EmDrive, ora o mai più

DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency, che tradotto letteralmente significa “Agenzia per i progetti di ricerca avanzata di difesa“), un’agenzia governativa del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti incaricata dello sviluppo di nuove tecnologie per uso militare ha finanziato il controverso EmDrive nel 2018, lanciando una grande scommessa.
Tuttavia molti fisici avevano liquidato l’innovativa unità di propulsione definendola falsa scienza. Ora, ha sottolineato DARPA su Popular Mechanics nel febbraio di quest’anno, il progetto EmDrive è pronto per la Fase 2. Nel frattempo, altri team sperano di raggiungere una dimostrazione finale della tecnologia entro la fine di quest’anno.
Come ha affermato Mike McCulloch, docente di geomatica presso l’Università di Plymouth, nel Regno Unito, e leader del il progetto EmDrive di DARPA: “Questa è una tecnologia che potrebbe trasformare i viaggi spaziali permettendoci di vedere le navi spaziali sollevarsi silenziosamente dalle piattaforme di lancio e viaggiare oltre il sistema solare. Possiamo anche portare una sonda senza pilota su Proxima Centauri nel lasso di tempo di una vita umana, 90 anni“.
Ma la stessa DARPA, tuttavia, sta mitigando questa visione ottimista.
“Le previsioni teoriche delle prestazioni basate su modelli hanno portato a nuovi progetti di propulsori, e questi nuovi progetti possono aiutare le future attività di sviluppo e test“, ha detto un portavoce della DARPA a Popular Mechanics.
Con due studi in corso che sembrano testare rigorosamente “l’impossibilità” dell’EmDrive, il controverso impulso che ha pervaso i circoli di astrotecnica per più di due decenni è a soli pochi mesi dal suo momento do-or-die.
L’EmDrive, realizzato per la prima volta da Roger Shawyer nel 1998, è costituito essenzialmente da un tubo di rame sigillato più largo a un’estremità rispetto all’altra. Secondo Shawyer, se si fanno rimbalzare microonde all’interno del tubo, esse esercitano più forza in una direzione rispetto all’altra, generando una spinta netta senza utilizzare alcun propellente.
Secondo la fisica nota, questo non può accadere.
In parole povere, i sistemi chiusi come il proposto EmDrive non dovrebbero generare nessuna spinta. Tuttavia diversi gruppi di ricerca, tra cui il gruppo Eagleworks della NASA (formalmente noto come Advanced Physics Propulsion Laboratory, istituito per esplorare nuove tecnologie) e un team di Xi’an in Cina, lo hanno testato e hanno ottenuto lo stesso risultato, una spinta piccola ma distinta.
I critici ritengono che i risultati sperimentali debbano essere sbagliati mentre McCulloch è del parere che non capiamo ancora del tutto la fisica.
McCulloch ha sviluppato una teoria dell’inerzia quantizzata (QI), che spiega l’effetto e come potrebbe essere utilizzata per realizzare i viaggi umani nello spazio. McCulloch ha inoltre trascorso gran parte degli ultimi 18 mesi ad affinare questa teoria e verificare in laboratorio come le sue previsioni corrispondono ai risultati.
Jose Luis Perez Diaz a Madrid, in Spagna, e Martin Tajmar a Dresda, in Germania, stanno portando avanti la parte sperimentale del progetto. Tajmar conferma che intende pubblicare due articoli nel febbraio 2021, uno sui “normali” EmDrive a microonde e l’altro sugli EmDrive basati su laser. Sul lato sperimentale, Tajmar sta ancora lavorando per eliminare ogni possibile fonte di errore.
“Stiamo ancora migliorando i nostri equilibri e i test continuano“, afferma Tajmar. “In particolare stiamo lavorando su un’ulteriore riduzione delle interazioni del campo magnetico con l’ambiente, che è stato il principale effetto collaterale che abbiamo scoperto nei test precedenti“.
Quando gli viene chiesto se potrebbe avere una spiegazione alternativa per l’apparente spinta vista nei test precedenti, Tajmar dice solo “Aspetta i documenti …”
Una delle previsioni fatte da McCulloch è che la spinta può essere ottenuta anche con la luce oltre che con le microonde. Diaz ha condotto esperimenti a Madrid verificando questa ipotesi utilizzando un loop asimmetrico di fibra ottica avvolto 2.000 volte, che chiama Photon Loop.
Come per la versione a microonde, ciò che conta è l’asimmetria. Un’auto da corsa subisce forze diverse a seconda di quanto è stretta una curva e, secondo la teoria del QI, un effetto simile si verifica con la luce mentre percorre curve di diversa ampiezza. Diaz ha scoperto che il passaggio di impulsi laser attraverso il Photon Loop produce una forza netta sufficiente per spostarlo.
Dopo che Diaz ha costruito e testato questo apparato, lo ha inviato al laboratorio di Tajmar a Dresda per la verifica e la misurazione precisa della spinta, eseguita questa estate. McCulloch afferma che la spinta sembra essere compresa tra uno e quattro micronewton, esattamente quanto previsto dalla sua teoria.
