Інженер NASA запропонував новий варіант «неможливого» двигуна

Співробітник Центру космічних польотів імені Маршалла NASA Девід Бернс (David Burns) запропонував концептуальну схему двигуна для космічних подорожей, який не використовує реактивну тягу і повинен призводити до порушення закону збереження імпульсу. Принцип роботи полягає в використанні релятивістської поправки до імпульсу швидко рухомого тіла, йдеться в презентації, розміщеної на сервері NASA для технічних звітів.

Всі використовувані сьогодні в космічній індустрії двигуни є реактивними – вони рухаються за рахунок викидання струменя речовини в протилежну від напрямку руху бік. Зазвичай застосовуються хімічні двигуни, в яких викидаються продукти реакції палива і окислювача. Також використовуються іонні двигуни, в яких тягу створюють прискорені в електромагнітних полях іони, але їх тяга невелика.

Кілька років тому активно обговорювалося «неможливий» двигун EmDrive. Його основними компонентами були мідний резонатор у вигляді усіченого конуса і джерело мікрохвильового випромінювання – магнетрон. За твердженнями творців, несиметрична форма резонатора приводила до встановлення всередині специфічних електромагнітних коливань, які надавали на широку основу трохи більший тиск, ніж на вузьке, в результаті чого виникала тяга. На даний момент остаточного рішення з приводу працездатності установки немає, але в більшості досліджень не вдалося виявити заявленого ефекту.

Девід Бернс опублікував схему зовсім іншого двигуна, функціонування якого з точки зору закону збереження імпульсу також спірно. Принцип роботи полягає в використанні релятивістської поправки до імпульсу при русі зі швидкістю, близькою, яка повинна дозволяти тілу всередині двигуна періодично подавати тиск на протилежні стінки.

Принцип роботи нового двигуна можна зрозуміти з класичного аналога – грузила всередині коробки. Якщо грузмило без тертя рухається всередині порожнини і відбивається від її стінок, то він періодично віддає їм імпульс. Однак закони механіки Ньютона забороняють при цьому рухатися центру мас системи – якщо дивитися зовні, то коробка буде робити коливальні рухи біля положення рівноваги.

Однак якщо уявити ситуацію, що властивості грузила змінюються в залежності від напрямку руху, то він зможе надавати на протилежні стінки різний вплив, яке буде згодом підсумовуватися і поступово прискорювати всю систему. У класичній фізиці таке явище неможливо, але Бернс пропонує обійти це обмеження за рахунок ефектів Спеціальної теорії відносності.

Згодної цієї теорії, імпульс тіла одно не тільки добутку маси на швидкість, також необхідно помножити цю величину на  гамма-фактор , який при невеликих швидкостях дуже близький до одиниці, але при прагненні до швидкості світло зростає. Згідно з концепцією, грузило повинен бути замінений на кільце з іонів, які треба прискорювати при русі всього пучка в одному напрямку і сповільнювати в іншому випадку. При цьому установка стає схожа на прискорювач частинок з магнітним полем, через що траєкторії частинок візьмуть спіральний вигляд. Ця обставина легко в основу авторського назви «спіральний двигун» (Helical Engine).

Для оцінки тяги двигуна Бернс наводить результати моделювання для конкретних параметрів. У цьому прикладі довжина порожнини становить 120 метрів, малий радіус, на якому обертаються іони після уповільнення, – приблизно 3,2 метра, а великий – 3,5 метра. У симуляції використовувалися альфа-частинки (ядра гелію), швидкість яких змінювалася від 99 до 99,05 відсотків швидкості світла, що відповідає гамма-факторам 7,09 і 7,26. Всього в пучку було приблизно 1,6 × 10 ¹² частинок, а магнітне поле складало від 13,16 до 13,79 тесла. В результаті роботи такого двигуна за твердженням Бернса виходить сумарна тяга близько одного ньютона при сумарному енергоспоживанні в 165 мегават.

У висновку автор пише, що його ідея фактично являє собою запуск в космос синхротрона , яке споживає мегавати енергії для генерації крихітної тяги, що не є достатнім обґрунтуванням для побудови. Однак потенційно система має надзвичайно високим питомим імпульсом , що теоретично дозволяє їй прискорюватися майже до швидкості світла. При цьому питання з законом збереження імпульсу Бернс залишає без відповіді: він передбачає, що він може нестися у вигляді випромінювання, але остаточної ясності немає.

Раніше з нульовим результатом завершився проект Google по відтворенню експериментом в області холодного ядерного синтезу.