EmDrive es un concepto para una frecuencia de radio ( RF ) resonante hélice de cavidad que se demanda para tener aplicaciones potenciales como un propulsor de la nave espacial . [1] [2] Se supone que genera empuje reflejando microondas internamente en el dispositivo, en violación de la ley de conservación del momento y otras leyes de la física . [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] Los medios a menudo se refieren al dispositivo como Impossible Drive . [11] [12] [13] [7]Fue introducido en 2001 por Roger Shawyer. [14] [15]
País de origen | Estados Unidos |
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Fecha | 2001 |
Solicitud | Propulsor de nave espacial |
Estado | Concepto de dispositivo |
Actuación | |
Empuje (SL) | 0 N (0 ozf ) |
No existe un diseño oficial para este dispositivo, y ninguna de las personas que afirman haberlo inventado se han comprometido a explicar cómo podría funcionar como propulsor o qué elementos lo definen, lo que dificulta saber si un objeto dado es un ejemplo de un dispositivo de este tipo. Sin embargo, se han construido y probado varios prototipos basados en sus descripciones públicas. En 2016, el Laboratorio de Física Avanzada Propulsión en NASA informó de la observación de un pequeño empuje evidentes a partir de una de esas pruebas, [16] un resultado no desde replicado, y estudios posteriores han indicado que el empuje observada fue error de medición causado por la interacción con el campo magnético de la Tierra o por gradientes térmicos. [17] [18] Ningún otro experimento publicado ha medido un empuje aparente mayor que el margen de error del experimento. [19]
Historia y controversia
Los motores de los cohetes funcionan expulsando propelente , que actúa como una masa de reacción y que produce empuje según la tercera ley de movimiento de Newton . En la década de 1960, se realizó una extensa investigación sobre dos diseños que emiten gases ionizados de alta velocidad de manera similar: propulsores de iones que convierten el propulsor en iones y los aceleran y expulsan a través de potenciales eléctricos , y propulsores de plasma que convierten el propulsor en iones de plasma y aceleran y expulsarlos a través de corrientes de plasma . Todos los diseños de propulsión electromagnética funcionan según el principio de masa de reacción .
Un propulsor que no expulsa propelente para producir una fuerza de reacción , proporcionando empuje mientras es un sistema cerrado sin interacción externa, sería un propulsor sin reacción . Tal impulso violaría la conservación del momento y la tercera ley de Newton , [20] llevando a muchos físicos a considerar la idea como pseudociencia . [dieciséis]
La propuesta original para un propulsor de cavidad resonante de RF vino de Roger Shawyer en 2001. Propuso un diseño con una cavidad cónica, que llamó "EmDrive". Afirmó que produjo un empuje en la dirección de la base de la cavidad. Guido Fetta luego construyó el Cannae Drive basado en el concepto de Shawyer [21] [20] como un propulsor resonante con una cavidad en forma de pastillero. Desde 2008, algunos físicos han probado sus propios modelos, tratando de reproducir los resultados afirmados por Shawyer y Fetta. Juan Yang en Xi'an 's Universidad Politécnica del Noroeste (NWPU) no fue capaz de medir de forma reproducible empuje de sus modelos, a lo largo de 4 años. [22] [23] [24] En 2016, el grupo de Harold White en el Laboratorio de Física de Propulsión Avanzada de la NASA informó en el Journal of Propulsion and Power que una prueba de su propio modelo había observado un pequeño empuje. [25] En diciembre de 2016, Yue Chen, de la división de satélites de comunicaciones de la Academia de Tecnología Espacial de China (CAST), dijo que su equipo había probado varios prototipos, observado el empuje y estaba llevando a cabo una verificación en órbita. [26] [27] [28] [29] En septiembre de 2017, Chen volvió a hablar sobre este proyecto CAST en una entrevista en CCTV . [30]
