NASA、真空中でEM Driveの実験に成功 147
ストーリー by headless
推力 部門より
推力 部門より
昨年、NASA EagleworksがEM Drive(電磁駆動: electromagnetic drive)の実験結果を発表して話題を呼んだが、真空中でも推力が得られることが確認されたそうだ(
NASASpaceFlight.comの記事、
io9の記事、
本家/.)。
EM Driveは密閉された空間でマイクロ波を反射させることにより、推進剤を放出することなく推力が得られるというもの。2001年ごろに英国のSatellite Propulsion Researchが研究を始めており、中国の研究者も研究成果を発表している。ただし、EM Driveで推力が得られる仕組みは解明されておらず、運動量保存の法則にも反するため懐疑的な見方が強い。NASA Eagleworksを率いるHarold White博士は、EM Driveでは電磁流体力学(MHD)駆動における推進剤イオンの役割を量子論的真空が果たすとの説を提唱していた。しかし、これまで真空中での実験結果がなかったことから、推力はマイクロ波により発生した熱の対流によるものとの仮説を多くの物理学者が支持していたという。今回、真空中で推力を得る実験に成功したことにより、この仮説は否定されることとなった。
EM Driveはまだ研究の初期の段階であり、仕組みの解明などさらなる検証が必要となるが、実現すれば火星まで70日程度で行けるようになり、太陽系から4.3光年離れたアルファ・ケンタウリ系へのミッションも夢のような話ではなくなるとのことだ。ただし、実際にどこから推力が発生しているのかという点については、厳格な検証が必要となるだろう。
EM Driveは密閉された空間でマイクロ波を反射させることにより、推進剤を放出することなく推力が得られるというもの。2001年ごろに英国のSatellite Propulsion Researchが研究を始めており、中国の研究者も研究成果を発表している。ただし、EM Driveで推力が得られる仕組みは解明されておらず、運動量保存の法則にも反するため懐疑的な見方が強い。NASA Eagleworksを率いるHarold White博士は、EM Driveでは電磁流体力学(MHD)駆動における推進剤イオンの役割を量子論的真空が果たすとの説を提唱していた。しかし、これまで真空中での実験結果がなかったことから、推力はマイクロ波により発生した熱の対流によるものとの仮説を多くの物理学者が支持していたという。今回、真空中で推力を得る実験に成功したことにより、この仮説は否定されることとなった。
EM Driveはまだ研究の初期の段階であり、仕組みの解明などさらなる検証が必要となるが、実現すれば火星まで70日程度で行けるようになり、太陽系から4.3光年離れたアルファ・ケンタウリ系へのミッションも夢のような話ではなくなるとのことだ。ただし、実際にどこから推力が発生しているのかという点については、厳格な検証が必要となるだろう。
着目点を変えたらどうだろう (スコア:3, 興味深い)
推力としてみるのではなく
物質や原子や素粒子の存在位置を
観測すると何かわかるかも
たとえば特殊な空間に特殊な波長を流すと
量子的に出現不能になるなんてことがあった場合
その外側に出現が偏ることになって
結果押し出され推力となっている
みたいなことが観測できたりしないかな
エネルギー保存の法則の外側として考えるなら
そんな突飛な仮定もアリかもしれない
# 存在確立に干渉できるとかなにそれこわい
話を盛る方向を間違ってそう (スコア:1, 興味深い)
そういう効果が実在すると仮定したとしても、「火星へ70日」は違うような。それって大出力を自慢するときに使う文言だし。
「従来のロケットでは達成不能な出力を達成できる見込み」ってのは、理論の飛躍すぎる。
もし、「簡単な実験機ですでにすごい出力が得られていて、大きくすれば従来型のロケットでは達成不能な出力まで」って話なら、
「あるかも知れないし無いかも知れない謎の効果」なんて曖昧な状態になるはずがない。大騒ぎになる。
一方、「まだ実験的に得られる出力は観測限界のギリギリだけど、この方式を突き詰めて行けば、大出力を達成できるんだよ!」と言うのも、
何が原因で起こってるのか分かってない段階で何を夢見とるんだ君は? と言う話になるし。
話を盛るなら、ハヤブサのイオンエンジンよりも噴射剤が不要な分だけさらに効率が良い、と言うような、
ひたすら地味な出力だけど時間を掛ければもっと遠くへ、という方向でないとダメなんじゃ?
