Pesquisadores da Universidade Técnica de Dresden mediram o impulso do "motor impossível" EmDrive, que não requer combustível para operar e viola a lei de conservação do momento, e concluíram que não há mágica aqui. O experimento mostrou que o empuxo registrado é explicado pela blindagem insuficiente da instalação e, como consequência, pela influência do campo magnético terrestre até então não explicada. Os cientistas compartilharam suas descobertas na Conferência de Propulsão Espacial.
Os pesquisadores liderados por Martin Taimar mediram o impulso do EmDrive usando um equipamento de torção, que ela aperfeiçoou de forma consistente ao longo de quatro anos. O princípio de funcionamento desta instalação é uma reminiscência da balança de torção, inventada no final do século XVIII e utilizada para testar experimentalmente as leis de Coulomb e Newton. Uma balança de torção é um braço equilibrado suspenso por uma rosca vertical. Quando forças externas atuam na alavanca, ela gira e o ângulo de deflexão pode ser usado para avaliar a magnitude das forças aplicadas. Na instalação dos cientistas alemães, em vez de um fio, foram utilizadas molas de torção sensíveis, que seguravam a câmera com um motor, e o deslocamento da câmera foi medido por meio de um interferômetro a laser. Isso tornou possível fixar a força de impulso da ordem de vários micronewtons.
A câmara para o experimento e seu layout.
Claro, os pesquisadores tentaram reduzir ao máximo o possível impacto de forças externas, que poderiam ser confundidas com o impulso do "motor impossível". Para isso, a câmera foi instalada em um bloco de concreto separado, que suprime as vibrações da fundação. A câmara foi bombeada a uma pressão da ordem de um pascal (100 mil vezes menos que a atmosférica), todas as partes importantes da instalação foram protegidas da radiação eletromagnética externa por meio de chapas de metal e também se tentaram evitar o superaquecimento dos eletrônicos controlando sua temperatura por meio de câmeras infravermelhas.
Antes de fazer experimentos básicos, os físicos calibraram a configuração para se certificar de que realmente descartaram todos os fatores externos. Finalmente, ao medir o empuxo, os pesquisadores ligaram o motor dentro da câmara para ver se algum fator não explicado estava afetando os resultados. Em uma situação ideal, quando não existem tais fatores, a direção do deslocamento da câmera deve ser oposta à direção do empuxo do motor - por exemplo, em um ângulo de rotação do motor de 0 graus, o deslocamento da câmera é positivo, a 180 graus, negativo e em um ângulo de 90 graus, está completamente ausente.
As medições com o EmDrive mostraram um comportamento ligeiramente diferente. É claro que, no ângulo zero, o empuxo atingiu quatro micronewtons com uma potência amplificadora da ordem de dois watts, e quando o motor foi girado 180 graus, o deslocamento mudou de sinal. Assim, descobriu-se que a razão de empuxo para potência é aproximadamente igual a dois millinewtons por quilowatt, o que é quase o dobro dos resultados de experimentos anteriores. Mesmo assim, em um ângulo de 90 graus, os físicos ainda registravam o deslocamento da câmera, embora devesse estar ausente. Além disso, quando a força das oscilações eletromagnéticas dentro do motor foi suprimida em quase cem mil vezes, o valor de empuxo praticamente não mudou. Isso significa que, na realidade, o empuxo observado no experimento não estava associado ao motor, mas a fatores externos não explicados.
O campo magnético da Terra pode atuar como tais fatores, observam os pesquisadores. Os físicos acrescentam que todos os dispositivos que participaram do experimento foram blindados e cabos coaxiais foram usados sempre que possível, mas o campo ainda pode penetrar na instalação através de suas juntas. Claro, deveria ter sido muito enfraquecido, mas a magnitude do impulso medido é tão pequena que pode ser facilmente atribuída a este efeito. Na verdade, a força do campo magnético da Terra é de aproximadamente 50 microtesla, e a corrente que alimenta o amplificador era de até dois amperes. Usando a lei de Ampère, é fácil calcular que, nessas condições, um impulso de cerca de dois micronewtons pode criar uma seção de fio de apenas dois centímetros de comprimento. Para eliminar essa força, proteja o amplificador e a câmera ao mesmo tempo,aumentando o tamanho da gaiola de metal de Faraday. Os autores do artigo enfatizam que em todas as medições anteriores do empuxo do EmDrive, tal blindagem não foi realizada e, portanto, seus resultados devem ser verificados cuidadosamente.
As pessoas sonham há muito tempo com viagens interestelares, mas muitas dificuldades técnicas impedem que esse sonho se torne realidade. Uma das maiores é a necessidade de transportar uma grande massa de combustível a bordo da espaçonave, já que ainda não temos outras tecnologias que nos permitiriam desenvolver altas velocidades no espaço sideral. Contamos com o empuxo a jato, e este é um dos problemas.
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Para que a espaçonave possa voar até a estrela mais próxima do sistema solar - Proxima Centauri, (distância de cerca de 4,2 anos-luz), será necessária uma massa de combustível, comparável à massa do Sol.
No momento, o desenvolvimento de formas alternativas de acelerar espaçonaves, por exemplo, com o auxílio das mesmas velas solares, que utilizam a energia do vento solar ou radiação laser para propulsão. Por exemplo, o projeto Breakthrough Starshot propõe o lançamento de naves minúsculas (cerca de um grama em massa) para a Proxima Centauri, que será acelerada pelo vento solar e chegará à estrela em vinte anos. No entanto, essas tecnologias não podem ser dimensionadas para tamanhos humanos.
O motor EmDrive, outra alternativa à propulsão a jato, mostrou-se promissor como uma tecnologia que abrirá caminho para viagens interestelares. O motor foi proposto por Roger Scheuer em 1999. Consiste em um ressonador assimétrico e um magnetron, que direciona a radiação eletromagnética para ele e excita as ondas eletromagnéticas estacionárias. Por sua vez, devido à assimetria da estrutura, as ondas criam diferentes pressões nas paredes do motor e são uma fonte de empuxo.
A operação de tal motor viola a lei da conservação do momento, uma das leis fundamentais da física. No entanto, vários experimentos afirmaram que o EmDrive ainda cria tração. Por exemplo, em um artigo publicado em novembro de 2016, engenheiros da NASA relataram um impulso de cerca de 80 micronewtons com uma energia elétrica aplicada de cerca de 60 watts. E em setembro do ano passado, pesquisadores chineses também anunciaram um protótipo funcional do motor, "impossível" do ponto de vista da ciência.
Nikolay Khizhnyak