La cobertura de los medios de los experimentos que utilizan estos diseños ha sido controvertida y polarizada. El EmDrive llamó la atención por primera vez, tanto crédulo como despectivo, cuando New Scientist lo describió como un disco "imposible" en 2006. [31] Los medios de comunicación fueron luego criticados por afirmaciones engañosas de que un propulsor de cavidad resonante había sido "validado por la NASA" [ 32] tras los primeros informes de prueba tentativos de White en 2014. [33] Los científicos han seguido notando la falta de cobertura imparcial, desde ambos lados polarizados. [34]
En 2006, respondiendo al artículo de New Scientist , el físico matemático John C. Baez de la Universidad de California, Riverside , y el escritor australiano de ciencia ficción Greg Egan , dijeron que los resultados positivos reportados por Shawyer probablemente eran malas interpretaciones de errores experimentales. [35]
En 2014, el documento de la conferencia de White sugirió que los propulsores de cavidad resonante podrían funcionar transfiriendo el impulso al "plasma virtual de vacío cuántico". [3] Báez y Carroll criticaron esta explicación, porque en la descripción estándar de las fluctuaciones del vacío, las partículas virtuales no se comportan como un plasma; Carroll también señaló que el vacío cuántico no tiene un "marco de reposo", lo que no proporciona nada contra lo que empujar, por lo que no se puede utilizar para la propulsión. [1] [36] De la misma manera, los físicos James F. Woodward y Heidi Fearn publicaron dos artículos que mostraban que los pares virtuales electrón - positrón del vacío cuántico, discutidos por White como un potencial propulsor de plasma virtual, no podían explicar el empuje en cualquier sistema electromagnético cerrado y aislado, como un propulsor cuántico de vacío . [2] [37]
Los físicos Eric W. Davis del Instituto de Estudios Avanzados de Austin y Sean M. Carroll del Instituto de Tecnología de California dijeron en 2015 que las mediciones de empuje informadas en los artículos de Tajmar y White eran indicativas de errores de efecto térmico. [38]
En mayo de 2018, investigadores del Instituto de Ingeniería Aeroespacial de Technische Universität Dresden , Alemania , concluyeron que el efecto dominante subyacente al aparente empuje podría identificarse claramente como un artefacto causado por el campo magnético de la Tierra que interactúa con los cables de alimentación en la cámara, un resultado que otros expertos están de acuerdo. [39] [40] [17]
En diciembre de 2019, White dejó el liderazgo del Laboratorio de Física de Propulsión Avanzada para dirigir la investigación y el desarrollo en el Limitless Space Institute . Entre otros trabajos, seguirá investigando sobre el EmDrive. [41] Un investigador de la Marina de los Estados Unidos, Salvatore Cesar Pais, solicitó recientemente una patente similar al EmDrive. [42] El proyecto DARPA continuará hasta mayo de 2021. [42] Mike McCulloch, el actual líder del proyecto DARPA EmDrive, José Luis Pérez-Diaz, profesor de física e ingeniero mecánico en la Universidad Carlos III de Madrid , y Tajmar han continuado experimentando y desarrollar una explicación teórica, con artículos de Tajmar que deben presentarse en febrero de 2021. [42] [43]
Diseños y prototipos
EmDrive
En 2001, Shawyer fundó Satellite Propulsion Research Ltd , con el fin de trabajar en EmDrive, una unidad que, según él, usaba una cavidad resonante para producir empuje sin propulsor. La compañía fue respaldada por subvenciones SMART Award del Departamento de Comercio e Industria del Reino Unido . [20] [44] En diciembre de 2002, se describe un prototipo de trabajo con una supuesta empuje total de alrededor de 0,02 newtons (0.072 ozf ) accionados por un 850 W magnetrón . El dispositivo podría funcionar durante solo unas pocas docenas de segundos antes de que el magnetrón fallara debido al sobrecalentamiento. [45]
Segundo dispositivo y artículo de New Scientist
En octubre de 2006, Shawyer realizó pruebas en un nuevo prototipo refrigerado por agua y dijo que había aumentado el empuje. [46] Informó planes para tener el dispositivo listo para su uso en el espacio en mayo de 2009 y para convertir la cavidad resonante en un superconductor, [46] ninguno de los cuales se materializó.
