EmDrive & Co: Space-Drive-Experimentalreihe an der TU Dresden untersucht „unmögliche Antriebe“

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Illustration des einst von Roger Shawyer entwickelten Prototyps des EmDrive (Illu.)
Copyright: Elvis Popovic

Dresden (Deutschland) – Während Photonen-Antriebe, Sonnen- und Lichtsegel zu leistungsschwach sind, um mit größeren Nutzlasten die uns nächstgelegenen Planetensysteme innerhalb einer Generation zu erreichen, stehen alternative Antriebe, die keine klassischen Treibstoffe benötigen, bei vielen Naturwissenschaftlern im Ruf eines pseudowissenschaftlichen Perpetuum mobile und werden – trotz ermutigender erster Testergebnisse in wissenschaftlichen Laboren – oft tabuisiert. Nicht so an der Technischen Universität Dresden: Hier haben Raumfahrtingenieure im Rahmen des Projekts „SpaceDrive“ damit begonnen, alternative bis exotische Antriebe experimentell zu untersuchen. Die Vorabrgebnisse einer ersten Experimentalreihe mit dem sogenannten „EmDrive“, der zuvor schon erfolgreich von NASA-Physikern untersucht wurde (…GreWi berichtete), und dem „Mach-Effect-Thruster“ wurden jetzt veröffentlicht. Gegenüber Grenzwissenschaft-Aktuell.de hat der Leiter der Studien, diese und einige in den Medien bereits kursierende Missverständnisse erläutert.

Wie das Team um Prof. Dr. Martin Tajmar vom Institut für Luft- und Raumfahrttechnik im dem vorab via ResearchGate.net veröffentlichten Fachartikel berichtet, sieht man die eigenen Experimente u.a. als Fortsetzung früherer Untersuchungen, wie etwa jenen an den Eagleworks Laboratory am Johnson Space Center der NASA (…GreWi berichtete) und wolle in der Studienreihe „unterschiedliche Konzepte nicht-klassischer/revolutionärer Antriebe“ untersuchen, die von sich behaupten, bei der Schuberzeugung um ganze Größenordnungen effizienter zu sein als die bereits erwähnten Photonenantriebe, mit denen Weltraumingenieure Miniatursonden beispielsweise innerhalb von nur 20 Jahren in das uns nächstgelegene Planetensystem um Proxima Centauri senden wollen (…GreWi berichtete).

„Das Ziel unserer Forschung ist es, eine exzellente Forschungsinfrastruktur zu entwickeln, mit der neue Ideen getestet und auf Schubentwicklung – aber auch auf potentielle Fehlerquellen und Messartefakte und auf die Frage hin untersucht werden können, ob ein Konzept tatsächlich funktioniert – und wenn ja, ob es vom Labormaßstab auch auf nutzbare Maßstäbe übertragen werden kann“, erläutern Tajmar und Kollegen.

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Derzeit konzentriere man sich auf zwei potentiell revolutionäre Konzepte: Den „EmDrive“ und den „Mach-Effect-Thruster“: „Der ‚EmDrive‘ nutzt Mikrowellen in einer zylindrischen Reaktionskammer, um angeblich Schub zu erzeugen. Obwohl bislang noch nicht klar ist, auf welcher theoretischen Grundlage dieser Antrieb funktionieren kann (Anm. GreWi: …ein Grund, weshalb er von vielen konservativen Physikern als Perpetuum-Mobile bezeichnet und abgetan wird), haben verschiedene experimentelle Tests Ergebnisse erzielt, die eine weitere intensive Erforschung des Konzepts rechtfertigen. (…) Der ‚Mach-Effect-Thruster‘ soll Massenschwankungen in piezoelektrischen Kristallen erzeugen, der wiederum einen Nicht-Null-Zeit-gemittelten Schub erzeugen soll.“

Hintergrund
Beim “EmDrive” (ElectroMagnetic Drive), 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 klassisches Treibmittel zu benötigen.
Trotz der Behauptungen chinesischer Forscher, das Konzept bereits erfolgreich getestet zu haben, verbannen die meisten westlichen Wissenschaftler den “EmDrive” ins Reich der Phantasie und Pseudowissenschaft – da 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” (…GreWi berichtete).

Da der “EmDrive” ohne Treibstoff auskommt und die notwendigen Mikrowellen mittels Solarenergie 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. Andere Forscher, wie auch der Erfinder des EmDrive selbst, vermuten hinter dem auf den ersten Blick an das Konzept eines Perpetuum mobile erinnernden Antrieb einen Effekt der speziellen Relativitätstheorie (SRT).

Bislang beläuft sich der angeblich gemessene Schub noch im Bereich von Mikronewton und damit tatsächlich derart gering, dass die beteiligten Wissenschaftler alles daran setzten, auch unvorhergesehene Effekte und Phänomene als falsche Schubmessung auszuschließen. Sollte sich die Schubentwicklung sozusagen aus dem Nichts jedoch bestätigen und der EmDrive auf Raumschiffproportionen vergrößert werden können, könnte – so zeigen sich Raumfahrtvisionäre zuversichtlich – etwa die Reise zum Rand unseres Sonnensystems auf wenige Monate im Vergleich zu den derzeit noch notwendigen Jahrzehnten reduziert werden.