L’apparecchio a fibre ottiche offre dei vantaggi rispetto ai dispositivi in rame, le fibre ottiche sono molto più economiche e più facili da configurare e testare rispetto alle cavità di rame che richiedono una lavorazione precisa. Una volta che il design sarà perfezionato, dovrebbe essere possibile per i laboratori di fisica di tutto il mondo creare i propri Photon Loops e osservarne gli effetti.
Una ulteriore sfida è misurare con precisione un livello di spinta così basso in quanto un errore sperimentale può alterare notevolmente i risultati. McCulloch ritiene che questo possa essere risolto nella fase successiva. Inserendo le equazioni di spinta nel software di ottimizzazione, McCulloch ha progettato un’unità migliaia di volte più efficiente di quella sviluppata da Shawyer. Questo disegno ha una serie di punte a un’estremità: McCulloch afferma di averlo soprannominato Bart Drive in quanto somigliante ai capelli a punta di Bart, un personaggio dei Simpson.
Il progetto attuale è calcolato per fornire una spinta di circa 0,012 Newton (pari al peso di una graffetta o di un chicco di uva passa) per un kilowatt di potenza, simile alle spinte impresse per manovrare i satelliti. Ma McCulloch crede di poter fare almeno molte volte meglio, e che gli esperimenti lo dimostreranno.
“Il Bart Drive dovrebbe fornire 0,012 N / kW, paragonabile agli azionamenti ionici del settore ma senza propellente, il che li rende pesanti e con una durata limitata“, afferma McCulloch. “Se riusciamo a fornire 0,1 N / kW [circa 8 volte di più rispetto agli azionamenti esistenti] senza bisogno di propellente, le società satellitari saranno molto interessate e la mia speranza è che questa sia la soglia che farà decollare la tecnologia“.
Un EmDrive funzionante che produca più spinta su unità spaziali esistenti sarebbe rivoluzionario, ma la teoria del QI di McCullouch non è per ora una fisica accettata. Il punto critico è la legge di conservazione della quantità di moto, che dice che all’interno di un sistema chiuso la quantità di moto rimane costante. Questo è il motivo per cui la maggior parte dei critici non prende sul serio l’EmDrive e alcuni lo deridono con commenti su “unicorni spaziali” che forniscono una spinta magica. Brice Cassenti, esperto di sistemi di propulsione avanzati dell’Università del Connecticut, è dell’opinione che l’EmDrive non sia plausibile perché viola la legge di conservazione della quantità di moto.
“Solo le onde elettromagnetiche emesse dall’antenna conica possono fornire un cambiamento di quantità di moto, che può fornire una forza, e la forza è di diversi ordini di grandezza troppo piccola“, ha detto Cassenti. Cassenti è dell’idea che la durevole popolarità dell’EmDrive con DARPA sia dovuta alla promessa che offre.
“Molte persone entusiaste vogliono credere che sia un metodo che può essere utilizzato per sfuggire ai vincoli dei principi fisici conosciuti sui sistemi di propulsione spaziale e aprire l’umanità ai viaggi verso le stelle“, ha detto.
Cassenti crede che sia importante esplorare concetti nuovi e stimolanti, ma data l’infinita varietà offerta, preferisce quelli con il supporto della fisica nota. “A mio parere, sarà sempre meglio investire gli sforzi ingegneristici in percorsi esistenti che soddisfano principi fisici noti e sviluppare gradualmente la scienza in nuove strade che gli ingegneri possono esplorare“.
Nonostante le critiche, Non c’è solo DARPA a lavorare su questa tecnologia.
McCulloch sta collaborando con un consorzio in California che sta creando il proprio esperimento Horizon Drive. Questo gruppo comprende la University of Southern California e un’organizzazione, che gli è consentito descrivere solo come una “grande azienda aerospaziale”. Il loro obiettivo è dimostrare l’effetto “visceralmente” in modo che, a differenza della dimostrazione con micro-spinta, chiunque lo veda crederà. McCulloch afferma che i risultati dovrebbero essere pubblicati questo mese.
Anche la Marina degli Stati Uniti si è dilettata nella ricerca in questo settore. Uno dei loro ricercatori, Salvatore Cesar Pais, ha recentemente ottenuto un brevetto per un’unità spaziale con una cavità risonante conica ed emettitori di microonde notevolmente simili all’EmDrive. La Marina ha rifiutato di commentare questo lavoro.
Ci sono anche altri giocatori in campo. I ricercatori cinesi della Northwestern Polytechnical University di Xi’an sono stati i primi a interessarsi al lavoro di Shawyer nei primi anni 2000, pubblicando una serie di articoli scientifici che delineavano i loro progressi. Secondo molti media si stavano preparando a testare un prototipo nello spazio già nel 2016, ma da allora è calato il silenzio.
L’attuale fase del progetto DARPA continuerà fino a maggio 2021 ed è possibile che il progetto si esaurisca a meno che non ci siano risultati tangibili. Dopo due decenni, il verdetto finale su EmDrive si sta avvicinando alla conclusione.
Fonte: https://www.popularmechanics.com/space/rockets/a33917439/emdrive-wont-die/