Sinds het ontstaan van het ruimtetijdperk wordt de droom van een ritje naar een ander zonnestelsel gehinderd door de “tirannie van de raketvergelijking”, die harde grenzen stelt aan de snelheid en de grootte van de ruimtevaartuigen die we de kosmos in slingeren. Zelfs met de krachtigste raketmotoren van vandaag, schatten wetenschappers dat het 50.000 jaar zou duren om onze dichtstbijzijnde interstellaire buur, Alpha Centauri, te bereiken. Als mensen ooit hopen een buitenaardse zonsopgang te zien, moeten de reistijden aanzienlijk korter worden.
Van de geavanceerde voortstuwingsconcepten die dat theoretisch zouden kunnen bewerkstelligen, zijn er maar weinig die zoveel opwinding en controverse hebben veroorzaakt als de EmDrive. De EmDrive, die bijna twintig jaar geleden voor het eerst werd beschreven, werkt door elektriciteit om te zetten in microgolven en deze elektromagnetische straling door een kegelvormige kamer te kanaliseren. In theorie kunnen de microgolven kracht uitoefenen tegen de wanden van de kamer om voldoende stuwkracht te produceren om een ruimteschip voort te stuwen als het eenmaal in de ruimte is. Op dit moment bestaat de EmDrive echter alleen als laboratoriumprototype, en het is nog onduidelijk of hij überhaupt in staat is stuwkracht te produceren. Als dat al het geval is, zijn de opgewekte krachten niet sterk genoeg om met het blote oog waar te nemen, laat staan om een ruimteschip voort te stuwen.
De afgelopen jaren hebben enkele onderzoeksteams, waaronder een van de NASA, echter beweerd dat zij met succes stuwkracht hebben geproduceerd met een EmDrive. Als dat waar is, zou dat een van de grootste doorbraken in de geschiedenis van de ruimteverkenning betekenen. Het probleem is dat de stuwkracht die bij deze experimenten is waargenomen zo klein is dat het moeilijk is om te zeggen of het echt is.
De oplossing ligt in het ontwerpen van een instrument dat deze minuscule hoeveelheden stuwkracht kan meten. Een team natuurkundigen van de Technische Universität Dresden is daarom op zoek gegaan naar een apparaat dat in deze behoefte kan voorzien. Het SpaceDrive-project, dat onder leiding staat van natuurkundige Martin Tajmar, heeft tot doel een instrument te ontwikkelen dat zo gevoelig en ongevoelig is voor interferentie dat het voor eens en voor altijd een einde zou maken aan het debat. In oktober hebben Tajmar en zijn team hun tweede reeks experimentele EmDrive-metingen gepresenteerd op het International Astronautical Congress, en hun resultaten zullen in augustus van dit jaar worden gepubliceerd in Acta Astronautica. Op basis van de resultaten van deze experimenten zegt Tajmar dat een oplossing voor de EmDrive-saga misschien nog maar een paar maanden verwijderd is.
Veel wetenschappers en ingenieurs verwerpen de EmDrive omdat deze in strijd lijkt met de wetten van de fysica. Microgolven die tegen de wanden van een EmDrive-kamer drukken, lijken ex nihilo stuwkracht op te wekken, wat in strijd is met het behoud van momentum – het is allemaal actie en geen reactie. Voorstanders van de EmDrive hebben op hun beurt een beroep gedaan op marginale interpretaties van de kwantummechanica om uit te leggen hoe de EmDrive zou kunnen werken zonder de Newtoniaanse fysica te schenden. “Vanuit theoretisch oogpunt neemt niemand dit serieus,” zegt Tajmar. Als de EmDrive in staat is om stuwkracht te produceren, zoals sommige groepen hebben beweerd, zegt hij dat ze “geen idee hebben waar deze stuwkracht vandaan komt”. Wanneer er een theoretische kloof van deze omvang in de wetenschap is, ziet Tajmar maar één manier om die te dichten: experimenteren.
In het najaar van 2016 kwamen Tajmar en 25 andere natuurkundigen bijeen in Estes Park, Colorado, voor de eerste conferentie gewijd aan de EmDrive en verwante exotische voortstuwingssystemen. Een van de meest opwindende presentaties werd gegeven door Paul March, een natuurkundige bij NASA’s Eagleworks-lab, waar hij en zijn collega Harold White verschillende EmDrive-prototypen hadden getest. Volgens de presentatie van March en een daaropvolgend artikel, gepubliceerd in het Journal of Propulsion and Power, hebben hij en White enkele tientallen micro-newtons stuwkracht waargenomen in hun EmDrive-prototype. (Ter vergelijking, een enkele SpaceX Merlin motor produceert ongeveer 845.000 Newton stuwkracht op zeeniveau). Het probleem voor Harold en White was echter dat hun experimentele opstelling verschillende storingsbronnen toeliet, zodat ze niet met zekerheid konden zeggen of wat ze waarnamen stuwkracht was.
Tajmar en de Dresden-groep gebruikten een replica van het EmDrive-prototype dat Harold en White bij hun tests bij NASA gebruikten. Het bestaat uit een koperen frustum – een kegel waarvan de top is afgesneden – van iets minder dan een meter lang. Dit ontwerp kan worden teruggevoerd op ingenieur Roger Shawyer, die de EmDrive in 2001 voor het eerst beschreef. Tijdens de tests wordt de EmDrive-kegel in een vacuümkamer geplaatst. Buiten de kamer genereert een apparaat een microgolfsignaal dat met coaxkabels wordt doorgegeven aan antennes in de kegel.
