Một Hình Thức Động Cơ Thực Tế Được Kiểm Tra

Kể từ khi thời đại không gian bắt đầu, ước mơ về việc đón đưa một chuyến đi đến hệ sao khác đã bị "giam cầm bởi "định luật động cơ tên lửa," mà đặt ra các giới hạn cứng nhắc về tốc độ và kích thước của tàu vũ trụ chúng ta bắn vào vũ trụ. Ngay cả với động cơ tên lửa mạnh nhất ngày nay, các nhà khoa học ước tính sẽ mất 50,000 năm để đến tới hàng xóm giữa sao chổi gần nhất của chúng ta, Alpha Centauri. Nếu con người muốn nhìn thấy bình minh của ngôi sao lạ, thời gian di chuyển sẽ phải giảm đáng kể.

Trong số các khái niệm động cơ tiên tiến có thể lý thuyết làm được điều đó, ít có khái niệm nào tạo nên nhiều sự hứng thú—và gây tranh cãi—như EmDrive. Mô tả lần đầu tiên gần hai thập kỷ trước, EmDrive hoạt động bằng cách chuyển đổi điện thành sóng vi sóng và đưa chúng đi qua một buồng nón. Lý thuyết, sóng vi sóng có thể tạo ra lực đẩy đối với tường buồng để tạo đủ đẩy để đẩy tàu vũ trụ khi đã ở trong không gian. Tuy nhiên, đến lúc này, EmDrive chỉ tồn tại dưới dạng mô hình thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, và vẫn chưa rõ liệu nó có thể tạo ra lực đẩy hay không. Nếu có, lực mà nó tạo ra không đủ mạnh để có thể được nhìn thấy bằng mắt thường, chẳng nói đến việc đẩy mạnh một tàu vũ trụ.

Trong vài năm qua, tuy nhiên, một số đội nghiên cứu, bao gồm cả một đội từ NASA, cho rằng họ đã thành công trong việc tạo ra lực đẩy với EmDrive. Nếu đúng, đó sẽ là một trong những bước tiến lớn nhất trong lịch sử khám phá vũ trụ. Vấn đề là lực đẩy được quan sát trong những thí nghiệm này quá nhỏ đến mức khó để xác định liệu nó có thật sự hay không.

Giải pháp nằm ở việc thiết kế một công cụ có thể đo lường những lượng lực nhỏ như vậy. Do đó, một nhóm các nhà vật lý tại Đại học Công nghệ Dresden của Đức đã bắt tay vào việc tạo ra một thiết bị có thể đáp ứng nhu cầu này. Dưới sự chỉ đạo của nhà vật lý Martin Tajmar, dự án SpaceDrive nhằm tạo ra một công cụ độ chính xác và miễn nhiễm với nhiễu loạn đủ để kết thúc tranh cãi một lần và mãi mãi. Vào tháng 10, Tajmar và đội ngũ của anh ta trình bày bộ số liệu thử nghiệm EmDrive lần thứ hai tại Hội nghị Vũ trụ quốc tế, và kết quả của họ sẽ được công bố trong Acta Astronautica vào tháng 8 này. Dựa trên kết quả của những thí nghiệm này, Tajmar cho biết giải quyết cho câu chuyện về EmDrive có thể chỉ cách đây vài tháng.

Nhiều nhà khoa học và kỹ sư phớt lờ EmDrive vì nó dường như vi phạm các định luật vật lý. Sự đẩy sóng vi sóng lên tường của buồng EmDrive dường như tạo ra lực đẩy từ không, điều này vi phạm nguyên lý bảo toàn động lượng—đó là tất cả hành động mà không có phản ứng. Những người ủng hộ EmDrive, lần lượt, đã thách thức các giải thích tầm thường về cơ học lượng tử để giải thích cách EmDrive có thể hoạt động mà không vi phạm vật lý Newton. “Từ quan điểm lý thuyết, không ai coi điều này là nghiêm túc,” Tajmar nói. Nếu EmDrive có thể tạo ra lực đẩy, như một số nhóm đã khẳng định, anh ta nói rằng họ “không biết lực đẩy này đến từ đâu.” Khi có một sự khác biệt lý thuyết lớn như vậy trong khoa học, Tajmar chỉ nhìn thấy một cách để giải quyết: thực nghiệm.

