Источник: Wikimedia

Инженер Центра космических полетов имени Маршалла NASA Дэвид Бёрнс предложил концепцию нового двигателя, который не использует реактивную тягу и, в теории, нарушает закон сохранения импульса. Проект опубликован на сервере NASA для технических отчетов.

В общих чертах проект Бёрнса представляет собой цилиндр с сильным магнитным полем, внутри которого движется кольцо ионов. В одной части цилиндра ускоритель должен разгонять ионы до околосветовой скорости, а в другой — замедлять. При этом ионы ударяются о стенки цилиндра. В классической физике такие удары не приводили бы к росту импульса, однако Бернс обращается к Специальной теории относительности: из-за близости к скорости света масса ионов будет возрастать. В итоге, импульс при ударе с одной стороны будет значительно сильнее и система будет в целом ускоряться.

Бернс предложил модель двигателя с магнитным полем силой 13Т и ускорителем на 160 МВт. По его плану, затраченную энергию можно будет восполнять при замедлении ионов.

Мартин Таймар из Технического университета Дрездена критически оценил идею «невозможного» двигателя:
«Бернс работал над своим дизайном в частном порядке, без какой-либо поддержки со стороны НАСА, и он признает, что его концепция в целом неэффективна. Тем не менее, он предположил, что есть потенциал, чтобы сохранить большую часть энергии, которую ускоритель теряет при нагревании и излучении».

Таймар упомянул, что проект Бернса может столкнуться с проблемами, которые возникали у другого «невозможного» двигателя EmDrive. EmDrive — установка из магнетрона и резонатора, в котором тяга создается благодаря стоячей волне электромагнитных колебаний. Разработки EmDrive ведутся с 1999 года, однако эксперименты до сих пор не дали подтверждения работоспособности двигателя.

«Насколько мне известно, все инерционные двигательные установки никогда не работали в среде без трения… Эта машина использует СТО, в отличие от других, что усложняет картину, но к сожалению, на каждое действие есть противодействие», — уточняет Таймар.

Комментарии (55)


  1. Shkaff
    16.10.2019 16:40

    А где же хоть одна ссылка? Разве это статья: никаких деталей, два абзаца общих слов и EmDrive… Фу такие писать.


    1. vanxant
      16.10.2019 19:35
      +2

      Да хотя бы N+1

      Для оценки тяги двигателя Бёрнс приводит результаты моделирования для конкретных параметров. В этом примере длина полости составляет 120 метров, малый радиус, на котором вращаются ионы после замедления, — примерно 3,2 метра, а большой — 3,5 метра. В симуляции использовались альфа-частицы (ядра гелия), скорость которых менялась от 99 до 99,05 процентов скорости света, что соответствует гамма-факторам 7,09 и 7,26. Всего в пучке было примерно 1,6 ? 1012 частиц, а магнитное поле составляло от 13,16 до 13,79 тесла. В результате работы такого двигателя по утверждению Бёрнса получается суммарная тяга около одного ньютона при суммарном энергопотреблении в 165 мегаватт

      nplus1.ru/news/2019/10/15/helical-drive


      1. Bedal
        17.10.2019 14:40

        а ещё на голованов-нет, golovanov.net/2019/10/16/3793
        И тоже гораздо лучше. Правда с размерами там получается реалистичнее, минимально нужен размер Юпитера.


        1. Shkaff
          17.10.2019 15:34

          Только это не про ту же идею:) Пузырь Алькубьерре (по вашей ссылке) в принципе не такой уж бред. Сложно, непонятно, и может не реалистично, но не антифизчная ерунда. А вот в этой статье как раз полная фигня (см. напр. тут).


          1. vanxant
            17.10.2019 16:07

            При всем уважении, автор этого опуса лихо свергает придуманные им самим ветряные мельницы.
            Хочу посмотреть как он собрался поглощать жесткую гамму от удара альфа частиц с 0.99с об стенку.