Re:話を盛る方向を間違ってそう (スコア:3, すばらしい洞察)
推進剤が消耗しないので35日間加速し続けられるというのがポイントなのでは
Re:話を盛る方向を間違ってそう (スコア:2, 参考になる)
必要な増速の合計が5.46km/sほど [yahoo.co.jp]らしいので、
それを70日で割ると、だいたい0.0009m/s2ぐらい。
宇宙船の質量が1トンなら、地上で計って92gほど軽くなるぐらいのエンジン出力で達成できるのか。
それだと、測定誤差じゃないか、実験をやり直せ、と物議を醸してもおかしくない程度に小さいのかな。
長時間の加速を舐めちゃダメですねぇ。
Re:話を盛る方向を間違ってそう (スコア:2)
違うよ。元ACさんが計算しちゃってるのは70日かけて目的の場所に出発・到着するために必要な増速だよ。
最低限必要なのは5.46km/sだけど、ここに10km/sとか500km/sとか余分の加減速を投入することで、途中の約一年の行程を短縮できるんだよ。
普通の宇宙機は最低限の加減速しかする余裕がないから、エコノミープランで計算するけど。
Re:話を盛る方向を間違ってそう (スコア:3)
ちゃうねん。この図 [wikimedia.org]を見たまえ。ホーマン遷移軌道というやつだ。
地球は(1)の区間を飛んでいる。火星に向かうには、まず地球のへんにロケットを打ち上げておいて、ΔVと書いてある右向き矢印のところで、その方向に現時点の速度 + 3.57km/sまで加速する。そうすると黄色い(2)の軌道に乗る。この黄色い(2)の軌道を飛ぶのに、3.57km/sでは258日かかる。そして、ΔV'と書いてある左矢印の場所に着く。この瞬間にその方向に現時点の速度 + 1.89km/sまで加速する。そうすると赤い軌道(3)に乗る。この瞬間にうまく火星が近くに来ているようにしておいて、重力で捕まえてもらう。緑の軌道から赤の軌道まで、トータル 3.57 + 1.89 = 5.46 km/s の加速をしている。これが最も燃費が良いコース。
70日かけて5.46km/sでは、出発・到着に70日と慣性飛行に258日、最低でトータル328日かかる(瞬間にかけられないのでもっとかかる)。だから5.46を70で割っても意味がない。この黄色い部分を258日から70日に減らすには、もっと短いルートを飛ぶ。例えば最初のΔVを増やして、真っ直ぐ赤矢印と交わるところへ飛んでいく。そして交わったところで一気に減速と方向転換をして、火星と軌道を合わせる。加速する = 赤の軌道に近づく、減速する = 緑の軌道に近づく、なので、基本的に黄色いルートを70日で飛ぶことはない。
ボイジャー [wordpress.com]とかパイオニアとかニューホライズンズとかとにかく太陽系外に出るための機体は、ありったけの速度でぶっ飛んで行って、全く燃費が良くない代わりにサクサク惑星をフライバイしていってる。方向転換するのに十分な燃料など積んでいないから、どの惑星の軌道にも入ることはないけど、もし燃料が不要だったら、そういう非効率だけど到着が早い軌道を取りつつ、軌道にちゃんと入れる。有人飛行だったら、それは飛行士の健康のためには助かる…というのが、70日プランの内容。
まあ、日本語をよく読みましょうね。
Re:話を盛る方向を間違ってそう (スコア:2)
元記事に書いてある記述をさっくり要約すると、
「現在開発している２００ＭＷ（２０万ＫＷ）の宇宙用原子炉を電源に用いれば70日で火星に到達できる加速度を確保できる」との事なので…
火星くらいの距離だと、実用の一歩手前まで来てるVasimr [wikipedia.org]とどちらが有効かは微妙ですね。
# 別スレで指摘されてるカシミール効果 [atsites.jp]は興味深いですね。
Re:話を盛る方向を間違ってそう (スコア:3)
ひたすら地味な出力だけど時間を掛ければもっと遠くへ、というのは、実際には「もっと速く」なんだな。