La revista New Scientist [14] presentó el EmDrive en la portada del número del 8 de septiembre de 2006. El artículo describió el dispositivo como plausible y enfatizó los argumentos de quienes sostenían ese punto de vista. El autor de ciencia ficción Greg Egan distribuyó una carta pública declarando que "una inclinación sensacionalista y una falta de conocimiento básico por parte de sus escritores" hacía que la cobertura de la revista fuera poco confiable, suficiente "para constituir una amenaza real para la comprensión pública de la ciencia". Especialmente, Egan dijo que estaba "atónito por el nivel de analfabetismo científico" en la cobertura de la revista, alegando que utilizaba "palabras sin sentido" para ofuscar el problema de la conservación del impulso. La carta fue respaldada por el físico matemático John C. Baez y publicada en su blog. [35] [1] El editor de New Scientist , Jeremy Webb, respondió a los críticos:
Es una crítica justa que New Scientist no dejó suficientemente claro cuán controvertido es el motor de Roger Shawyer. Deberíamos haber hecho más explícito dónde aparentemente contraviene las leyes de la naturaleza e informar que varios físicos se negaron a comentar sobre el dispositivo porque lo consideraron demasiado polémico ... Lo bueno es que las ideas de Shawyer son comprobables. Si tiene éxito en hacer volar su máquina en el espacio, pronto sabremos si es un dispositivo innovador o un mero vuelo de la fantasía. [31]
New Scientist también publicó una carta del ex director técnico de EADS Astrium :
Revisé el trabajo de Roger y concluí que tanto la teoría como el experimento tenían fallas fatales. A Roger se le informó que la empresa no tenía ningún interés en el dispositivo, no deseaba obtener cobertura de patente y, de hecho, no deseaba asociarse con él de ninguna manera. [47]
Una carta del físico Paul Friedlander:
Mientras lo leía, yo, al igual que los miles de otros físicos que lo habrán leído, me di cuenta de inmediato de que esto era imposible como se describe. Los físicos están entrenados para usar ciertos principios fundamentales para analizar un problema y esta afirmación claramente burlaba uno de ellos ... El impulso de Shawyer es tan imposible como el movimiento perpetuo. La conservación relativista del impulso se ha entendido durante un siglo y dicta que si nada emerge del dispositivo de Shawyer, entonces su centro de masa no se acelerará. Es probable que Shawyer haya utilizado una aproximación en algún lugar de sus cálculos que hubiera sido razonable si no hubiera multiplicado el resultado por 50.000. La razón por la que los físicos valoran principios como la conservación del impulso es que actúan como un control de la realidad contra errores de este tipo. [48]
Trabajo posterior
En 2007, el Departamento de Comercio e Industria del Reino Unido otorgó a SPR una licencia de exportación a Boeing en los EE. UU. [49] Según Shawyer, en diciembre de 2008 fue invitado al Pentágono para presentar en EmDrive, y en 2009 Boeing expresó interés en él, [50] momento en el que afirmó que SPR construyó un propulsor que producía 18 gramos de empuje. y lo envió a Boeing. Sin embargo, Boeing no autorizó la tecnología y la comunicación se detuvo. [51] En 2012, un representante de Boeing confirmó que Boeing Phantom Works solía explorar formas exóticas de propulsión espacial, incluida la impulsión de Shawyer, pero ese trabajo cesó más tarde. Confirmaron que "Phantom Works no está trabajando con el Sr. Shawyer", ni está realizando esas exploraciones. [21]
En 2013 y 2014, Shawyer presentó ideas para diseños y aplicaciones de EmDrive de 'segunda generación' en el Congreso Astronáutico Internacional anual . Un artículo basado en su presentación de 2014 se publicó en Acta Astronautica en 2015. [52] Describe un modelo para una cavidad resonante superconductora y tres modelos para propulsores con múltiples cavidades, con aplicaciones hipotéticas para el lanzamiento de sondas espaciales.
En 2016, Shawyer presentó más patentes [53] [54] y lanzó una nueva empresa, Universal Propulsion Ltd. , como empresa conjunta con Gilo Industries Group , una pequeña empresa aeroespacial del Reino Unido. [51]
Cannas y otras unidades
El Cannae Drive (anteriormente Q-drive), [55] otro motor diseñado para generar propulsión a partir de una cavidad resonante sin propulsor, es otra implementación de esta idea. Su cavidad también es asimétrica, pero relativamente plana en lugar de un cono truncado. Fue diseñado por Fetta en 2006 y ha sido promovido en los EE. UU. A través de su empresa, Cannae LLC, desde 2011. [55] [56] [57] [58] [59] En 2016, Fetta anunció planes para lanzar finalmente un CubeSat. satélite que contiene una versión de Cannae Drive, que ejecutarían durante 6 meses para observar cómo funciona en el espacio. [60]
En China, los investigadores que trabajaban con Yang en NWPU desarrollaron su propio prototipo de propulsor de cavidad resonante en 2008, publicando un informe en la revista de su universidad sobre la teoría detrás de tales dispositivos. En 2012 midieron el empuje de su prototipo, sin embargo, en 2014 descubrieron que había sido un error experimental. Un segundo prototipo mejorado no produjo ningún empuje medido. [21] [61] [62]
