Montag, 4. Mai 2015

Weitere Informationen zu den NASA-Experimenten mit dem EmDrive und Gerüchten um erzeugtes Warp-Feld


Symbolbild: Das "Raumschiff Enterprise" im Warp-Flug (Illu.). | Copyright: Paramount Pictures

Washington (USA) - Erneut sorgen die jüngsten Gerüchte darüber, dass NASA-Wissenschaftler bei Experimenten mit einem unkonventionellen Antrieb nicht nur frühere Tests bestätigen und hoffnungsvolle Ergebnisse selbst im Vakuum erzielt haben, sondern bei diesen Tests sogar ein Warp-Feld erzeugt haben könnten (...wir berichteten), erwartungsgemäß gerade im wissenschaftlichen Mainstream für einen Aufschrei der Kritik. Nach ersten Gerüchten und Spekulationen liegen mittlerweile nun erste Einschätzungen und weitere fachliche Hintergründe dieser Situation vor.

+ + + Anm.d.GreWi-Redaktion: Da mein Verständnis der oft hochkomplexen Materie und exakten Fachterminologien begrenzt ist, bitte ich den Leser, die auch hier ausführlich genannten Originalquellen in die eigene Beurteilung der Sachlage miteinzubeziehen. Der hier vorliegende Artikel kann und will "nur" eine erste Übersicht zur aktuellen Diskussion um die Experimente und ausdrücklich kein Fachbeitrag sein. + + +


Während die meisten Kritiker sich bislang lediglich darauf beschränken zu erklären, warum nicht nur der EmDrive sondern natürlich auch ein Warp-Antrieb nicht funktionieren können und den Diskussionen "in irgendwelchen Internetforen" jegliche Glaubwürdigkeit absprechen, haben Dr. José Rodal, Jeremiah Mullikin and Noel Munson und Chris Gebhardt, genau diese aktuellen Diskussionen auf NASAspaceflight.com aufgrund deren teilweise hohem fachlichen und personellem Niveau aufgegriffen und die Hintergründe und Grundlagen in einem ausführlichen Artikel zusammengefasst und sich um eine faktenbasierte Bewertung der jüngsten NASA-Tests mit dem EmDrive-basierten Antrieb bemüht.


EmDrive erfolgreich im Vakuum getestet


In Ihrem Artikel rekapitulieren die Autoren die bisherigen Behauptungen, Experimente mit EmDrive-Systemen chinesischer Wissenschaftler um Prof. Juan Yang und (unabhängig davon) Dr. Harold “Sonny” White vom Johnson Space Center, von denen auch GreWi bereits berichtet hat.



Prototyp des EmDrive von 2007. | Copyright: Roger Shawyer, emdrive.com

Grundlage der Experimente ist der sogenannte "EmDrive" (ElectroMagnetic Drive), also ein elektromagnetischer Antrieb. Dabei handelt es sich um das Konzept des britischen Wissenschaftlers und ehemaligen EADS-Atrium-Ingenieurs Dr. Roger Shawyer, das elektrische Energie mittels Mikrowellen in Schubkraft umwandeln soll - ohne dabei allerdings ein Treibmittel zu benötigen. Trotz der Behauptungen chinesischer Forscher, das Konzept bereits erfolgreich getestet zu haben, verbannten die meisten westlichen Wissenschaftler den "EmDrive" ins Reich der Phantasie und Pseudowissenschaft - das es schließlich dem physikalischen Impulserhaltungsgesetz widerspreche. 2014 hat jedoch selbst die NASA das Konzept überprüft und in einem Fachartikel ebenfalls bestätigt, dass der Antrieb prinzipiell tatsächlich funktioniert (...wir berichteten). Da der "EmDrive" ohne Treibstoff auskommt und die notwendigen Mikrowellen mittels Solarenenergie erzeugt werden können, könnte der Antrieb völlig neue Wege und Möglichkeiten der Raumfahrt aufzeigen, da das Konzept "eine (Antriebs-)Kraft erzeugt, die keinem klassischen elektromagnetischen Phänomen zugeschrieben werden könne". Der Antrieb bediene sich dabei möglicherweise subatomarer Teilchen, so die Vermutung der NASA-Wissenschaftler.