            1. Shkaff
              17.10.2019 16:13

              Ну да, тут все прекрасно в этом проекте. Кстати, вот там у меня выше по ссылке пишут, что он даже не ученый, а менеджер в NASA.


          1. Bedal
            17.10.2019 16:49

            да


  1. aamonster
    16.10.2019 16:47
    +5

    ПлакалЪ. "Обойти ограничения закона сохранения импульса с помощью Специальной теории относительности" – при том, что в рамках СТО есть этот самый закон, просто формулы чуть отличаются от ньютоновской механики.


    1. vanxant
      16.10.2019 19:41
      -2

      не совсем так. Законы сохранения работают только в инерциальных системах отсчёта. А у нас тут заведомо НЕинерциальная (движущаяся ускоренно). И весь смысл системы именно в НЕинерциальности, так что отмахнуться как обычно не получится.
      Ну, собственно, результаты симуляции нагрядно показывают степень отклонения от ИСО. Стометровая дура с потреблением 160 МВт даёт тягу 1 Н, т.е. эффект проявляется в 8-9 знаке. Если бы считали используя float, эффект бы вообще не увидели.


      1. flerant
        16.10.2019 19:54
        +1

        Не обязательно переходить в систему отсчёта, связанную с телом, чтобы записать для него закон сохранения импульса. Так что ваш аргумент про НИСО явно мимо.


        1. vanxant
          16.10.2019 20:17

          Неа. Первый постулат как бы говорит нам, что все ИСО эквивалентны, ПОЭТОМУ вы можете что-то там записывать про другие (удаленные) объекты и прикладывать к ним свои локальные законы.
          Попробуйте из некой абстрактной ИСО записать законы сохранения ну хотя бы — общеизвестный пример — для Меркурия с его прецессиями.


          1. aamonster
            16.10.2019 21:27
            +1

            Инерциальные эквивалентны.
            А законы сохранения работают только в замкнутой системе, так что прецессии Меркурия – только вместе с Солнцем и другими планетами.


            1. vanxant
              17.10.2019 02:17

              Справедливости ради, автор этого пепелаца честно говорит, что возможно, импульс уносится излучением, но он не считал.


          1. flerant
            16.10.2019 22:10

            Меркурий движется в искривленном пространстве, так что к нему глобальный ЗСИ закономерно не применим. Здесь пространство всё же плоское


            1. vanxant
              17.10.2019 02:15
              +1

              Для тела, движущегося ускоренно, более того — неравномерно ускоренного, т.е. излучающего гравволны, глобальный ЗСИ также не применим.


              1. flerant
                17.10.2019 09:03

                Строго говоря, да. Но если можно пренебречь излучением гравволн и эффектом Унру, то ЗСИ вполне выполняется. В обсуждаемой постановке такими слабыми эффектами, конечно же, можно пренебречь.


                1. vanxant
                  17.10.2019 09:10

                  Для начала неплохо бы посчитать импульс, уносимый электромагнитным излучением, генерируемым при отражении альфа-частиц от стенки на 0,99с.
                  Что-то мне подсказывает, что тупо фонарик на 165 МВт будет давать сопоставимую тягу.


                  1. flerant
                    17.10.2019 09:27

                    Это уже другой вопрос. Конечно же, в ЗСИ надо включать излучение.

                    На самом деле, я особо не разбирался: по новостным заметкам сложно понять детали, а времени почитать оригинал не было, — но мне кажется, в работе допущена типичная ошибка, связанная с понятием релятивистской массы. Есть такой известный вопрос, на который по легенде неверно отвечали даже академики-неспециалисты: что произойдёт, если релятивистский электрон с релятивистской массой, например, в 1000 раз выше массы покоя, налетит на покоящийся электрон лоб в лоб? Типичный ответ: поскольку он сильно тяжелее, то его энергия почти не изменится, а второй электрон отлетит с большой скоростью. Правильный ответ: они просто обменяются импульсами так же, как и одинаковые нерелятивистские шарики. То есть первый электрон остановится, а второй ускорится до его первоначальной энергии.