En la Academia de Tecnología Espacial de China , Yue Chen presentó varias solicitudes de patente en 2016 que describen varios diseños de propulsores de cavidad resonante de RF. Estos incluían un método para apilar varias cavidades resonantes cortas para mejorar el empuje, [63] y un diseño con una cavidad que era un semicilindro en lugar de un tronco. [64] Ese diciembre, Chen anunció que CAST estaba realizando pruebas en un propulsor de cavidad resonante en órbita, [65] sin especificar qué diseño se utilizó. En una entrevista en CCTV en septiembre de 2017, Chen Yue mostró algunas pruebas de un dispositivo cilíndrico plano correspondiente a la patente que describe cavidades cortas apiladas con diafragmas internos. [66] [63]
Inconsistencias teóricas
La teoría propuesta sobre cómo funciona EmDrive viola la conservación del impulso , que establece que cualquier interacción no puede tener una fuerza neta; una consecuencia de la conservación del momento es la tercera ley de Newton, donde para cada acción hay una reacción igual y opuesta. [16] La conservación del impulso es una simetría de la naturaleza . [67]
Un ejemplo citado a menudo de aparente falta de conservación del impulso es el efecto Casimir ; [68] en el caso estándar en el que dos placas paralelas se atraen entre sí. Sin embargo, las placas se mueven en direcciones opuestas, por lo que no se extrae ningún momento neto del vacío y, además, se debe poner energía en el sistema para desarmar las placas nuevamente. [69]
Suponiendo campos eléctricos y magnéticos homogéneos, es imposible para el EmDrive, o cualquier otro dispositivo, extraer una transferencia neta de momento de un vacío clásico o cuántico . [69] La extracción de un impulso neto "de la nada" [70] [71] se ha postulado en un vacío no homogéneo, pero esto sigue siendo muy controvertido ya que violará la invariancia de Lorentz . [69]
Tanto las teorías de Harold White [72] [73] [74] [68] como las de Mike McCulloch [75] sobre cómo podría funcionar el EmDrive se basan en estos efectos Casimir asimétricos o dinámicos . Sin embargo, si estas fuerzas de vacío están presentes, se espera que sean excepcionalmente pequeñas según nuestro conocimiento actual, demasiado pequeñas para explicar el nivel de empuje observado. [69] [76] [77] En el caso de que el empuje observado no se deba a un error experimental, un resultado positivo podría indicar una nueva física. [78] [79]
Ensayos y experimentos
Pruebas de inventores
En 2004, Shawyer afirmó haber recibido siete críticas positivas independientes de expertos de BAE Systems , EADS Astrium , Siemens y la IEE . [80] Sin embargo, ningún experto independiente ha publicado una revisión positiva y al menos uno impugnó directamente la afirmación de Shawyer. En una carta a New Scientist , el entonces director técnico de EADS Astrium (antiguo empleador de Shawyer) lo negó, afirmando:
Revisé el trabajo de Roger y concluí que tanto la teoría como el experimento tenían fallas fatales. A Roger se le informó que la empresa no tenía ningún interés en el dispositivo, no deseaba obtener cobertura de patente y, de hecho, no deseaba asociarse con él de ninguna manera. [47]
En 2011, Fetta probó una versión superconductora de la unidad Cannae. La cavidad resonante de RF se suspendió dentro de un Dewar lleno de helio líquido . El peso de la cavidad se controló mediante celdas de carga . Fetta teorizó que cuando el dispositivo se activaba y producía un empuje hacia arriba, las células de carga detectarían el empuje como un cambio de peso. Según Fetta, cuando se enviaron pulsos de potencia de RF a la cavidad resonante, hubo una reducción en la fuerza de compresión en las celdas de carga que podría indicar empuje.
Ninguno de estos resultados fue publicado en la literatura científica, replicado por investigadores independientes o replicado consistentemente por los inventores. En algunos casos, los detalles se publicaron durante un tiempo en los sitios web de los inventores, pero esos documentos no permanecen en línea a partir de 2019. [81]
En 2015, Shawyer publicó un artículo en Acta Astronautica , resumiendo las pruebas existentes en EmDrive. De siete pruebas, cuatro produjeron una fuerza medida en la dirección prevista y tres produjeron empuje en la dirección opuesta. Además, en una prueba, el empuje podría producirse en cualquier dirección variando las constantes de resorte en el aparato de medición. [82]
Universidad Politécnica del Noroeste
En 2008, un equipo de investigadores chinos dirigido por Juan Yang (杨 涓), profesor de teoría de la propulsión e ingeniería de aeronáutica y astronáutica en la Universidad Politécnica del Noroeste (NWPU) en Xi'an , China , dijo que habían desarrollado un electro- teoría magnética detrás de un propulsor de cavidad resonante de microondas. [22] [83] Se construyó y probó una versión de demostración de la unidad con diferentes formas de cavidad y con niveles de potencia más altos en 2010. Utilizando un banco de pruebas de motores aeroespaciales generalmente utilizado para probar con precisión motores de naves espaciales como unidades de iones , [20] [61 ] [62] informaron de un empuje máximo de 720 mN a 2.500 W de potencia de entrada. [62] Yang señaló que sus resultados eran provisionales y dijo que "no pudo discutir su trabajo hasta que se publiquen más resultados". [20] Este resultado positivo fue más de 100 veces más de empuje por potencia de entrada que cualquier otro experimento.