LEER MEER
The WIRED Guide to Aliens
Het is niet de eerste keer dat het team uit Dresden bijna onmerkbare hoeveelheden kracht probeert te meten. Zij bouwden soortgelijke constructies voor hun werk aan ion stuwraketten, die worden gebruikt om satellieten in de ruimte nauwkeurig te positioneren. Deze micro-newton stuwraketten worden gebruikt door de LISA Pathfinder missie, die een extreem nauwkeurige positionering nodig heeft om zwakke fenomenen zoals gravitatiegolven te kunnen detecteren. Maar om de EmDrive en soortgelijke voortstuwingssystemen zonder stuwkracht te bestuderen, was volgens Tajmar een resolutie van nano-newton nodig.
Zijn aanpak bestond uit het gebruik van een torsiebalans, een slingerbalans die de hoeveelheid torsie meet die op de as van de slinger wordt uitgeoefend. Een minder gevoelige versie van deze balans werd ook door het NASA-team gebruikt toen zij dachten dat hun EmDrive stuwkracht produceerde. Om de kleine hoeveelheid kracht nauwkeurig te meten, gebruikte het team uit Dresden een laserinterferometer om de fysieke verplaatsing van de door de EmDrive geproduceerde balansschalen te meten. Volgens Tajmar heeft hun torsieschaal een resolutie van nano-newton en ondersteunt deze stuwraketten van enkele kilo’s, waardoor het de gevoeligste stuwkrachtbalans is die er bestaat.
Maar een echt gevoelige stuwkrachtbalans is niet veel waard tenzij je ook kunt bepalen of de gedetecteerde kracht ook echt stuwkracht is en niet een artefact van interferentie van buitenaf. En er zijn genoeg alternatieve verklaringen voor de waarnemingen van Harold en White. Om te bepalen of een EmDrive daadwerkelijk stuwkracht produceert, moeten onderzoekers in staat zijn om het apparaat af te schermen van interferentie veroorzaakt door de magnetische polen van de aarde, seismische trillingen uit de omgeving, en de thermische uitzetting van de EmDrive als gevolg van verwarming door de microgolven.
Tweaks aan het ontwerp van de torsie balans – betere controle van de EmDrive’s voeding en afscherming van magnetische velden – zorgde voor een aantal van de interferentie problemen, Tajmar zegt. Een moeilijker probleem was de aanpak van de “thermische drift”. Als er stroom naar de EmDrive gaat, warmt de koperen kegel op en zet uit, waardoor het zwaartepunt net genoeg verschuift om de torsiebalans een kracht te laten registreren die als stuwkracht kan worden opgevat. Tajmar en zijn team hoopten dat het veranderen van de oriëntatie van de stuwraket hielp om dat probleem op te lossen.
In de loop van 55 experimenten registreerden Tajmar en zijn collega’s een gemiddelde van 3,4 micro-newton aan kracht van de EmDrive, wat erg leek op wat het NASA-team vond. Helaas bleken deze krachten de thermische drifttest niet te doorstaan. De krachten die uit de gegevens naar voren kwamen, duidden meer op thermische uitzetting dan op stuwkracht.
Alle hoop is echter nog niet verloren voor de EmDrive. Tajmar en zijn collega’s zijn ook bezig met de ontwikkeling van twee extra soorten stuwkrachtbalansen, waaronder een supergeleidende balans die onder andere valse positieven als gevolg van thermische drift zal helpen elimineren. Als ze op deze balansen kracht van een EmDrive detecteren, is er een grote kans dat het ook echt stuwkracht is. Maar als er geen kracht wordt geregistreerd op deze balansen, betekent dat waarschijnlijk dat alle eerdere stuwkrachtwaarnemingen van de EmDrive vals-positieve waarnemingen waren. Tajmar zegt dat hij hoopt tegen het eind van het jaar een definitief oordeel te kunnen vellen.
Maar zelfs een negatief resultaat van dat werk zou de EmDrive nog niet voorgoed de das om kunnen doen. Er zijn nog veel andere ontwerpen voor aandrijving zonder stuwstof om na te streven. En als wetenschappers ooit nieuwe vormen van zwakke voortstuwing ontwikkelen, zullen de hypergevoelige stuwkrachtbalansen die Tajmar en het team uit Dresden hebben ontwikkeld vrijwel zeker een rol spelen bij het scheiden van science fact en science fiction.
More Great WIRED Stories
- Mijn glorieuze, saaie, bijna-verbonden wandeling in Japan
- Wat betekenen de sterrenwaarderingen van Amazon eigenlijk?
- Drugs die het circadiane ritme stimuleren zouden ons leven kunnen redden
- De 4 beste wachtwoordmanagers om je digitale leven te beveiligen
- Wat techbedrijven werknemers in 2019 betalen
- 🏃🏽♀️ Wil je de beste tools om gezond te worden? Bekijk de keuzes van ons Gear-team voor de beste fitnesstrackers, hardloopkleding (inclusief schoenen en sokken) en de beste koptelefoons.
- 📩 Ontvang nog meer van onze inside scoops met onze wekelijkse Backchannel-nieuwsbrief