EMDrive - Propulsion du futur ?

La très contreversée propulsion à base de micro-onde qui offre une poussée sans utilisation de combustible vient d'être, semble-t-il, validée par la NASA.
Proposée il y a 10 ans par Roger Shawyer et également testée avec succés par les chinois en 2011, cette technologie pourrait révolutionner la propulsion spatiale.


http://www.gizmodo.fr/2014/08/01/nasa-teste-impossible-moteur-combustible-marche.html



Le rapport de la NASA publié le 28 juillet 2014 :
http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20140006052

Dommage, seul l'abstract est disponible au public... Cela semble fort intéressant, même si on ne semble pas trop comprendre comment ce type de poussée est possible sans violer le principe de conservation de la quantité de mouvement...

Tu ne violes rien: la lumière possède une quantité de mouvement, et tu peux en créer en sacrifiant de l'énergie électrique.

MarsSurfaceWanderer a écrit:

Dommage, seul l'abstract est disponible au public... Cela semble fort intéressant, même si on ne semble pas trop comprendre comment ce type de poussée est possible sans violer le principe de conservation de la quantité de mouvement...

Non, c'est une forme de MHD. C'est connu depuis plus de 70 ans mais c'était plus "populaire" dans les années 70 quand Alfvén avait reçu le Nobel pour ça. L'inconvénient technologique relevé alors était l'énorme quantité d'énergie électrique qu'il fallait pour déplacer des engins de masse raisonnable. Le procédé proposé par Shawyer a l'avantage d'abaisser sensiblement ce besoin en utilisant des cavités résonnantes où des fluctuations quantiques s'ajoutent pour produire une force suffisante. C'est prometteur mais le problème de l'énergie électrique nécessaire reste entier: comment la produire sans des panneaux solaires énormes? Comment la stocker si nécessaire? Est-ce que la meilleure source en serait pas un mini-réacteur nucléaire comme sur certaines sondes?
Des perspectives donc mais encore beaucoup de questions ouvertes. 

Les ordres de grandeur de la poussée me semblent identiques à ceux de la propulsion ionique/plasmique/à effet Hall utilisées actuellement. Mais je n'ai aucune idée de l'ordre de grandeur du ratio (poussée / puissance électrique consommée), est-il meilleur ?    C'est sûrement indiqué dans l'article, mais je n'y ai pas accès.

Question : peut-on utiliser la notion d'ISP (impulsion spécifique) pour ce type de moteur qui, finalement, n'emporte pas de "carburant" ?

Quelques réponses sur Wikipédia : http://en.wikipedia.org/wiki/EmDrive

L'ESA est-elle susceptible de s'intéresser à ce type de propulsion ?

MarsSurfaceWanderer a écrit:

Dommage, seul l'abstract est disponible au public... Cela semble fort intéressant, même si on ne semble pas trop comprendre comment ce type de poussée est possible sans violer le principe de conservation de la quantité de mouvement...

@Space Opera a écrit:

Tu ne violes rien: la lumière possède une quantité de mouvement, et tu peux en créer en sacrifiant de l'énergie électrique.

Il n'y aurait pas de problème si les ondes électromagnétiques et leur énergie W étaient émises  en sens opposé à l’accélération du véhicule, mais Shawyer affirme que son dispositif génère une poussée même si aucune énergie ne quitte le système.


http://en.wikipedia.org/wiki/EmDrive

Shawyer a écrit:

The inventor claims that the device generates a thrust even though no detectable energy leaves the device.

Une partie de la communauté scientifique le critique pour çà :

Critticism a écrit:

Violation of conservation of momentum
Any apparent reactionless drive is treated with skepticism by the physics community, since such a drive would violate the well-established principle of the conservation of momentum, which has enormous experimental support. Sawyer claims that his drive does not violate the conservation of momentum

Toutefois Shawyer explique qu’il n’y a pas  violation de la conservation de la quantité de mouvement  dans un référentiel extérieur par l’effet Doppler : par exemple en phase d’accélération, la quantité de mouvement de l’engin augmente tandis que celui des ondes électromagnétiques diminue par glissement vers des longueurs d’ondes plus grandes (le Red Shift ... mais pour la lumière)
Voir:

Citation :

Thrust limitation by Doppler shift

Cela se tient, pour le comment, mais reste le pourquoi ?

Et si l’explication se trouvait dans l’énergie du vide et ses fluctuations ?

Citation :

notes that such resonant cavities may operate by creating a virtual plasma toroid that would realize net thrust using magnetohydrodynamics upon quantum vacuum fluctuations.

@Giwa a écrit:

Et si l’explication se trouvait dans l’énergie du vide ?