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Während die NASA-Tests 2014 u.a. deshalb für Kritik bezüglich der Nutzbarkeit für den Weltraumflug sorgten, weil sie nicht im Vakuum durchgeführt wurden, vermuteten einige kritische Beobachter, dass die gemessenen positiven Kräfte auf externer natürlicher thermaler Konvektion durch die Erhitzung der Einheit mit Mikrowellen in deren Innern entstanden sein könnte.

Jetzt, so berichtet der am Eagleworks-Labor für fortgeschrittene Antriebstechnologien der NASA tätige Ingenieur Paul March (also kein Forum-Anonymus!) im NASAspaceflight.com-Forum, habe man die dortige Em-Drive-Version nun erfolgreich auch in einem Vakuum getestet (...wir berichteten) und dies erneut erfolgreich. Vor diesem Hintergrund wäre also die Erklärung, dass die beschriebene Erhitzung die Messungen erkläre, widerlegt. Hierbei handelt es sich um die erste Erfolgsmeldung derartiger Tests überhaupt.


Vor diesem Hintergrund habe die Diskussion der Frage, warum und wie der EmDrive überhaupt funktioniert an wissenschaftlicher Qualität gewonnen, bemerken die Autoren um Rodal und erläutern die möglichen Anwendungen einer solchen Technologie:


Zunächst könnte der EmDrive für Stationen wie etwa die Internationale Raumstation ISS im niedrigen Erdorbit genutzt werden, um diese beispielsweise ohne Treibstoffe auf der gewünschten konstanten Höhe zu halten oder Positionsveränderungen ohne die Hilfe externer Antriebe (etwa durch Zubringertransporter usw.) vorzunehmen. Ähnliche Anwendungen wären darüber hinaus natürlich auch für geostationäre Satelliten vorstellbar. Hier würde der Austausch der bisherigen konventionellen Schubsysteme durch EmDrive-Module zu einer Reduzierung des Startgewichst von bislang rund 3 auf 1,5 Tonnen führen.


March führt weiter aus, dass ein mit einer EmDrive-Einheit ausgestattetes Raumschiff auch die Leistung des WarpStar-1-Konzepts übertreffen könnte. Eine Reise von der Erdoberfläche bis zum Mond könnte dann nur noch vier Stunden dauern. "Ein solches Raumschiff könnte eine 2-6-köpfige Mannschaft und Gepäck tragen und wäre in der Lage, innerhalb des gleichen Zeitraums auch wieder zur Erde zurückzukehren. Hierzu wäre dann nur eine Ladung Wasserstoff und Stickstoff für die zum Betrieb des eines EmDrive-Systems mit einer Effektivität von 500 bis 1000 Newton/kW notwendige elektrische Energie nötig." Während das bisherige Maximum der in den Experimenten von Professor Yang getesteten Versionen des EmDrive derzeit erst bei 1 Newton/kW liege vermutet March, dass schon innerhalb der nächsten 50 Jahre die EmDrive-Technologie derart ausgereift sein wird, um besagte Antriebskräfte zu erreichen.



Computermodell des Partikelflusses beim EmDrive. | Harold White / Eagleworks

Ein noch ambitionierterer Einsatz der EmDrive-Technologie wurde auch von Dr. White vorgestellt und beinhaltet bemannte Missionen zum Mars und den äußeren Planeten mit ihren erdartigen Monden. Hierfür notwendig wäre demnach ein mit einem 2 Mw starken, elektrische Energie liefernden Nuklearantrieb betriebenen, EmDrive-System ausgestattetes Raumschiff, dessen EmDrive einen Schub von 0,4 Netwon/kW entwickelt. Ein solches Raumschiff könnte die Reise zum Mars innerhalb von 70 Tagen schaffen. Um wieder zur Erde zurück zu kehren, wäre dann ein 90-tägiger Aufenthalt auf dem Roten Planeten und eine erneut 70 Tage dauernde Rückreise notwendig.