          1. sanok
            17.10.2019 08:31

            Прецессия Меркурия не связана с нарушением законов сохранения. Законы сохранения энергии и момент импульса не нарушаются и могут быть легко записаны.

            Разве что вектор Лапласа-Рунге-Ленца не является интегралом движения с такой же точностью, как для более далёких планет.


      1. CrazyFizik
        18.10.2019 13:14

        С учётом сил инерции уравнения движения в неинерциальной системе отсчёта ничем не отличаются от уравнений движения в инерциальной. Поэтому все следствия вытекающие из уравнений движения, остаются справедливыми. Для тех кто забыл, могу напомнить, что закон сохранения энергии — это второй интеграл от уравнений движения, а закон сохранения импульса — первый, и они оба, также как и 2 и 3 законы Ньютона будут выполняться в любой системе отсчёта. Законы сохранения в принципе не могут не выполняться. Если не выполняются, значит чего-то забыли и система не является замкнутой.
        При этом учтенные силы инерции не отличимы от любых других сил — принцип эквивалентности, который использовался в том числе и при выводе ОТО.


  1. CyberAndrew
    16.10.2019 16:49
    +4

    Мне кажется, что при торможении/ускорении ионов будут рождаться электромагнитные волны (фотоны), и если посчитать их импульс, то закон сохранения импульса вполне себе будет выполняться. Но в таком случае полезный импульс = импульсу уходящих фотонов. Не проще ли тогда тупо светить лазером, используя его как реактивный двигатель, только вместо вылетающих газов у него будут вылетать фотоны? Кстати, КПД (точнее, отношение тяги к затрачиваемой энергии) такой установки крайне мал. Мы по сути вместо обычного газа преобразуем энергию в вещество и уже пуляем его. Но это все равно шило на мыло, т.к. по формуле e=mc^2 — масса системы все так же будет уменьшаться, как и с обычными реактивными двигателями.


    1. Stepanow
      16.10.2019 16:53

      Лазерная указка на солнечных батареях стремительно приближается к Плутону…


      1. CyberAndrew
        16.10.2019 17:07
        +2

        А если заменить солнечные батареи на солнечный парус из светоотражающей фольги, то можно лететь к Плутону еще стремительнее :) У солнечных батарей КПД ~15%, у лазера еще сколько-то теряется, а у фольги почти 100%.


        1. chersanya
          16.10.2019 19:15

          Стремительнее, но ненамного — даже просто поглощающая поверхность даёт импульс всего в 2 раза меньше отражающей, а тут и солнечные панели часть отражают, да и лазер светит. Но, конечно, городить это всё смысла нет, когда обычная фольга эффективнее :)


          1. vanxant
            16.10.2019 19:43
            +1

            Тут ещё надо заметить, что фольгу для космоса научились делать очень тонкую, порядка 0.1 микрона. Т.е. её можно раскатать довольно много по площади на каждый килограмм.


    1. KostaArnorsky
      16.10.2019 18:39

      e=mc^2 годится только для школьных задачек и в общем случае просто неверна. Релятивистские систем нужно считать через тензор энергии-импульса.


      1. CyberAndrew
        16.10.2019 18:42
        +1

        Ну у меня по сути только школьное образование (неоконченное высшее). А расскажите, какой простейший пример, когда она становится неверной?


      1. vanxant
        16.10.2019 19:38

        Для релятивистских систем как описываемая в статье ТЭИ нужен далеко не всегда. В метрике Минковского (мире без гравитации) метрический тензор имеет вид матрицы с единицами на диагонали (+1 -1 -1 -1 или -1 +1 +1 +1, на вкус и цвет хозяина фломастеров), соответственно при умножении на такую метрику хошь слева хошь справа любые тензоры превращаются в обычные векторы почти из школьного учебника.


