Rumfart

Manipulering af tyngdekraft: Science Fiction eller virkelighed?

mm
Udgivet den
Opdateret den
Føj Securities.io til dine foretrukne kilder på Google
Oplysning: Securities.io kan modtage betaling, når du bruger links til produkter, vi anmelder. Det påvirker ikke vores redaktionelle vurderinger. Vi er ikke registreret investeringsrådgiver; dette er ikke investeringsrådgivning. Læs vores affiliateoplysning.

Fremdrift uden medbragt drivmiddel?

Raketter skaber fremdrift ved at udstøde materiale med høj hastighed i den modsatte retning. Princippet er langt ældre end V2-raketterne fra Anden Verdenskrig.

Kemiske raketter dominerer opsendelser fra Jorden. I rummet anvendes også elektriske motorer, der udstøder ioner, og solsejl, som udnytter lysets impuls uden medbragt drivmiddel.

Den ideelle raketligning forbinder hastighedsændringen med udstødningshastigheden og forholdet mellem start- og slutmassen. Den øjeblikkelige trykkraft afhænger blandt andet af massestrømmen og udstødningshastigheden. Mere drivmiddel øger også den masse, der skal accelereres, hvilket ofte kaldes raketligningens tyranni.

For mange raketter kan drivmidlet udgøre omkring 90 % af startmassen. Resten er struktur, systemer og nyttelast. Det er ikke et universelt krav til alle enkelttrinsraketter; forholdet afhænger af konstruktion, trin og mission.

Fremdrift uden medbragt drivmiddel er ikke altid science fiction: solsejl udveksler impuls med lys. Derimod ville nettotrykkraft fra et lukket system uden udveksling af impuls med omgivelserne være en helt anden og langt mere usædvanlig påstand.

Nogle forskere undersøger sådanne påstande. Uventede målinger kræver uafhængig gentagelse og omhyggelig kontrol af elektriske, magnetiske, termiske og mekaniske fejlkilder.

Et eksempel er Dr. John Brandenburg og hans præsentation på APEC-fremdriftskonferencen den 31. august 2024 med titlen »Beskrivelse og resultater af et eksperiment om ændring af tyngdekraften«.

Påstande om antityngdekraft

Baggrund og dokumentation

Antityngdekraft er et velkendt tema i science fiction. Påstande om et virkeligt apparat skal vurderes ud fra målinger og uafhængig reproduktion, ikke ud fra hvor tiltalende eller usædvanlig idéen virker.

Dr. Brandenburgs videnskabelige baggrund gør ikke i sig selv hans fortolkning af et forsøg korrekt.

Han arbejder med plasmafysik og har beskrevet erfaring med fusionsforskning og arbejde ved Lawrence Livermore National Laboratory og Sandia National Laboratories. Tilknytning til sådanne institutioner er ikke deres godkendelse af en individuel påstand om antityngdekraft.

Han har også arbejdet med mikrobølge-elektrotermiske motorer (MET), som opvarmer et drivmiddel med mikrobølger og skaber almindelig reaktionskraft ved udstødning.

Relevant erfaring er nyttig, men det afgørende er forsøgets kvalitet og den uafhængige efterprøvning.

Forslaget Gravity Electro-Magnetism (GEM)

Fundamentale kræfter

Moderne fysik beskriver fire fundamentale vekselvirkninger: tyngdekraft, elektromagnetisme samt den stærke og den svage vekselvirkning. Deres rækkevidde og egenskaber er forskellige.

Brandenburgs GEM er et forslag om at forene tyngdekraft og elektromagnetisme. Det er ikke en etableret, eksperimentelt bekræftet teori. Det skal også skelnes fra den gravitoelektromagnetiske analogi, der kan anvendes i bestemte tilnærmelser til den generelle relativitetsteori.

Forsøg på at forene de fundamentale vekselvirkninger har en lang historie, herunder foreningen af elektricitet og magnetisme i det 19. århundrede og den elektrosvage teori, som forbinder elektromagnetismen med den svage vekselvirkning. Beslægtede arbejder blev belønnet med Nobelpriser i 1979 og i 1999.

At forbinde tyngdekraft og elektromagnetisme

En detaljeret gennemgang af matematikken ligger uden for denne artikel. Under bestemte betingelser kan ligninger for tyngdekraft og elektromagnetisme have matematiske ligheder. Det beviser ikke, at der er tale om samme vekselvirkning.

Newtons gravitationslov og Coulombs lov for statiske punktladninger indeholder begge en afstandsafhængighed på 1/r². Det er den omvendte afstand i anden potens, ikke blot den omvendte afstand. En sådan lighed var kendt før Einstein.

Der findes videnskabelig forskning i forening af fundamentale kræfter, men hver konkret model skal vurderes efter sine forudsigelser og resultater.

Brandenburg har fremlagt beslægtede idéer gennem en årrække, blandt andet i følgende publikationer. At et arbejde er udgivet, er ikke i sig selv eksperimentel bekræftelse:

  • “The Problem of Weak and Strong Nuclear Forces and Prediction of the Higgs-Boson Mass using the GEM (Gravity Electro-Magnetism) Unification Theory” STAIF II, Albuquerque, NM February (2012).
  • “A Derivation of the Newton Gravitation Constant and the Proton Mass From the GEM Unification Theory of Baryon-Genesis.” Journal of Cosmology Volume 17, 2011.
  • “The Value of the Gravitation Constant and its Relation to Cosmic Electrodynamics,” IEEE Transactions On Plasma Science, Plasma Cosmology Issue Vol. 35, No. 4. p845.

