Investigadores de la Universidad Técnica de Dresde midieron el empuje del "motor imposible" EmDrive, que no requiere combustible para funcionar y viola la ley de conservación del impulso, y concluyeron que aquí no hay magia. El experimento mostró que el empuje registrado se explica por un blindaje insuficiente de la instalación y, como consecuencia, la influencia del campo magnético terrestre no contabilizada anteriormente. Los científicos compartieron sus hallazgos en la Conferencia de Propulsión Espacial.
Los investigadores dirigidos por Martin Taimar midieron el empuje del EmDrive utilizando un equipo de torsión, que ella perfeccionó constantemente durante cuatro años. El principio de funcionamiento de esta instalación recuerda al equilibrio de torsión, inventado a finales del siglo XVIII y utilizado para probar experimentalmente las leyes de Coulomb y Newton. Una balanza de torsión es un brazo equilibrado suspendido de un hilo vertical. Cuando las fuerzas externas actúan sobre la palanca, gira y el ángulo de deflexión se puede utilizar para juzgar la magnitud de las fuerzas aplicadas. En la instalación de los científicos alemanes, en lugar de un hilo, se utilizaron resortes de torsión sensibles, que sujetaban la cámara con un motor, y se midió el desplazamiento de la cámara mediante un interferómetro láser. Esto hizo posible fijar la fuerza de empuje del orden de varios micronewtons.
La cámara del experimento y su diseño.
Por supuesto, los investigadores intentaron reducir al máximo el posible impacto de fuerzas externas, que podrían confundirse con el empuje del "motor imposible". Para ello, la cámara se instaló en un bloque de hormigón separado, que suprime las vibraciones de la cimentación. Se evacuó la cámara a una presión de aproximadamente un pascal (100 mil veces menos que la atmosférica), se protegieron todas las partes importantes de la instalación de la radiación electromagnética externa mediante láminas de metal, y también se intentó evitar el sobrecalentamiento de la electrónica controlando su temperatura mediante cámaras infrarrojas.
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Antes de realizar experimentos básicos, los físicos calibraron la configuración para asegurarse de que realmente habían descartado todos los factores externos. Finalmente, al medir el empuje, los investigadores encendieron el motor dentro de la cámara para ver si algún factor no contabilizado estaba afectando los resultados. En una situación ideal, cuando no existen tales factores, la dirección del desplazamiento de la cámara debe ser opuesta a la dirección del empuje del motor; por ejemplo, en un ángulo de rotación del motor de 0 grados, el desplazamiento de la cámara es positivo, en 180 grados, negativo y en un ángulo de 90 grados, está completamente ausente.
Las mediciones con EmDrive mostraron un comportamiento ligeramente diferente. Por supuesto, en ángulo cero, el empuje alcanzó cuatro micronewtons con una potencia de amplificación del orden de dos vatios, y cuando el motor se giró 180 grados, el desplazamiento cambió de signo. Por lo tanto, resultó que la relación de empuje a potencia es aproximadamente igual a dos milinewtons por kilovatio, que es casi el doble de los resultados de experimentos anteriores. Sin embargo, en un ángulo de 90 grados, los físicos aún registraron el desplazamiento de la cámara, aunque debería haber estado ausente. Además, cuando la fuerza de las oscilaciones electromagnéticas dentro del motor se suprimió casi cien mil veces, la magnitud del empuje prácticamente no cambió. Esto significa que, en realidad, el empuje observado en el experimento no se asoció con el motor, sino con factores externos no contabilizados.
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El campo magnético de la Tierra puede actuar como tales factores, señalan los investigadores. Los físicos agregan que todos los dispositivos involucrados en el experimento estaban blindados y que se utilizaron cables coaxiales siempre que fue posible, pero el campo aún podía penetrar en la instalación a través de sus juntas. Por supuesto, debería haberse debilitado mucho, pero la magnitud del empuje medido es tan pequeña que puede atribuirse fácilmente a este efecto. De hecho, la fuerza del campo magnético terrestre es de aproximadamente 50 microtesla y la corriente que alimenta el amplificador era de hasta dos amperios. Usando la ley de Ampere, es fácil calcular que bajo tales condiciones, un empuje de aproximadamente dos micronewtons puede crear una sección de alambre de solo dos centímetros de largo. Para eliminar esta fuerza, proteja el amplificador y la cámara al mismo tiempo,aumentando el tamaño de la jaula de Faraday metálica. Los autores del artículo enfatizan que en todas las mediciones anteriores del empuje EmDrive, no se realizó dicho blindaje y, por lo tanto, sus resultados deben verificarse cuidadosamente.
La gente ha soñado durante mucho tiempo con los viajes interestelares, pero muchas dificultades técnicas impiden que este sueño se haga realidad. Uno de los mayores es la necesidad de llevar una enorme masa de combustible a bordo de la nave espacial, ya que aún no contamos con otras tecnologías que nos permitan desarrollar altas velocidades en el espacio exterior. Confiamos en el empuje de los reactores, y este es uno de los problemas.
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Para que la nave espacial pueda volar a la estrella más cercana al sistema solar, Proxima Centauri, (distancia de unos 4,2 años luz), necesitará una masa de combustible, comparable a la masa del Sol.
Por el momento, el desarrollo de formas alternativas de acelerar las naves espaciales, por ejemplo, con la ayuda de las mismas velas solares, que utilizan la energía del viento solar o la radiación láser para propulsión. Por ejemplo, el proyecto Breakthrough Starshot propone lanzar pequeñas naves (de aproximadamente un gramo de masa) a Proxima Centauri, que serán aceleradas por el viento solar y alcanzarán la estrella en veinte años. Sin embargo, estas tecnologías no se pueden escalar a tamaños humanos.
El motor EmDrive, otra alternativa a la propulsión a chorro, se mostró prometedor como tecnología que nos abrirá el camino a los viajes interestelares. El motor fue propuesto por Roger Scheuer en 1999. Consiste en un resonador asimétrico y un magnetrón, que dirige la radiación electromagnética hacia él y excita las ondas electromagnéticas estacionarias. A su vez, debido a la asimetría de la estructura, las olas crean diferentes presiones en las paredes del motor y son una fuente de empuje.
El funcionamiento de un motor de este tipo viola la ley de conservación del momento, una de las leyes fundamentales de la física. Sin embargo, numerosos experimentos afirmaron que EmDrive todavía crea tracción. Por ejemplo, en un artículo publicado en noviembre de 2016, los ingenieros de la NASA informaron un empuje de aproximadamente 80 micronewtons con una potencia eléctrica aplicada de aproximadamente 60 vatios. Y en septiembre del año pasado, los investigadores chinos también anunciaron un prototipo funcional del motor, "imposible" desde el punto de vista de la ciencia.
Nikolay Khizhnyak