En un experimento de seguimiento de 2014 (publicado en 2016), Yang no pudo reproducir la observación de 2010 y sugirió que se debía a un error experimental. [23] En ese experimento, refinaron su configuración experimental, utilizando un péndulo de torsión de tres hilos para medir el empuje, y probaron dos configuraciones de potencia diferentes. En una prueba, el sistema de energía estaba fuera de la cavidad y observaron un "empuje" de 8 a 10 mN. En una segunda prueba, el sistema de energía estaba dentro de la cavidad y no midieron tal empuje. En cambio, observaron un empuje insignificante por debajo de su umbral de ruido de 3 mN, fluctuando entre ± 0,7 mN con una incertidumbre de medición del 80%, con 230 W de potencia de entrada. Llegaron a la conclusión de que no podían medir el empuje significativo; que el "empuje" medido cuando se utilizan fuentes de energía externas (como en su experimento de 2010) podría ser ruido; y que era importante utilizar sistemas de energía autónomos para estos experimentos y péndulos más sensibles con menor rigidez a la torsión . [23]
NASA Eagleworks
Desde 2011, White ha tenido un equipo en la NASA conocido como Laboratorio de Física de Propulsión Avanzada , o Laboratorios Eagleworks, que se dedica a estudiar conceptos de propulsión exóticos. [84] El grupo ha investigado ideas para una amplia gama de propuestas marginales y no probadas , incluidas las unidades Alcubierre , las unidades que interactúan con el vacío cuántico y los propulsores de cavidad resonante de RF.
En 2014, el grupo comenzó a probar propulsores de cavidad resonante de su propio diseño y a compartir algunos de sus resultados. En noviembre de 2016, publicaron su primer artículo revisado por pares sobre este trabajo, en el Journal of Propulsion and Power . [25] [85] [86]
EmDrive y cavidades cónicas
En julio de 2014, White informó resultados positivos provisionales para evaluar una cavidad resonante de RF cónica. [3] Las pruebas se realizaron usando un péndulo de torsión de bajo empuje capaz de detectar la fuerza al nivel de micronewton dentro de una cámara de vacío sellada pero no vacía (el amplificador de potencia de RF usaba un capacitor electrolítico incapaz de operar en un vacío duro). [3] Los experimentadores registraron el empuje direccional inmediatamente después de la aplicación del poder.
Sus primeras pruebas de esta cavidad cónica se realizaron a muy baja potencia (2% del experimento de Shawyer de 2002). Se midió un empuje medio neto durante cinco corridas a 91,2 µN a 17 W de potencia de entrada. [3] El experimento fue criticado por su pequeño conjunto de datos y por no haberse realizado en vacío, para eliminar las corrientes de aire térmico.
El grupo anunció un plan para actualizar su equipo a niveles de potencia más altos, utilizar amplificadores de RF con capacidad de vacío con rangos de potencia de hasta 125 W y diseñar una nueva cavidad cónica que podría estar en el rango de 0,1 N / kW. El artículo de prueba estaría sujeto a verificación y validación independientes en el Centro de Investigación Glenn , el Laboratorio de Propulsión a Chorro y el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins . [3] [87] A partir de 2016[actualizar], esta validación no ha ocurrido. [88]
En 2015, Paul March de Eagleworks hizo públicos nuevos resultados, medidos con un péndulo de torsión en un fuerte vacío: alrededor de 50 µN con 50 W de potencia de entrada a 5,0 × 10 −6 torr . [87] Se decía que los nuevos amplificadores de potencia de RF estaban hechos para vacío intenso, pero fallaron rápidamente debido a descargas de corona internas . Sin fondos para reemplazarlos o actualizarlos, las mediciones fueron escasas durante un tiempo. [89]
Llevaron a cabo más experimentos en el vacío, un conjunto de 18 observaciones con 40-80W de potencia de entrada. Publicaron los resultados en el Journal of Propulsion and Power revisado por pares del Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica , bajo el título "Medición del empuje impulsivo de una cavidad de radiofrecuencia cerrada en el vacío" . Esto se publicó en línea en noviembre de 2016 y se publicó en forma impresa en diciembre. [25] [85] [86] El estudio dijo que el sistema estaba "funcionando de manera consistente con una relación de empuje a potencia de 1,2 ± 0,1 mN / kW", y enumeró muchas fuentes potenciales de error. [25]
El documento sugirió que la teoría de la onda piloto (una controvertida interpretación determinista no convencional de la mecánica cuántica) podría explicar cómo el dispositivo produce empuje. [25] [85] [86] Los comentaristas señalaron que el hecho de que un estudio que informa un impulso consistente se haya publicado con revisión por pares no significa necesariamente que el impulso funcione como se afirma. [16] El físico Chris Lee fue muy crítico con el trabajo, diciendo que el documento tenía un pequeño conjunto de datos y una serie de detalles faltantes que describió como "agujeros enormes". [90] El ingeniero eléctrico George Hathaway analizó y criticó el método científico descrito en el artículo. [91]
Cannae drive
Las pruebas de White en 2014 también evaluaron dos prototipos de propulsores Cannae. [3] Uno tenía ranuras radiales grabadas a lo largo del borde inferior del interior de la cavidad resonante, como lo requería la hipótesis de Fetta para producir empuje; [56] otro artículo de prueba "nulo" carecía de esas ranuras radiales. Ambos accionamientos estaban equipados con un dieléctrico interno . [3] Un tercer artículo de prueba, el control experimental, tenía una carga de RF pero no un interior de cavidad resonante. Estas pruebas se realizaron a presión atmosférica.