Im jetzt veröffentlichten Artikel beschreibt Tajmar gemeinsam mit Matthias Kößling, Marcel Weikert und Maxime Monette die ersten Ergebnisse ihrer Experimente mit verbesserten Experimentalmodellen beider Antriebe. Zugleich legten die Physiker besonderen Wert auf eine Untersuchung und Identifizierung möglicher Fehlerquellen, die ein Schubsignal erzeugen bzw. vortäuschen könnten, aber nicht von dem jeweils getesteten Antrieb selbst ausgehen.

Hierbei stellten die Dresdner Wissenschaftler fest, dass „unzureichend abgeschirmte Kabel oder sonstige Antriebskomponenten durchaus eine der Hauptfehlerquellen darstellen können, die es zu berücksichtigen gelte, will man genaue Messungen mit den verwendeten Modellen durchführen.“

Gegenüber Grenzwissenschaft-Aktuell.de (GreWi) fasst Prof. Tajmar die Ergebnisse der Tests am EmDrive wie folgt zusammen:

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„Wir haben einen EMDrive mit der gleichen Geometrie und Elektronikkomponenten gebaut wie die NASA (White et al) und auf einer sehr präzisen Schubmesswaage getestet, die genau für diesen Zweck entwickelt wurde.

Zahlreiche Aspekte sind wesentlich verbessert im Vergleich zum NASA-Setup wie geschirmte elektrische Zuleitungen auf die Waage, Schrittmotoren die das Triebwerk im Vakuum drehen können und eine wesentlich bessere Auflösung (fast 3 Größenordnungen).

Univ.-Prof. Dr. techn. Martin Tajmar
Copyright/Quelle: Christian Hüller / www.tu-dresden.de

Aber: Unsere Messungen wurden ohne Plastikteil im Inneren (dielectric disc) und bei kleinerer elektrischer Leistung (2 Watt statt 40-80 Watt) durchgeführt. Dadurch sollten thermische Störeffekte schwächer sein (z.B. Verschiebung des Massenschwerpunktes durch Ausdehnung und dadurch „falsches Schubsignal“).

Wir haben ähnliche Schübe wie die NASA gemessen (im Vergleich zur Leistung die in das System geflossen ist) – der Schub hat sich bei 180° Drehung auch umgedreht (wie bei der NASA). Aber: Wir haben auch eine Messung bei 90° gemacht – das sollte keinen Schub auf einer Torsionswaage verursachen – hat es aber (diesen Test hat die NASA nicht gemacht).

Und das wichtigste: Wir haben einen 40 db Dämpfer vor dem Kegelstumpf eingebaut um das Mikrowellensignal um den Faktor 10000 zu schwächen – und das Triebwerk hat noch immer den gleichen Schub angezeigt. D.h. der Schub kam nicht vom Kegelstumpf sondern unserer Meinung nach wahrscheinlich von einer Wechselwirkung der Kabel mit dem Erdmagnetfeld.”


Der EmDrive im Versuchsaufbau an der TU Dresden.

Copyright/Quelle: Tajmar et al.

Vor diesem Hintergrund seien Formulierungen in einigen Medienberichten nicht richtig, wenn diese (wie beispielsweise der „New Scientist“) aktuell zu den Tests in Dresden berichten, dass ein Drosseln der Energiezuvor u etwa die Hälfte, den gemessenen Schub kaum bis gar nicht beeinflusst habe (“(…) and, when the team cut the power by half, it barely affected the thrust.”)

Somit sei die in einigen Medienberichten jetzt verbreitete Schlussfolgerung, laut der der EmDrive also doch nicht funktioniere und wohl auch zukünftig Science-Fiction bleibe, zumindest absolut verfrüht, so Tajmar gegenüber GreWi: „Um unsere bisherigen Beobachtungen zu untermauern, werden wir das komplette Triebwerk magnetisch abschirmen und auch die Leistung auf ein ähnliches Level wie die NASA bringen. Zusätzlich werden wir mehrere Geometrien und Frequenzbereiche vermessen. Das wird noch ein Jahr dauern. Danach sollte feststehen, ob der EMDrive funktioniert oder nicht. Unsere Arbeit ist bis jetzt ‚work-in-progress‘.“

Bei den Tests am „Mach Effekt Thruster“ sei man derzeit sogar noch einen Schritt zurück. „Hier müssen wir erst die Schubkraft auf einen Wert erhöhen, den wir zweifelsfrei messen können. Auch hier ist noch Geduld nötig, nächstes Jahr sollen die Ergebnisse dann publiziert werden.”

Berichte darüber, dass chinesische Wissenschaftler EmDrives bereits erfolgreich mit Satelliten im All getestet haben sollen (…GreWi berichtete), hält Tajmar bislang für wenig glaubwürdig: „Wenn das pasiert wäre, gäbe es sicher schon entsprechende Infos dazu. Entsprechendes ist mir bislang aber nicht bekannt. Das Ganze erscheint mir mehr Gerücht als Fakt zu sein. Solange es keine offiziellen Berichte dazu gibt, würde ich das nicht glauben.“

WEITERE MELDUNGEN ZUM THEMA
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