Cuối năm 2016, Tajmar và 25 nhà vật lý khác tụ tập tại Estes Park, Colorado, cho hội nghị đầu tiên dành cho EmDrive và các hệ thống động cơ tiên tiến khác. Một trong những bài thuyết trình thú vị nhất được thực hiện bởi Paul March, một nhà vật lý tại phòng thí nghiệm Eagleworks của NASA, nơi ông và đồng nghiệp Harold White đã thử nghiệm các mô hình EmDrive khác nhau. Theo bài thuyết trình của March và một bài báo sau đó được xuất bản trên Journal of Propulsion and Power, ông và White đã quan sát được vài chục micro-newton lực đẩy trong mô hình EmDrive của họ. (Đối với mục đích so sánh, một động cơ SpaceX Merlin đơn tạo ra khoảng 845,000 Newton lực đẩy ở mức biển.) Tuy nhiên, vấn đề cho Harold và White là thiết lập thử nghiệm của họ cho phép có nhiều nguồn nhiễm từ, nên họ không thể chắc chắn liệu họ quan sát thấy có phải là lực đẩy hay không.

Tajmar và nhóm Dresden sử dụng một bản sao gần của mô hình EmDrive được Harold và White sử dụng trong các thử nghiệm tại NASA. Nó bao gồm một hình nón đồng mạch—một chiếc côn với đỉnh cắt bớt—dài khoảng một feet. Thiết kế này có thể được truy xuất về kỹ sư Roger Shawyer, người đầu tiên mô tả EmDrive vào năm 2001. Trong quá trình thử nghiệm, côn EmDrive được đặt trong một buồng chân không. Bên ngoài buồng, một thiết bị tạo ra tín hiệu sóng vi sóng được truyền, sử dụng cáp nối xoắn, đến các ăng-ten bên trong côn.

Điều này không phải là lần đầu tiên đội ngũ Dresden cố gắng đo lường những lực rất nhỏ gần như không thể nhận thức được. Họ đã xây dựng các thiết bị tương tự cho công việc về động cơ đẩy ion, được sử dụng để đặt vị trí chính xác vệ tinh trong không gian. Những động cơ đẩy micro-newton này là loại đã được sử dụng trong nhiệm vụ LISA Pathfinder, cần khả năng định vị cực kỳ chính xác để phát hiện hiện tượng như sóng hấp dẫn yếu. Nhưng để nghiên cứu EmDrive và các hệ thống động cơ không chất lỏng tương tự, Tajmar nói rằng cần độ phân giải nano-newton.

Phương pháp của họ là sử dụng cân quay, một cân loại tua-tua đo lường lượng mô-men xoắn được áp dụng vào trục của tua-tua. Một phiên bản ít nhạy cảm hơn của cân này cũng đã được đội ngũ NASA sử dụng khi họ nghĩ rằng EmDrive của họ tạo ra lực đẩy. Để đo lường chính xác lượng lực nhỏ, đội Dresden sử dụng một máy đo giao thoa laser để đo lường sự di chuyển vật lý của cân cân được tạo ra bởi EmDrive. Theo Tajmar, cân quay của họ có độ phân giải nano-newton và hỗ trợ động cơ đẩy nặng vài pounds, biến nó thành cân đo lường lực đẩy nhạy nhất có thể có.