Se informó aproximadamente el mismo empuje neto tanto para el dispositivo con ranuras radiales como para el dispositivo sin ranuras. No se informó el empuje para el control experimental. Algunos consideraron que el resultado positivo para el dispositivo sin ranuras era una posible falla en el experimento, ya que se esperaba que el dispositivo de prueba nulo produjera menos o ningún empuje según la hipótesis de Fetta de cómo el dispositivo producía el empuje. [1] [92] [93] En el documento completo, sin embargo, White concluyó que los resultados de la prueba demostraron que "la producción de empuje no dependía del ranurado". [3]
Universidad Tecnológica de Dresde
En julio de 2015, un grupo de investigación aeroespacial de la Universidad Tecnológica de Dresde (TUD) dirigido por Martin Tajmar informó los resultados de una evaluación de una cavidad cónica resonante de RF similar al EmDrive. [94] La prueba se realizó primero en una balanza de viga de filo de cuchillo capaz de detectar la fuerza al nivel de micronewton, encima de una mesa de granito antivibración a presión de aire ambiente; luego en un péndulo de torsión con una resolución de fuerza de 0.1 mN, dentro de una cámara de vacío a presión de aire ambiente y en un vacío fuerte a 400 μPa (4 × 10 −6 mbar).
Utilizaron un magnetrón de horno convencional de banda ISM de 2,45 GHz y 700 W, y una pequeña cavidad con un factor Q bajo (20 en pruebas de vacío). Observaron pequeños empujes positivos en la dirección positiva y empujes negativos en la dirección negativa, de aproximadamente 20 µN en un vacío fuerte. Sin embargo, cuando rotaron la cavidad hacia arriba como una configuración "nula", observaron un empuje anómalo de cientos de micronewtons, significativamente mayor que el resultado esperado de empuje cero. Esto indicó una fuerte fuente de ruido que no pudieron identificar. Esto los llevó a concluir que no podían confirmar o refutar las afirmaciones sobre tal propulsor. En ese momento, consideraron experimentos futuros con un mejor blindaje magnético, otras pruebas de vacío y cavidades mejoradas con factores Q más altos .