Laut White würde eine solche Mission mit einem Raumschiff von 90 metrischen Tonnen die Reisezeit erheblich verkürzen. Zudem käme eine solche Mission mit nur einem schweren Startvehikel aus, statt der bislang angedachten multiplen Raketen. Eine Mission zu den Saturnmonden Titan und Enceladus könnte mit dieser Technologie schon nach 9 Monaten ihr Ziel erreichen. Inklusive des notwendigen 6-monatigen Aufenthalts im Saturnsystem, könnte eine solche Mission demnach also nach nur 32 Monaten wieder auf der Erde ankommen.


Allerdings seien die Anwendungen des EmDrive-Konzepts nicht auf das Sonnensystem beschränkt: Laut White und Kollegen könnte das nur 4,3 Lichtjahre entfernte System um unseren Nachbarstern Alpha Centauri mit 9,4 Prozent der Lichtgeschwindigkeit nun schon in nur 92 bis 130 Jahren erreicht werden. Im Vergleich zu den auf mehrere tausend Jahre angesetzten Missionen mittels der heutigen konventionellen Technologie, wäre dies ein enormer Zeitgewinn und mittels einer Mission mit einem Generationen-Raumschiff durchaus realisierbar.


Ein für die Raumfahrt nutzbarer EmDrive-Antrieb würde also einen Nuklearantrieb von 1.0 bis zu 100 MWe benötigen. Tatsächlich arbeitet die US-Navy derzeit schon an 220-MW-Thermalreaktoren zum Betrieb und Antrieb ihrer atomar betriebenen U-Boote der Ohio-Klasse.


Wurde ein Warp-Feld erzeugt?


Seit drei Jahren führt Whites Team zudem Experimente durch um herauszufinden, ob es mit einem Interferometer möglich ist, eine Verzerrung in der Raumzeit zu messen, die durch variierende elektromagnetische Felder erzeugt werden. Ziel dieser Experimente ist es herauszufinden, ob es für ein Raumschiff möglich ist, bei konventioneller Geschwindigkeit einen effektiven Überlichtflug durch die Kontraktion des Raumes vor dem Schiff und dessen Ausdehnung dahinter - also den Warp-Flug - zu erreichen.


Während die bisherigen Ergebnisse dieser Experimente bislang zumindest noch "nicht aussagekräftig" waren, haben die Eagleworks-Wissenschaftler der NASA im vergangenen April konkrete und schlüssige Ergebnisse erzielt. Hierzu nutzen die Forscher einen kurzen, zylindrischen Resonanzhohlraum angesichts einer natürlichen 
Frequenz von 1,48 GHz und mit einer Input-Energie von 30 Watt und damit einer kleinen Version des EmDrive, durch die ein Laserstrahl geschickt wird.



Testaufbau mit dem "Warp-Field Interferometer" in den Eagleworks-Labors am Johnson Space Flight Center der NASA. | Copyright: Harold White / Eagleworks Lab

Anhand von mehr als 27.000 Testläufen wurde ein Energiespektrum erlangt, dass reproduzierbar ein gemitteltes Signal von 0,65 Hz offenbarte und damit deutlich über dem zu erwartenden Systemrauschen lag. Eine zunächst mögliche Erklärung für die somit gemessene veränderte Länge des optischen Weges wäre eine Brechung durch die Luft, so die Forscher. Es sei jedoch unwahrscheinlich, dass die Luft für diese Messung verantwortlich ist, da deren Effekt nur 1/40tel des tatsächlich gemessenen Wertes entspricht.


Von diesem Ergebnissen ermutigt, planen die Eagleworks-Wissenschaftler schon bald, die Experimente mit dem Interferometer auch im Vakuum durchzuführen.


Eine alternative Erklärungstheorie


Gegenüber Grenzwissenschaft-Aktuell kommentiert der Wissenschaftshistoriker Ralf Bülow die aktuelle Diskussion um die EmDrive-Experimente wie folgt:


"Der EmDrive nutzt einen Effekt der Speziellen Relativitätstheorie von Albert Einstein, während der Warp-Drive ganz klar auf der Allgemeinen Relativitätstheorie basiert. Die bei den jüngsten EmDrive-Versuchen registrierten Überlichtgeschwingkeiten (sofern die Sache stimmt) haben also mit Sicherheit nichts mit Warps zu tun, sondern möglicherweise mit Wellenphänomenen, wie sie Prof. Günter Nimtz schon in den 1990er Jahren erforschte.


...wir werden weiter berichten


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