  1. tbl
    16.10.2019 21:16

    А это нормально, что для релятивистских частиц, движущихся непрямолинейно и с ускорением, расчеты вели в рамках СТО? Разве не надо было ОТО применять?


    1. Karpion
      17.10.2019 04:24

      ОТО — для гравитационных полей. А тут, вроде, всё посчитано для невесомости.


      1. Shkaff
        17.10.2019 09:22

        А как же принцип эквивалентности?;) Есть ускорение (неотличимо от гравитации) — нужно ОТО, все просто. Другое дело, что может достаточно посчитать на коленке без всяких точных расчетов из ОТО, что оно не работает.


        1. Karpion
          18.10.2019 04:33

          Есть два вида ускорения — прямолинейное и вращательное.
          Прямолинейное ускорение эквивалентно равномерному гравитационному полю — ну, можно считать, что в малом объёме гравитация примерно равномерная.
          Какой гравитации соответствует вращательное ускорение — я даже не представляю, там дивергенция отрицательная.

          В любом случае, переходить от классической механики к более сложной механике (квантовой, СТО или ОТО) надо лишь в том случае, если более «слабая» механика не справляется. А это случается только в том случае, когда эффекты, ради которых придумали более сложную механику — достаточно сильные.

          Иными словами, я поправлю свою фразу:
          «ОТО — для сильных гравитационных полей.»

          Хотя по хорошему — надо было бы пересчитать это всё и в модели ОТО. Иначе получится как в задаче ниже:

          Есть два электрически заряженных тела (знак зарядов не важен), закреплённые на концах нити (или жёсткой штанги, если заряды разного знака). Они взаимодействуют с некой электростатической силой.
          Теперь я-наблюдатель начинаю двигаться в направлении, перпендикулярном нити. Я вижу, что заряженные тела двигаются (а я — покоюсь; ибо я есть точка отсчёта и мера всех вещей). Движущийся заряд создаёт магнитное поле. Заряд, движущейся в магнитном поле — получает ещё и магнитную силу.
          Получается: в разных системах отсчёта — сила взаимодействия заряженных тел разная. Ой, первый закон Ньютона нарушается, а-а-а-а-а!!!

          PS: Меня заминусовали, вести диалог крайне сложно — не могу отвечать оперативно.


          1. Shkaff
            18.10.2019 11:37

            Да, в целом соглашусь, я более или менее о том и говорил: в идеале надо считать по ОТО (все же там частицы ударяются о стенки, т.е. есть значительное линейное торможение и ускорение). Но на практике там все ломается гораздо раньше, просто если учесть соответствие между массой и энергией и добавить тормозное излучение.


  1. Baigildin
    16.10.2019 22:11
    +5

    Инженер NASA смоделировал двигатель, который нарушает законы физики

    image


    1. aamonster
      16.10.2019 23:40
      +2

      Да, ключевая фраза. Смоделировал, т.е. построил модель, опираясь на законы физики. И теперь нарушает те самые законы :-D


      Надо проверить источник, что это за "инженер NASA".


      1. DGN
        17.10.2019 01:22

        Может по противопожарной безопасности?

        p.s. Еще в одной из статей про EmDrive, была некая выкладка, что если мы имеем нарушение закона сохранения импульса, то у нас есть вечный двигатель.


      1. alexeykuzmin0
        17.10.2019 03:29

        Я так понял, что он смоделировал на основе СТО, и нарушает она глобальный закон сохранения импульса, который в ней, я так понимаю, отсутствует.
        Ну типа мы же не удивляемся, когда, например, расчеты задачи многих тел по Ньютону нарушают законы Кеплера, верно?


        1. aamonster
          17.10.2019 09:59

          Где отсутствует закон сохранения импульса? В СТО он есть, просто импульс записывается как m*v/sqrt(1-(v/c)?)
          Или вы про то, что система не замкнутая (излучение уходит)?