大出力のエンジンを作ることはできても、燃料は使えばなくなるというのが宇宙機のいわば"航続距離"の悩み。ロケットに積める燃料重量は限られていて、エンジンを工夫しても燃料の重さ辺りの推力×時間の積は大して変わらない。大型エンジンを一瞬使っても、小型エンジンをしばらく使っても、同じ燃料では与えられるエネルギーは同じ。ジェットエンジンみたいな燃費改善の余地は、たぶんあんまりない。結局、エンジンは軽く作って載せられるだけ燃料を積むことになる。
イオンエンジンは使う燃料の重さ辺りの推力×時間の積、比推力(ISP)が高い。同じ重さの燃料から、より多くのエネルギーを引き出せる。燃料が"よく燃える"ので、パワーウェイトレシオが上がって性能が上がる。ただし、出力は瞬間ではなくて総運転時間で見ている。
EMDriveは燃料消費がゼロ、総運転時間が無限大になるので、比推力が無限大になる。元記事ではこれを利用して、出力2MWの原子炉を搭載して総質量90tの宇宙船を作り、0.4N/kW(=800N@2MW)のEMDriveを積むと仮定している。出発から到着までの間運転すると、地球低軌道―火星間に必要なΔVおよそ4300m/s に対して、最大で 800N × 70日 ÷ 90t = 53760m/s の軌道変換量…はやぶさのΔVが2500m/s程度なので、もし本当にこのエンジンが動作するなら夢がひろがりんぐ。
Re:話を盛る方向を間違ってそう (スコア:2)
あー、元コメだとエネルギー源と反動質量をごっちゃにしちゃってますね。反省。
マイクロ波による効果 (スコア:1)
マイクロ波の研究は光ファイバが主流になってからめっきり下火になってしまったと思っていましたが地道に色々続いてるんですね。
電波による通信以外の作用と言えば電子レンジなんかの熱作用（って言い方であってるのかな？）くらいしか思いつきませんが他にもこの推進力のようなまだ未知の分野があるんですかね～。
ずいぶん昔にマイクロ波によるperl chain effectってのを知りましたが、その当時は結局理由はよく分からないってので終わっていた気がします。
現象としては水泡が多数浮かんでいる水面に、マイクロ波をあてると数珠つなぎに並ぶって内容だった気がします（うろ覚え）。
あれって理由は解明されたのかな？
Re:マイクロ波による効果 (スコア:1)
すごく興味をひかれてggりましたところ、とりあえず A simplified theory of pearl chain effects [booksc.org] は見つけましたが、まだ内容まるっきり読んでません。夜寝る前に読もうかなと。
1975年の論文らしいので「その当時」のものかも知れませんが。
名前が良くない (スコア:0)
「EM Drive」なんて最低。
Re:名前が良くない (スコア:1)
むしろうさんくささを余すことなく反映した完璧なネーミングではないか。
EM菌は推進力にまで使えるのだな!
Re:名前が良くない (スコア:1)
ぜひ日本語訳は「波動エンジン」にしてほしい。
Re: (スコア:0)
なんで？シンプルでわかりやすいし別にダサいわけでもないのに
Re:名前が良くない (スコア:2)
ここに集うアレゲな年寄りは、「ドライブ」とくると、その前には「フロッピー」とか「CD」とか「DVD」とか、そういったものが来ると、条件反射で思うのですよ。
「おっ、EMとかいう新しいディスクの規格が出たか」とか糠喜び。
Re:名前が良くない (スコア:1)
最近だと「アルドノア」な気分だな。
Re: (スコア:0)
どこぞの菌みたいだからでしょう
Re: (スコア:0)
エスパーして見ると、EM菌とか思い出すからじゃね？
Re:名前が良くない (スコア:1)
江戸メモリーも昔の事になりにけり。
※イーディーオーと発音しろ、と店員に叱られたっけ
Re: (スコア:0)
えっ？何がどうわかりやすいのかな
Re: (スコア:0)
エロ眼鏡ドライブの略だと妄想すれば許容できるだろう
# 電波飛ばして現実を動かすんだ
空を走る予定はなさそうさ♪ (スコア:0)
これを使うと、空中を走る車とか出来るんですかね。出来たらいいな。
Re: (スコア:0)