Nhưng một cân đo lường lực đẩy thực sự nhạy nhất cũng chẳng có nhiều ý nghĩa, trừ khi bạn cũng có thể xác định liệu lực được phát hiện có thực sự là lực đẩy và không phải là một hiện tượng ngoại vi từ nhiễu loạn bên ngoài. Và có nhiều giải thích thay thế cho quan sát của Harold và White. Để xác định liệu EmDrive thực sự tạo ra lực đẩy hay không, các nhà nghiên cứu phải có khả năng che chắn thiết bị khỏi nhiễu loạn do cực từ Trái đất, rung động địa chất từ môi trường và sự mở rộng nhiệt độ của EmDrive do nhiệt từ sóng vi sóng.

Các điều chỉnh vào thiết kế của cân quay—để kiểm soát nguồn điện của EmDrive tốt hơn và bảo vệ nó khỏi các trường từ—đã giải quyết một số vấn đề nhiễu loạn, Tajmar nói. Một vấn đề khó khăn hơn là làm thế nào để giải quyết “thay đổi nhiệt.” Khi điện chảy vào EmDrive, côn đồng thau nóng lên và mở rộng, làm thay đổi trọng tâm của nó đúng đủ để khiến cân quay đăng ký lực được coi là lực đẩy. Tajmar và đội của anh ta hy vọng rằng việc thay đổi hướng của động cơ đẩy sẽ giúp giải quyết vấn đề này.

Trong 55 thí nghiệm, Tajmar và đồng nghiệp ghi nhận một trung bình 3,4 micro-newton lực từ EmDrive, khá giống với những gì nhóm NASA tìm thấy. Thế nhưng, những lực này dường như không vượt qua kiểm tra thay đổi nhiệt. Các lực thấy trong dữ liệu có vẻ nhiều hơn là mở rộng nhiệt độ thay vì lực đẩy.

Tuy nhiên, không phải tất cả mọi hy vọng đều mất với EmDrive. Tajmar và đồng nghiệp của ông cũng đang phát triển hai loại cân đo lực bổ sung, bao gồm một cân siêu dẫn để giúp loại bỏ những kết quả giả tạo được tạo ra bởi sự thay đổi nhiệt. Nếu họ phát hiện lực từ EmDrive trên những cân này, có khả năng cao rằng đó thực sự là lực đẩy. Nhưng nếu không có lực đăng ký trên những cân này, có thể đó là nghĩa là tất cả những quan sát về lực đẩy EmDrive trước đó đều là kết quả giả tạo. Tajmar nói ông hy vọng có một phán quyết cuối cùng vào cuối năm.

Nhưng thậm chí kết quả tiêu cực từ công việc đó cũng có thể không giết chết EmDrive mãi mãi. Còn nhiều thiết kế động cơ không chất lỏng khác để theo đuổi. Và nếu các nhà khoa học bao giờ phát triển ra các hình thức mới của động cơ đẩy yếu, cân đo lực siêu nhạy của Tajmar và đội ngũ Dresden hầu như chắc chắn sẽ đóng một vai trò trong việc phân loại khoa học thực tế và khoa học viễn tưởng.

Những câu chuyện tuyệt vời khác từ MYTOUR

• Chuyến đi hùng vĩ, nhàm chán, gần như mất kết nối ở Nhật Bản
• Ý nghĩa thực sự của các đánh giá sao của Amazon là gì?
• Thuốc kích thích nhịp sinh học có thể cứu sống chúng ta
• 4 quản lý mật khẩu tốt nhất để bảo vệ cuộc sống kỹ thuật số của bạn
• Những gì các công ty công nghệ trả cho nhân viên trong năm 2019
• 🏃🏽‍♀️ Muốn có những công cụ tốt nhất để duy trì sức khỏe? Hãy kiểm tra những lựa chọn của đội ngũ Gear chúng tôi cho những bộ theo dõi sức khỏe tốt nhất, đồ chạy bộ (bao gồm giày và tất), và tai nghe tốt nhất.
• 📩 Đối chiếu thêm nhiều thông tin nội bộ của chúng tôi với bản tin hàng tuần Backchannel của chúng tôi