Le vide n'existe pas pour un dispositif qui s'appuie sur des rayonnements électromagnétiques. L'espace en est rempli et donc si, à l'instar de la MHD qui prend des fluides à l'avant d'un mobile, les accélère et les rejète à l'arrière pour faire avancer un mobile, il semble que le réacteur de Sawyer fasse de même avec les ondes électromagnétiques que l'on ne peut pas accélérées puisqu'on ne peut aller au-delà de la vitesse de la lumière donc c'est la structure-même du réacteur qui est accélérée. Je ne sais pas si j'ai été assez clair mais c'est ce que j'en ai compris 

Je te sens fatigué Kostya ; tu devrais prendre des vacances  

 A propos des fluctuations du vide:


Le vide des physiciens n'est pas le néant , mais est plein de particules dites virtuelles que l'on devrait peut-être dire éphémères qui apparaissent et disparaissent sans cesse et parmi ces particules, il en existe qui sont  chargées électriquement comme des positons ou des négatons liés aux ondes électromagnétiques .
Le vide existe quelque soit les champs envisagés et les particules (bosons et fermions).

C'est effectivement ce que je voulais dire mais comme Astro-Notes le suggère, je suis un peu fatigué.
En plus, particules ou train d'ondes? On sait que c'est la même chose, non ?
Si le principe du réacteur de Shawyer venait à être appliqué aux ondes gravitationnelles ou à ce qui sous-tend la matière noire, on tiendrait un moteur capable de générer un mouvement y compris lorsque la gravité est forte.

Le titre du sujet se termine par un point d'interrogation et c'est normal car beaucoup de questions se posent en particulier sur les mesures qui peuvent avoir été faussées par l’environnement : seuls des essais en orbite permettraient de savoir si ce moteur est réellement efficace . 
D'autres questions se posent en particulier : qu'en est-il de la poussée sur les parois latérales obliques et pourquoi cette poussée n'annule pas le différentiel entre les parois des extrémités?

Sinon si on accepte la validité des mesures actuelles, la poussée F dépasse celle qui proviendrait de la puissance  électromagnétique P qui s'échapperait en direction opposé à celle de l'accélération selon F= P/c
1W donnerait une poussée de (3.10 ⁸) ^-1 #3,33 .10^-9 = 3,33 nN

Or la poussée mesurée pour un propulseur électromagnétique de 700 W a été mesurée à 88 mN , bien supérieure à celle qui serait obtenue si cette puissance était émise en sens opposé à l'accélération de  3,33 .10^-9 x 700 = 2,33. 10 ^-6 = 2,33 µN


Beaucoup d'interrogations donc et il ne faut pas s'emballer comme on dit ... mais c'est à suivre !

@Giwa a écrit:

...
Sinon si on accepte la validité des mesures actuelles, la poussée F dépasse celle qui proviendrait de la puissance  électromagnétique P qui s'échapperait en direction opposé à celle de l'accélération selon F= P/c
1W donnerait une poussée de (3.10 ⁸) ^-1 #3,33 .10^-9 = 3,33 nN

Or la poussée mesurée pour un propulseur électromagnétique de 700 W a été mesurée à 88 mN , bien supérieure à celle qui serait obtenue si cette puissance était émise en sens opposé à l'accélération de  3,33 .10^-9 x 700 = 2,33. 10 ^-6 = 2,33 µN


Beaucoup d'interrogations donc et il ne faut pas s'emballer comme on dit ... mais c'est à suivre !

Cependant, comme évoqué précédemment, tant que l'on reste dans ce rapport de grandeurs entre la puissance électrique nécessaire et la poussée engendrée, ce type de réacteur restera cantonné à des applications limitées aux mobiles de petites tailles ou aux simples ajustements de trajectoire ou d'orbite. Pour les DeltaV plus importants, ça ne semble pas pour le moment une solution envisageable.
Je suis plutôt d'avis que les futurs systèmes de propulsion spatiale naitront plus par sérendipité que d'innovations sur les pistes actuellement explorées. Je ne suis pas un adepte de la théorie de la singularité mais je constate simplement que l'exploration spatiale reste mue par des théories plus que centenaires et que tant qu'il en sera ainsi, on plafonnera dans des gammes de performance qui rendent humainement inconcevables les voyages interstellaires.

Engine	European Space Agency's SMART-1 ion engine	Electromagnetic drive
Power required	700 W	700 W
Thrust generated	70 millinewtons	88 millinewtons
Operational life	1.6 year	15 years
Weight	94 kilograms	9 kilograms

Si cela s'avérait n'être pas un leurre , cela serait plus efficace que les moteurs ioniques!
Donc même si cela resterait cantonné après la mise en orbite , cela serait quand même une avancée majeure !

