system należy rozważać jako otwarty, z falą elektromagnetyczną i falowodem posiadającymi różne układy odniesienia. Obecnie chińska Politechnika Północnozachodnia w Xi'an pracuje nad prototypową wersją silnika Shawyera. Pracami kieruje profesor Yang Juan, który wcześniej pracował nad mikrofalowymi przyspieszaczami plazmowymi. Shawyer porównuje swój C-Band Emdrive do już istniejącego silnika jonowego NSTAR, używanego przez NASA. Siła ciągu Emdrive'a ma wynosić 85 mN, podczas gdy maksymalna siła ciągu NSTAR to 92 mN. Jednak Emdrive ma ważyć mniej niż 7 kilogramów, czyli znacznie mniej niż 30-kilogramowy NSTAR. Ponadto NSTAR zużywa 10 gramów paliwa na godzinę, a Emdrive w ogóle nie potrzebuje paliwa. Wystarczy mu dostawa energii elektrycznej. Jeśli Emdrive naprawdę będzie działał, to czeka nas przełom w badaniach kosmosu. Dzięki takiemu silnikowi satelity i pojazdy kosmiczne będą poruszały się szybciej i dłużej. Nie będzie niebezpieczeństwa skażenia toksycznym paliwem. Sondy kosmiczne polecą dalej i dotrą do celu szybciej. Co więcej, będą mogły się zatrzymać, by go zbadać. Jak twierdzi Shawyer, załogowy pojazd kosmiczny wyposażony w Emdrive dotarłby na Marsa w ciągu 41 dni.

Co łączy proces produkcji układów scalonych z opracowywanymi przez NASA silnikami jonowymi? I chipy, i silniki jonowe mogą zostać udoskonalone dzięki najnowszemu osiągnięciu uczonych z Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL). Opracowali oni lepszą metodę napylania jonowego. W przemyśle półprzewodnikowym metalowe warstwy są nanoszone na podłoże krzemowe właśnie za pomocą napylania jonowego. Technika ta polega na wykorzystaniu plazmy, uzyskiwanej najczęściej z argonu, którą umieszcza się za pomocą pola magnetycznego pomiędzy warstwą metalu a produkowanym obwodem. Plazma wybija jony z metalu, a te przepływają do obwodu, gdzie są osadzane. Obecnie najczęściej wykorzystywaną techniką napylania jonowego jest opracowane w latach 90. impulsowe magnetronowe napylanie wysokosprawne (HIPIMS - High Power Impulse Magnetron Sputtering), która znacznie zwiększyło liczbę jonów metali osadzających się na podłożu, co z kolei polepsza jakość pokrycia. Jednak nawet w HIPIMS prąd wyładowczy ma ponaddziesięciokrotnie wyższe natężenie, niż jony docierające do krzemowego podłoża. Specjaliści z LBNL wykorzystali HIPIMS i odwrócili sytuację: wbrew intuicji natężenie jonów w pewnych warunkach znacznie przewyższa natężenie prądu wyładowczego. Oczywiście większą liczbę jonów można by teoretycznie uzyskać za pomocą obecnych technik. Wystarczy tylko zwiększyć moc dostarczanego prądu. Jednak przy zwiększeniu mocy istnieje ryzyko przegrzania systemu do tego stopnia, iż magnesy się rozmagnetyzują lub dojdzie do stopienia krzemowego podłoża. Zarówno magnesy jak i katoda muszą być chłodzone wodą. W zastosowaniach przemysłowych używa się rozpylacza o średniej mocy około 1 kilowata - mówi Anders. Właśnie ta "średnia" jest tutaj bardzo ważna. Gdy bowiem dostarcza się prądu w krótkich impulsach, mogą one przekraczać średnią o setki razy, dzięki czemu uzyskujemy znacznie więcej jonów i wolnych elektronów, a więc znacznie lepsze pokrycie. Liczba jonów wytworzonych w takich warunkach jest dostatecznie duża do tworzenia pokrycia, jak i wystarczająca do powrotu do celu i pozyskania kolejnych jonów. System sam się podtrzymuje, gdyż w plazmie dominują jony metalu, a nie gaz, a w płaszczu mamy dodatkowe nadmiarowe elektrony tworzące nadmiarową plazmę. System po chwili samodzielnie się stabilizuje, ale już na wyższym poziomie, niż poprzednio. W tradycyjnych metodach napylania gaz potrzebny do uzyskania plazmy powoduje, że pokrycia nie są jednorodne, a mogą nawet przypominać gąbkę. Jednak w nowej technologii w plazmie już nie dominuje gaz, a więc w pokryciu nie powstają luki. Ponadto wysoka koncentracja jonów pozwala na nałożenie ich nawet w najtrudniej dostępnych miejscach. To z kolei umożliwia tworzenie doskonalszych układów scalonych. Ponadto, jako że nowa technologia dobrze sprawdza się w próżni, może zostać w przyszłości wykorzystania zarówno do napylania materiałów w przestrzeni kosmicznej, jak i do stworzenia jonowego silnika, którego paliwem będzie tani niepalny metal. Inne potencjalne egzotyczne zastosowanie nowej technologii to użycie jej do pokrywania wnętrz akceleratorów cząstek niobem, materiałem, z którym bardzo trudno jest obecnie pracować. Podczas dotychczasowych eksperymentów Anders i Joakim Andersson wykorzystali prąd o natężeniu 250 amperów, a więc o wartości znacznie większej, niż kiedykolwiek stosowana w magnetronach.