En 2018, el equipo de investigación de TU Dresden presentó un documento de conferencia que resumía los resultados de los experimentos más recientes en su plataforma de prueba mejorada, que parecía mostrar que su empuje medido era el resultado de un error experimental de componentes insuficientemente blindados que interactuaban con el campo magnético de la Tierra. . [95] En sus experimentos, midieron valores de empuje consistentes con experimentos previos, y el empuje se invirtió apropiadamente cuando el propulsor fue girado 180 °. Sin embargo, el equipo también midió el empuje perpendicular a la dirección esperada cuando el propulsor se giraba 90 °, y no midió una reducción en el empuje cuando se utilizó un atenuador para reducir la potencia que realmente entraba en la cavidad resonante en un factor de 10.000. lo que dijeron "indica claramente que el" empuje "no proviene del EMDrive sino de alguna interacción electromagnética". Llegaron a la conclusión de que "la interacción magnética de cables o propulsores no suficientemente blindados es un factor importante que debe tenerse en cuenta para las mediciones de empuje μN adecuadas para este tipo de dispositivos", y planearon realizar pruebas futuras a mayor potencia y en diferentes frecuencias. y con una geometría de cavidad y blindaje mejorada. [96] [95]
En 2021, publicaron los resultados de las nuevas pruebas, que mostraron que las fuerzas medidas anteriormente podrían explicarse completamente por un error experimental, y que no había evidencia de ningún empuje medible una vez que se tuvieron en cuenta estos errores. [97] [98] [18] También publicaron dos artículos más, que muestran resultados similares para la variante LemDrive basada en láser y el propulsor de efecto Mach de Woodward . [99] [100]
Pruebas en el espacio
En agosto de 2016, Cannae anunció planes para lanzar su propulsor en un cubo de 6U en el que funcionarían durante 6 meses para observar cómo funciona en el espacio. Cannae ha formado una empresa llamada Theseus para la empresa y se asoció con LAI International y SpaceQuest Ltd. para lanzar el satélite. Aún no se ha anunciado una fecha de lanzamiento. [60]
En noviembre de 2016, el International Business Times publicó un informe no confirmado de que el gobierno de EE. UU. Estaba probando una versión del EmDrive en el Boeing X-37B y que el gobierno chino había hecho planes para incorporar el EmDrive en su laboratorio espacial orbital Tiangong-2 . [101] La Fuerza Aérea de EE. UU. Solo ha confirmado que la misión X-37B en cuestión realizó una prueba del sistema de propulsión eléctrica utilizando un propulsor de efecto Hall , un tipo de propulsor de iones que utiliza un propulsor gaseoso. [102] [103]
En diciembre de 2016, Yue Chen le dijo a un reportero del Diario de Ciencia y Tecnología de China que su equipo estaba probando un EmDrive en órbita y que habían estado financiando investigaciones en el área durante cinco años. Chen notó que el empuje de su prototipo estaba en el "nivel de micronewton a milinewton", que tendría que ser escalado hasta al menos 100-1000 milinewtons para tener la posibilidad de resultados experimentales concluyentes. A pesar de esto, dijo que su objetivo era completar la validación de la unidad y luego hacer que dicha tecnología esté disponible en el campo de la ingeniería de satélites "lo más rápido posible". [104] [105] [106] [107] [65]
Errores experimentales
Los errores experimentales en la prueba de los prototipos generalmente se dividen en cuatro categorías [108]
- Errores de medida. La mayoría de los científicos teóricos que han analizado el EmDrive creen que este es el caso probable.
- Efectos electromagnéticos.
- El escape no se mide ni se tiene en cuenta.
- Se especula que nuestra comprensión actual de las leyes de la física es completamente errónea.
Errores de medida
La explicación más simple y probable es que cualquier empuje detectado se debe a un error o ruido experimental . En todos los experimentos establecidos, una gran cantidad de energía se destina a generar una pequeña cantidad de empuje. Al intentar medir una señal pequeña superpuesta a una señal grande, el ruido de la señal grande puede oscurecer la señal pequeña y dar resultados incorrectos. Más tarde se informó que el resultado inicial más fuerte, del grupo de Yang en China, fue causado por un error experimental. [23]
Cambio en el centro de gravedad debido a efectos térmicos
Se cree que la mayor fuente de error proviene de la expansión térmica del disipador de calor del propulsor ; a medida que se expande, esto conduciría a un cambio en el centro de gravedad que provocaría el movimiento de la cavidad resonante. El equipo de White intentó modelar el efecto térmico en el desplazamiento general mediante el uso de una superposición de los desplazamientos causados por "efectos térmicos" y "empuje impulsivo" con White diciendo "Eso fue lo que más trabajamos para entender y poner en una caja". . A pesar de estos esfuerzos, el equipo de White no pudo explicar completamente la expansión térmica. En una entrevista con Aerospace America , White comenta que "aunque tal vez pusimos un poco de una marca de lápiz en [errores térmicos] ... ciertamente no están tachados con Sharpie negro". [109]
Su método de contabilización de los efectos térmicos ha sido criticado por Millis y Davies, quienes destacan que hay una falta de detalles tanto matemáticos como empíricos para justificar las suposiciones hechas sobre esos efectos. Por ejemplo, no proporcionan datos sobre la medición de la temperatura a lo largo del tiempo en comparación con el desplazamiento del dispositivo. El documento incluye un cuadro gráfico, pero se basa en suposiciones a priori sobre cuáles deberían ser las formas del "empuje impulsivo" y los "efectos térmicos", y cómo se superpondrán esas señales. Además, el modelo asume que todo el ruido es térmico y no incluye otros efectos como la interacción con la pared de la cámara, las fuerzas del cable de alimentación y la inclinación. Debido a que el artículo de Eagleworks no tiene un modelo explícito de empuje para compararlo con las observaciones, es en última instancia subjetivo y sus datos pueden interpretarse de más de una forma. La prueba de Eagleworks, por lo tanto, no muestra de manera concluyente un efecto de empuje, pero tampoco puede descartarlo. [78]
White sugirió que los experimentos futuros podrían ejecutarse en una balanza de Cavendish . En tal configuración, el propulsor podría girar hacia desplazamientos angulares mucho mayores, permitiendo que un empuje (si está presente) domine cualquier posible efecto térmico. Probar un dispositivo en el espacio también eliminaría el problema del centro de gravedad. [109]
Interacción electromagnética con la pared de la cámara de vacío.
