Jonisk framdrivning är för närvarande den långsammaste, men mest bränslesnåla, form av rymdresor. Kredit:NASA/JPL
Ända sedan NASA meddelade att de hade skapat en prototyp av den kontroversiella Radio Frequency Resonant Cavity Thruster (aka. EM Drive), alla rapporterade resultat har varit föremål för kontroverser. Och med de flesta tillkännagivandena i form av "läckor" och rykten, all rapporterad utveckling har naturligt behandlats med skepsis.
Och ändå, rapporterna fortsätter att komma. De senaste påstådda resultaten kommer från Eagleworks Laboratories vid Johnson Space Center, där en "läckt" rapport avslöjade att den kontroversiella enheten kan generera dragkraft i ett vakuum. Ungefär som den kritiska peer-review-processen, huruvida motorn kan klara sig i rymden har varit en kvardröjande fråga under en tid.
Med tanke på fördelarna med EM Drive, det är förståeligt att folk vill se att det fungerar. Teoretiskt sett, dessa inkluderar förmågan att generera tillräckligt med dragkraft för att flyga till månen på bara fyra timmar, till Mars om 70 dagar, och till Pluto på 18 månader, och förmågan att göra allt utan behov av drivmedel. Tyvärr, drivsystemet bygger på principer som bryter mot lagen om bevarande av momentum.
Denna lag säger att inom ett system, mängden momentum förblir konstant och varken skapas eller förstörs, men bara förändras genom krafternas inverkan. Eftersom EM Drive involverar elektromagnetiska mikrovågshåligheter som omvandlar elektrisk energi direkt till dragkraft, den har ingen reaktionsmassa. Det är därför "omöjligt", vad gäller konventionell fysik.
Rapporten, med titeln "Mätning av impulskraft från ett slutet radiofrekvenshålrum i vakuum", läckte tydligen i början av november. Dess huvudförfattare är förutsägbart Harold White, Advanced Propulsion Team Lead för NASA Engineering Directorate och huvudutredare för NASA:s Eagleworks-labb.
Som han och hans kollegor (påstås) rapportera i tidningen, de genomförde ett impulsivt dragkraftstest på en "konisk RF-testartikel". Detta bestod av en framåt- och bakåtdrivningsfas, en pendel med låg dragkraft, och tre dragkraftstester vid effektnivåer på 40, 60 och 80 watt. Som de sa i rapporten:
"Det visas här att en dialektiskt laddad avsmalnande RF-testartikel exciterade i TM212-läget vid 1, 937 MHz kan konsekvent generera kraft vid en dragkraftsnivå på 1,2 ± 0,1 mN/kW med kraften riktad mot den smala änden under vakuumförhållanden."
För att vara tydlig, denna nivå av drivkraft – 1,2. millinewton per kilowatt – är ganska obetydligt. Faktiskt, uppsatsen fortsätter med att placera dessa resultat i sitt sammanhang, jämför dem med jonpropeller och lasersegelförslag:
"Den nuvarande toppmoderna drivkraften för en Hall-propeller är i storleksordningen 60 mN/kW. Detta är en storleksordning högre än testartikeln som utvärderades under loppet av denna vakuumkampanj... Prestanda på 1,2 mN/kW parametern är två storleksordningar högre än andra former av "noll drivmedel" framdrivning såsom lätta segel, laserframdrivning och fotonraketer med dragkraft till effektnivåer i området 3,33-6,67 [mikronewton]/kW (eller 0,0033 – 0,0067 mN/kW)."
För närvarande, jonmotorer anses vara den mest bränsleeffektiva formen av framdrivning. Dock, de är notoriskt långsamma jämfört med konventionella, propeller med fast drivmedel. För att ge lite perspektiv, ESA:s Dawn-uppdrag förlitade sig på en xenon-jonmotor som hade en kraftgenerering på 90 millinewton per kilowatt. Med denna teknik, det tog sonden nästan fyra år att resa från jorden till asteroiden Vesta.
Begreppet direkt energi (aka. Laser segel), däremot kräver väldigt lite dragkraft eftersom det handlar om farkoster i waferstorlek – små sonder som väger ungefär ett gram och bär alla sina instrument de behöver i form av chips. Detta koncept utforskas för närvarande för att göra resan till närliggande planeter och stjärnsystem inom vår egen livstid.
Två bra exempel är det NASA-finansierade DEEP-IN interstellära konceptet som utvecklas på UCSB, som försöker använda laser för att driva en farkost med upp till 0,25 ljusets hastighet. Under tiden, Project Starshot (en del av Breakthrough Initiatives) utvecklar ett hantverk som de hävdar kommer att nå hastigheter på 20 % av ljusets hastighet, och därmed kunna göra resan till Alpha Centauri om 20 år.
Jämfört med dessa förslag, EM -enheten kan fortfarande skryta med att den inte kräver något drivmedel eller en extern strömkälla. Men baserat på dessa testresultat, den mängd kraft som skulle behövas för att generera en betydande mängd dragkraft skulle göra det opraktiskt. Dock, man bör komma ihåg att detta lågeffekttest utformades för att se om någon detekterad dragkraft kunde hänföras till anomalier (av vilka ingen upptäcktes).
Rapporten erkänner också att ytterligare tester kommer att vara nödvändiga för att utesluta andra möjliga orsaker, såsom tyngdpunktsförskjutningar (CG) och termisk expansion. Och om yttre orsaker igen kan uteslutas, framtida tester kommer utan tvekan att försöka maximera prestandan för att se hur mycket drivkraft EM Drive kan generera.
Men självklart, allt detta förutsätter att det "läckta" papperet är äkta. Tills NASA kan bekräfta att dessa resultat verkligen är verkliga, EM Drive kommer att fastna i kontrovers limbo.