 Tiens le micro-onde -lui même - fut découvert par sérendipité  

Je ne comprend pas la notion de durée de vie (qui fait plus penser à la durée totale de la mission dans l'ordre de grandeur) pour ce modèle de réacteur qui n'utilise absolument aucun réservoir de matière (contrairement au ionique qui peut là aussi épuiser son réservoir d'ions)? Est-ce dérivé de la fiabilité du système lui-même? De la durée de vie de la source d'électricité (y compris s'il s'agit de panneaux)? 

@Kostya a écrit:

Je ne comprend pas la notion de durée de vie (qui fait plus penser à la durée totale de la mission dans l'ordre de grandeur) pour ce modèle de réacteur qui n'utilise absolument aucun réservoir de matière (contrairement au ionique qui peut là aussi épuiser son réservoir d'ions)? Est-ce dérivé de la fiabilité du système lui-même? De la durée de vie de la source d'électricité (y compris s'il s'agit de panneaux)? 

Il faudrait consulter pour en savoir plus:
Relativity drive: The end of wings and wheels? et China claims successful test of microwave relativity engine

Je pencherais plutôt pour la fiabilité du système lui-même  car la durée de vie de la source d'électricité est la même que ce soit pour les moteurs ioniques ou électromagnétiques.

Mais - comme déjà dit -, soyons circonspects tout en restant attentifs !

Voici le lien de la fiche ntrs du rapport de la NASA : http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20140006052

Le principe repose sur :

NASA (Brady et al) a écrit:

an interaction with the quantum vacuum virtual plasma

soit, pour ce que j'en comprends : le champ magnétique interagit avec un plasma de particules virtuelles, créées par les fluctuations quantiques du vide, qui sont éjectées du propulseur et produisent une poussée (comme un moteur ionique classique) avant de s'annihiler. Ce n'est pas vraiment une propulsion sans propulsif, et il semble que la conservation de la quantité de mouvement soit respectée, mais le fait est qu'il n'y a pas besoin d'en emmener dans un réservoir puisqu'on prend ce qu'il y a sur place et partout.

Sur wiki, ils appellent ça le "Q-thruster" : http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_vacuum_plasma_thruster

Dans le résumé fourni par la NASA, il y a quelque chose qui refroidit :

NASA (Brady et al) a écrit:

Thrust was observed on both test articles, even though one of the test articles was designed with the expectation that it would not produce thrust. Specifically, one test article contained internal physical modifications that were designed to produce thrust, while the other did not (with the latter being referred to as the "null" test article).

Les chercheurs ont utilisé deux dispositifs :
* un dispositif de test du concept
* un dispositif "placebo" prévu pour ne pas fonctionner

Il semble que les deux dispositifs aient produit une poussée   ... Ce n'est pas bon signe.

Du coup cela paraît un peu optimiste quand ils écrivent :

NASA (Brady et al) a écrit:

Test results indicate that the RF resonant cavity thruster design, which is unique as an electric propulsion device, is producing a force that is not attributable to any classical electromagnetic phenomenon and therefore is potentially demonstrating an interaction with the quantum vacuum virtual plasma.

N'ont-ils pas surtout montré qu'il y a quelque chose de suspect dans leur protocole expérimental ?

Edit : Griffon, bien d'accord  

Apparemment l'expérimentation a porté sur deux montages, l'un étant représentatif du système en question, et l'autre ne devant produire aucune poussée (l'équivalent d'un placebo si on veut).
Or le système "témoin" a également produit de la poussée, ce qui invaliderait l'expérience.

http://arstechnica.com/science/2014/08/dont-buy-stock-in-impossible-space-drives-just-yet/

edit : quasiment la même réflexion que Eloi  

Sur le forum Nasa Space Filght, un intervenant a déclaré, à propos de l'EMDrive* de Roger Shawyer:

FlyingMoose a écrit:

That is incorrect.  This discovery came about because Shawyer was trying to explain the thrust generated by the microwave transmitters on satellites which exceeded what was expected and required additional fuel to correct.

Shawyer tirerait donc son concept du fait qu'il aurait constaté que la poussée produite par les antennes micro-onde des satellites serait supérieure à celle induite par l'impulsion seule des photons. Ce genre de chose serait connu ?

* EMDrive et QDrive, j'ai l'impression que c'est le même dispositif, mais des explications de fonctionnement totalement différentes  

A relire cet article, il me semble comprendre que le premier système devait produire une poussée, mais sans que cela soit le résultat d’une interaction avec le vide quantique  tandis que le dispositif du test « nul » n’aurait pas du être soumis à une force … sans faire appel à l’interaction avec le vide quantique  .
Le dispositif  "nonzero force" au contraire conforte cette interaction avec les particules virtuelles qui seraient le propulsif comme seule explication envisageable car aucune force serait produite sans elles.
http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_vacuum_plasma_thruster
 

Citation :

Using a device that is capable of measuring force at a single-digit micronewton level, a NASA team has measured approximately 30-50 micronewtons of thrust on a propellantless test item that was designed to experience force, but not as a result of interaction with the quantum vacuum. However, using the same measurement equipment, a nonzero force was also measured on a "null" test item that was not designed to experience any such force;
…White says that this hints at interaction with the quantum vacuum

Bon, d’accord on aimerait en savoir plus sur le dispositif et ses deux configurations et par quoi la force est produite dans le premier cas, où il n’est pas nécessaire de l’expliquer par le vide quantique et ses particules virtuelles .