原理がちゃんと解明されれば、1Gに対抗できるだけの力を生み出せるかもしれませんね。
Re: (スコア:0)
まあ日本では速攻で規制されるけどね。万が一にも規制されなかったら官邸か皇居か大阪の公園に放り込むだけの簡単なお仕事です。
Re:空を走る予定はなさそうさ♪ (スコア:1)
御用邸に不時着した武勇伝の中の人を思い出した……。
＃このとき（2006年）以降もパラシュートは禁止されていないし、規制と言っても「爆発物をつけて飛ばすな」くらいの、現行法でも禁止されていることまでだと思いますが。
光子ロケット (スコア:0)
これっていわゆる「光子ロケット」なんですか？
波長がマイクロ波帯なだけで。
Re: (スコア:0)
違います。いわゆる光子ロケットというのは、光子を噴射して飛ぶロケットで、光子はロケットと逆方向に飛んでいきます。
ここでは電波は外に出ないので、系全体の運動量の保存を考えると動くはずないので不思議な（怪しい）んですね。
Re:光子ロケット (スコア:1)
運動量保存則が破れるとして、エネルギー保存則はどうなんだろう。量子的なエネルギーのゆらぎがマクロレベルになるとしたら、永久機関の出来上がり？
Re: (スコア:0)
でも、密閉空間なんでしょ。光すら放出してないということでは？
Re: (スコア:0)
せっかく電磁（波？）推進と名乗ってるのに、光子とかいうのは野暮でしょう。
光子の物理的反動による推進であるとは定義されてないんだし。
運動量保存の法則に反しないのでは？ (スコア:0)
> マイクロ波は電気から生まれるので、太陽発電でも動かせます。推進剤は不要で、つまりこのエンジンはハードウェアが壊れない限り永遠に動き続けられるんです。
という説明があるので、つまり完全閉鎖系が何故か推進するのでなく、「外部からエネルギーを供給」するわけですよね。
質量がエネルギーに変換できる相対性理論があるんだから、おかしくないと思うのは素人ですかね。
Re:運動量保存の法則に反しないのでは？ (スコア:2, 参考になる)
閉鎖系と言うのは運動量に関しての指摘で、エネルギーに関する物ではないです。
後ろに何も噴射していないのにどうやって前に推進するのか？というのが疑問として挙がっています。
Re:運動量保存の法則に反しないのでは？ (スコア:1)
>質量がエネルギーに変換できる相対性理論があるんだから、おかしくないと思うのは素人ですかね。
質量→エネルギーと言う変換経路は実験的に確認されてますが、
エネルギー→質量と言う経路は実験的に確認されてなかったような…
# 加速器で粒子を加速して新規の物質を作るとかそういうレベルの話はあるかもしれませんが。
Re:運動量保存の法則に反しないのでは？ (スコア:2)
そもそもその元になる反陽子はどうやって作っているのかと。 [u-tokyo.ac.jp]
Re:運動量保存の法則に反しないのでは？ (スコア:1)
質量の形で 左ー＞右
と動かしたら左に向かって推力が得られるってこと？
Re:運動量保存の法則に反しないのでは？ (スコア:1)
>マイクロ波は電気から生まれる・・・
それおおざっぱすぎないすか。
「電気」っていわゆる「電気的な」物理現象のことで主に電荷の移動や電磁誘導とかで生じる電流を指したりしてなかったっけ。
そりゃ「電気」でマイクロ波は発生させられるけど、マイクロ波からも「電気」は発生させられるし。
マイクロ波送電とかあるし、電子レンジのマイクロ波加熱してる中にアルミホイル突っ込めばバチバチと「電気」発生するし。
#マイクロウェーブ、来るッ！！
この話では、マイクロ波のエネルギーが一体何と相互作用を起こすか干渉するかして「推進力」に代わっているのかが良く分からないってことだと思ってました。
#元はGIZMODEのネタ記事すか・・・
Re:数理モデルはありまぁす (スコア:2)
推力を得られる数学的シミュレーションの構築に成功した、というのが「科学的に正しい」ということじゃないでしょ。
ある仮定のもとで発生する推力を考えてみました、というのが主張じゃないの?