Otra fuente de error podría haber surgido de la interacción electromagnética con las paredes de la cámara de vacío. [109] White argumentó que cualquier interacción de la pared solo podría ser el resultado de un acoplamiento de resonancia bien formado entre el dispositivo y la pared y que la alta frecuencia utilizada implica que las posibilidades de esto dependerían en gran medida de la geometría del dispositivo. A medida que los componentes se calientan debido a la expansión térmica, la geometría del dispositivo cambia, cambiando la resonancia de la cavidad. Para contrarrestar este efecto y mantener el sistema en condiciones óptimas de resonancia, White utilizó un sistema de bucle de bloqueo de fase (PLL). Su análisis asumió que el uso de un PLL descartaba una interacción electromagnética significativa con la pared. [25]
Fuerza de Lorentz de los cables de alimentación
Otra fuente potencial de error fue una fuerza de Lorentz que surge de los cables de alimentación. Muchos experimentos anteriores utilizaron vasos con aleación de metal Galinstan , que es líquido a temperatura ambiente, para suministrar energía eléctrica al dispositivo en lugar de cables sólidos. Martin Tajmar y su estudiante graduado Fiedler caracterizaron e intentaron cuantificar las posibles fuentes de error en su experimento en la Universidad Tecnológica de Dresde . Ejecutaron múltiples pruebas en su configuración experimental, incluidas las mediciones de la fuerza a lo largo de diferentes ejes con respecto a la corriente de la fuente de alimentación. Si bien eliminó o tuvo en cuenta muchas otras fuentes de error en experimentos anteriores, como reemplazar un mecanismo de amortiguación magnética con un amortiguador de aceite, menos eficiente pero significativamente menos interactuando con el campo electromagnético, el estudio no fue concluyente en cuanto a los efectos de la interacción electromagnética con el aparato. 'alimentación de energía, al mismo tiempo señalando que posiblemente sea la fuente de ruido más importante. [94] La configuración de potencia de White puede haber sido diferente, pero su documento no indica si las conexiones están todas alineadas coaxialmente con el eje de rotación del soporte, lo que sería necesario para minimizar los errores de las fuerzas de Lorentz, y no proporciona datos de pruebas equivalentes con potencia en una carga ficticia para que estas influencias se puedan comparar con las observadas en la carrera Tajmar-Fiedler. [78]
Especulación sobre nuevas leyes físicas.
El artículo de White de 2016 pasó por aproximadamente un año de revisión por pares que involucró a cinco árbitros. [109] [16] La revisión por pares no significa que los resultados u observaciones sean verdaderos, solo que los árbitros observaron el experimento, los resultados y la interpretación y encontraron que era sólido y sensato. [16] Brice Cassenti, profesor de la Universidad de Connecticut y experto en propulsión avanzada, habló con uno de los árbitros e informó que el árbitro no creía que los resultados apuntaran a ninguna física nueva, pero que los resultados eran lo suficientemente desconcertantes como para publicar. [79] Cassenti cree que hay una explicación mundana para los resultados, pero la probabilidad de que los resultados sean válidos es escasa pero no nula. [79]
El artículo de White se publicó en el Journal of Propulsion and Power . Marc Millis y Eric Davies, que dirigieron el anterior proyecto de propulsión avanzada de la NASA, el Breakthrough Propulsion Physics Program, han comentado que, si bien White utilizó técnicas que serían aceptables para verificar la propulsión eléctrica de los propulsores Hall , las pruebas no fueron suficientes para demostrar que cualquier nuevo efecto de la física existe. [78]
Ver también
- Controversia Abraham-Minkowski
- Propulsión por haz § Impulso directo
- Efecto Casimir
- Radiómetro de Crookes
- Dean drive
- Motor helicoidal
- Propulsor de vacío cuántico
- Impulso sin reacción
- Efecto unruh
- Experimento del interferómetro de White-Juday
- Efecto Woodward
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- EmDrive falla las pruebas