@Giwa a écrit:

Bon, d’accord on aimerait en savoir plus sur le dispositif et ses deux configurations et par quoi la force est produite dans le premier cas, où il n’est pas nécessaire de l’expliquer par le vide quantique et ses particules virtuelles .

Ce qu'il faudrait comprendre serait :
* Dispositif A, conçu pour produire une force électromagnétique "classique" mais nos précisée
* Dispositif B, conçu pour ne pas le faire

A et B ayant produit une force, on en déduit que B a fait appel à ces particules virtuelles ?

Le résumé est celui d'un article de conférence qui dont la première page est disponible sur le site de l'AIAA : http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2014-4029 (article sous paywall 25 $). Mais cette première page ne semble pas plus éclaircir le protocole.

@Eloi a écrit:

@Giwa a écrit:

Bon, d’accord on aimerait en savoir plus sur le dispositif et ses deux configurations et par quoi la force est produite dans le premier cas, où il n’est pas nécessaire de l’expliquer par le vide quantique et ses particules virtuelles .

Ce qu'il faudrait comprendre serait :
* Dispositif A, conçu pour produire une force électromagnétique "classique" mais nos précisée
* Dispositif B, conçu pour ne pas le faire

A et B ayant produit une force, on en déduit que B a fait appel à ces particules virtuelles ?

Le résumé est celui d'un article de conférence qui dont la première page est disponible sur le site de l'AIAA : http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2014-4029 (article sous paywall 25 $). Mais cette première page ne semble pas plus éclaircir le protocole.

Tout à fait ! En précisant que le  dispositif B est conçu pour ne pas fonctionner s'il n'y avait pas intervention des particules virtuelles !

Accessoirement, ils me semblent que si des chercheurs chinois avaient vraiment mesuré une poussée aussi gigantesque que 720 mN sortant de nulle part en 2011, avec un dispositif ne consommant que 2500 W, il y aurait déjà un satellite expérimental sur orbite pour valider celà dans des conditions d'isolement bien meilleures que sur Terre, il ne faut pas 15 ans pour monter une telle manip. D'ailleurs, les russes l'ont fait il y a quelques années. Je ne sais pas si c'était précisément pour l'EMdrive, mais c'était bien pour tester un dispositif produisant une poussée inexpliquée sur Terre : résultat nul, l'"effet" avait disparu une fois dans l'espace.

@Henri a écrit:

Expériences conduites à la pression atmosphérique... Méfions-nous du passage au vide où la poussée risque de purement et simplement disparaître comme dans le précédent des "lifters" qui utilisaient l'ionisation de l'air... Les fluctuations quantiques du vide représentent un "fluide" de particules chargées incommensurablement plus ténu que de l'air même faiblement ionisé...

C'est effectivement à quoi on peut penser. 
Une autre possibilité , c'est que le système fonctionne quand même dans l'air très ténu en orbite basse ou dans les ceintures de Van Alllen non pas par l'ionisation produite par les particules virtuelles , mais par les particules réelles . 
Et qui sait même dans l'espace interplanétaire par les particules ionisées du vent solaire !
Cela me fait penser au sujet : Le voilier solaire protonique EST Cube-1
Le vide (l'absence) en particules réelles s'établit progressivement et le vide interplanétaire est moins total que le vide interstellaire (en dehors des nébuleuses) ou que le vide intergalactique 

@lambda0 a écrit:

Accessoirement, ils me semblent que si des chercheurs chinois avaient vraiment mesuré une poussée aussi gigantesque que 720 mN sortant de nulle part en 2011, avec un dispositif ne consommant que 2500 W, il y aurait déjà un satellite expérimental sur orbite pour valider cela dans des conditions d'isolement bien meilleures que sur Terre, il ne faut pas 15 ans pour monter une telle manip. D'ailleurs, les russes l'ont fait il y a quelques années. Je ne sais pas si c'était précisément pour l'EMdrive, mais c'était bien pour tester un dispositif produisant une poussée inexpliquée sur Terre : résultat nul, l'"effet" avait disparu une fois dans l'espace.

Tout à fait, il serait nécessaire de passer aux manips sur orbite au lieu de tourner en rond sur terre .