# ただ、動作原理がなんであれ飛べばいいんじゃないかという気はする
# 単に表面が焼けてガスが出てるだけとかかもしれないけど、それが既存推進器より効果的なのなら…
Re:数理モデルはありまぁす (スコア:2)
解明っていうかさ、「こういうシミュレーションをすると現実に近いことが知られている」というべきだと思うんだ。
Re:数理モデルはありまぁす (スコア:1)
それは解明されてないのとは違う。
解析的に解く=小さい計算量で実用的な解を求める手法がないというだけ。
計算量を気にしなければ、実用的な解を求めることがで来ます。
計算機で実用的な精度で解くより風洞実験の方が安かったから、以前は風洞実験が多用されていました。
GPUを流体シミュレーションに使うようになって以後、実用的な時間で計算できるようになって、
最近は新しい風洞を作ることは無くなっています。
Wikipediaの情報は少々古いですね。
Re:数理モデルはありまぁす (スコア:1)
2008年記事の中国の研究者というのは追試なのだろうか、共同研究者なのだろうか。
Re:真空つったって (スコア:1)
Re:真空つったって (スコア:1)
いやあ、それがダークマター同士でなら相互作用しあうらしい、という話も出てまして。
ソースはどこだったか忘れてしまいましたが、ある銀河を観測したところ、ガンマ線量がどうも中央のBHから出てくるとした場合の想定と異なる。もしもダークマター同士の相互作用で対消滅を起こしてるとしたら、説明が付くかもしれない、という話でした。
閑話休題。
今回のは、ストーリーのリンクによると、マグネトロンからのエネルギーがキャビティ内に電子・陽電子対生成を起こさせた結果、磁気流体推進的な効果が起こったと仮定すると、マグネトロンの指向性のため、一方向にだけ非常に多くの電子・陽電子が生成するので、そのアンバランスから大きな推進力が発生したのではないか、という仮説です。
マグネトロンに100W程度しかかけずに実験したNASAの研究では、あんまり大きなアンバランスが起きずに50μN程度のごく小さな力しか出なかったけど、英国と中国ではご家庭用の電子レンジのマグネトロンに2.5kWもの大電力を突っ込んだのでアンバランスが大きくなり、0.7Nもの力を観測したと。
アンバランスの度合いから、もっともっとデカい電力を与えると、出力も大きくなるに違いない。なので、もし入力に100kWも突っ込めば、この仮説では1300Nもの力を得ることさえ出来るだろうとか。どりぃぃむ。
# 私の知識は啓蒙書レベルです
Re:真空つったって (スコア:1)
ん？
……たいへんだ。
逆に電子レンジが飛んでいかない理由が分からなくなるじゃないか。
いや、電子レンジだとコーン型になっていないから問題ないのか？
Re:真空つったって (スコア:1)
電子レンジの場合は、出てくるエネルギーの大半が加熱物体の主に水分子を動かすのに使われますから、飛ぶということはないでしょう。
それに、空気もあるから残りのエネルギーの多くが空気や筐体に吸収される。
従って、運動エネルギーに変換される分量は非常に少ない（故に観測されてこなかった）。
でも、今回は高真空の中で（電磁気的な手法で？）エネルギーに指向性を持たせてますからね。
エネルギーの殆どが捨てられてるとしても、そこで空間と作用して運動エネルギーに変換できる分量は大きくなる。
Re:色々騒いで結局 (スコア:2)
間違いなくそのたぐいでしょう．
一つは，「光速度不変」とか，「運動量保存則」とかが敗れた場合の，
物理学全体に与える影響の大きさが根拠です．今まで，あらゆるテスト
にパスしてきたこれらの原理が，NASAの実験くらいでほころんだり
するものでしょうか．
もう一つ指摘したいのは「NASA神話」という勘違いです．NASAは
確かに素晴らしい研究機関ですが，やっていることがすべて凄い
こととは限りません．中にはトンデモな研究をやっている人もいます
(※個人の感想です)．
むしろ，それが許される土壌こそがNASAの素晴らしさなのですが．
まっとうな科学者なら，「これで，推進剤を使わない宇宙旅行ができる」と
考える前に，「推力が得られているように見えるカラクリはなんだろうか」
と考えます．
量子論も，相対論も，そういった議論から生まれました．
Re:二重の箱で実験して欲しい (スコア:1)
＞推進器と実験装置の間で相互作用
まあ、それが一番妥当でしょうね。
以前話題になった独楽の回転の向きで重さが変わるってのも同様だったような…
the.ACount
Re:読んじゃいないけど (スコア:1)
装置が発生した電波により空気の分子を押した、とする。
中国や英国で実験した結果では、0.7N が観測されている。
Nは kg・m / s^2 なので、kgで割ればつまり m/s^2 で加速度が得られる....よね？
装置全体の重量がわからないけど、ここでは仮に 10kg としておこう。
とすると 0.07 m/s^2 だから10kgの装置全体を毎秒毎秒7cm加速できるってことに。
がっしりと台座に固定されているとしても、そんだけの加速をさせるくらいの空気の流れが起きてるなら、びょーという音を伴いそうな量になりそうな感じ。いくらなんでも、そんだけの風が生じてたら、電磁流体推進効果とかなんとか不思議な推測はしないよねえ。
Re:読んじゃいないけど (スコア:1)
Re:読んじゃいないけど (スコア:1)
ISS高度ぐらいでチタンや高張力鋼の精錬やるし、シリコンにドープする元素を精錬するのは静止衛星高度ぐらいだ。
お金さえかければ10-11[Torr]なんてこの世のどこにも無いっぽいすっからかんの状態をつくる事だってできる。
まあ試験装置の中の気体分子を押してんじゃないかってのには同意する。