          1. alexeykuzmin0
            17.10.2019 18:04

            Я с ОТО перепутал, там нет однородности пространства. Всем извините, а мне нужно больше спать.
            Но, насколько я понимаю, ускорение — это почти то же, что гравитация, и у них есть схожие эффекты (например, эффект Унру/излучение Хокинга)


  1. wormball
    17.10.2019 00:38

    Ваш покорный слуга в детстве студенчестве моделировал молекулы в водном растворе, и они у меня регулярно разлетались с нечеловеческими скоростями. Где я могу получить нобелевскую премию за изобретение взрывчатки, нарушающей законы физики?


    1. bisquitie
      17.10.2019 12:55

      Если взрывчатка - то премию не получать, а утверждать надо.


  1. Alter2
    17.10.2019 05:46

    На самом деле у человечества уже давно есть технология, позволяющая разгонять космический корабль, расходуя ничтожно малое количество рабочего тела. Это ускорение элементарных частиц электромагнитным полем. Один протон можно разогнать настолько близко к скорости света, что он будет эквивалентен нескольки граммам обычного ракетного топлива, а в теории предела приращению его массы нет. Как знать, может та самая «Oh-my-god particle» — выхлоп подобного двигателя.


    1. alexeykuzmin0
      17.10.2019 07:46

      А энергию на это ускорение откуда брать?


      1. codemafia
        17.10.2019 09:51
        +1

        Одно слово: уголь.


        1. alexeykuzmin0
          17.10.2019 18:05

          У него плотность энергии не ахти, так что общий запас изменения скорости не будет большим


  1. achekalin
    17.10.2019 07:20

    Видим рождение нового копирайтера, тьфу, "редактора"? Два поста, и этот "шикарный" стиль "большого твита" — вроде начинаешь читать, и тут же понимаешь, что просто цельнотянутое, да ещё и без попыток со своей стороны разобраться и дать картину со всех сторон (т.е. того, что Хабр и хорош в сильных постах).


  1. Nilpferd
    17.10.2019 10:47

    Инженер NASA смоделировал двигатель, который нарушает законы физики (но это не точно)

    … да и вообще, не инженер, а бомж Вася, и не двигатель, а бутылку водки, и не смоделировал, а украл, и не законы физики, а уголовный кодекс.


    1. Avenger911
      17.10.2019 12:08
      -1

      Погодите-ка, то есть бомж Вася украл бутылку водки, которая нарушает уголовный кодекс? Что же такое сделала бутылка?


      1. sumanai
        17.10.2019 17:58

        Скорее что в ней содержится


  1. plutonium
    17.10.2019 11:02

    Странно, что в NASA не знают, что масса при увеличении скорости не меняется?


    Описание в статье Л. Б. Окуня в журнале «Успехи физических наук» т. 158, вып. 3(7), 1989, стр. 511–530.


    Или погуглить:
    «Окунь Л.Б. Понятие массы (Масса. Энергия. Относительность)»


  1. vervolk
    17.10.2019 11:06
    +1

    image
    Вот это вот, только с ионами и СТО?


    1. Akon32
      17.10.2019 12:07

      Похоже на то, осталось только раскрутить мотором на 160МВт.


      Тот же emdrive не был настолько похож на известный "вечный" двигатель.


      1. alexeykuzmin0
        17.10.2019 18:07
        +1

        Но вроде же ОТО разрешает вечные двигатели. Время неоднородно, соответственно, по теореме Нетер энергия не сохраняется. Другой вопрос, что для каких-то заметных отличий будут требоваться огромные искривления пространства, которые мы делать не умеем и вряд ли когда-нибудь научимся


        1. k155la3
          18.10.2019 09:42

          ?! Нет, ничего подобного даже близкого к вечным двигателям нет.

          «Время неоднородно» если смотреть из иной системы отсчёта, в которой время будет течь иначе. И да, если смотреть из той же системы, то энергия будет тоже меняться. Но что это даст?


  1. Shkaff
    17.10.2019 14:08

    А вот статья от ArsTechnica, где рассказывают, почему это все бред сивой кобылы.