Hvorfor er påstandene omstridte?

En model, som ændrer den etablerede beskrivelse af tyngdekraften, skal både forklare nye resultater og være forenelig med de observationer, eksisterende teorier allerede beskriver godt.

Hvis modellen indebærer, at gravitationskonstanten G varierer, skal den variation defineres og testes. Det følger ikke alene af ligheder mellem ligninger, at G ikke er konstant.

Frastødende gravitation eller negativ masse ville kræve præcise definitioner og stærk dokumentation. Det er misvisende at sige, at al kvantefysik kategorisk forbyder enhver tænkelig form for frastødende gravitation.

Andre alternative modeller omfatter den franske plasmafysiker Jean-Pierre Petits Janus-kosmologi, der undersøger en anderledes gravitationsbeskrivelse uden den sædvanlige fortolkning af mørkt stof og mørk energi. Uenighed om en model dokumenterer ikke, at den er blevet forbudt, eller at dens påstande er rigtige.

Usædvanlige påstande kræver robuste beviser, som kan efterprøves uafhængigt.

En målt vægtændring?

I præsentationen beskrev Brandenburg et forsøg med blandt andet en heliumballon, en lille motoranker-konstruktion samt tynde ledninger og snor.

Han rapporterede en ændring i vægtmålingen svarende til omkring 150 mg, når der blev tilført strøm, og en længerevarende ændring ved en magnetisk impuls på otte sekunder end ved seks sekunder. Det er en påstået måleeffekt, ikke i sig selv bevis for ændret tyngdekraft. Milligram er en masseenhed; en kraft skal angives i for eksempel newton.

Anden forskning

Brandenburg henviste også til forsøg af de brasilianske forskere Elio B. Porcelli og Victo dos Santos Filho, som rapporterede vægtændringer ved laserbestråling og foreslog en elektromagnetisk forklaring. Sådanne rapporter skal vurderes med samme krav til kontrolforsøg og uafhængig reproduktion.

Han satte desuden idéen i forbindelse med påstande om elektrostatiske fremdriftsapparater fra elektrostatikforskeren Dr. Charles Buhler. Hans arbejde ved NASA er ikke ensbetydende med, at NASA har bekræftet apparaternes påståede fremdrift.

Rapporter om disse apparater sammenlignede en påstået kraft med apparatets vægt, fra meget små brøkdele til omkring én g. g er en acceleration, ikke den energi, der skal bruges til at overvinde tyngdekraften. Påstandene udgør ikke i sig selv dokumentation for reaktionsløs fremdrift.

Diskussionen sammenlignes undertiden med teoretiske warp-drev og fremdrift hurtigere end lyset (FTL). Matematiske modeller er ikke det samme som fysisk realiserbare motorer.

Brandenburgs resultat var et ubekræftet forsøg. En tilsyneladende enkel opstilling kan være billig at gentage, men præcise målinger af små kræfter kræver omfattende kontrol af fejlkilder.

En uafhængig gentagelse kunne afklare, om måleeffekten kan reproduceres, og i så fald om den skyldes en kendt fysisk mekanisme eller noget nyt.

Kan videnskabelig konsensus tage fejl?

Skepsis er rimelig, når en fortolkning udfordrer veletablerede bevaringslove og ikke er uafhængigt bekræftet.

Videnskabens historie rummer store ændringer i forståelsen, blandt andet udviklingen af det heliocentriske verdensbillede, som Galileo forsvarede. Historiske fejltagelser beviser dog ikke, at en bestemt nutidig påstand er korrekt.

Også fremtrædende forskere har fremsat vurderinger, der senere viste sig at være for snævre:

  • Albert Michelson omtales ofte i forbindelse med en bemærkning fra 1894 om, at de store principper allerede var opdaget, og at fremtidens arbejde i høj grad ville handle om stadig mere præcise målinger. Michelson modtog Nobelprisen i 1907. Michelson-Morley-forsøget fandt ikke den forventede ætervind, men historien kan ikke reduceres til én forskers endelige afvisning af alle ætermodeller.
    • Relativitetsteorien og kvanteteorien udviklede sig kort efter og ændrede forståelsen af fysikken.
  • Lord Kelvin, en fremtrædende fysiker i det 19. århundrede, udtrykte skepsis om luftfartens muligheder: »Hverken ballonen, flyvemaskinen eller svæveflyet vil blive en praktisk succes«. Citatets historiske sammenhæng skal holdes adskilt fra en vurdering af nutidige eksperimenter.
    • Brødrene Wrights første motorflyvning i 1903 viste, at praktisk flyvning med tungere-end-luft-fartøjer var mulig.
  • Tilsvarende kritiserede Einstein den probabilistiske fortolkning af kvantemekanikken. Han var selv med til at grundlægge kvantefysikken; det er forkert at fremstille ham som modstander af hele området.

Disse eksempler kan minde os om at undersøge nye idéer åbent. De er ikke evidens for antityngdekraft, negativ masse eller Brandenburgs GEM-forslag.

Andre eksotiske fremdriftssystemer

Andre fremdriftsidéer bygger på kendt fysik, selv om den praktiske gennemførelse kan være vanskelig. Ingen af de beskrevne antityngdekraftsforsøg har i sig selv åbnet for rejser til stjernerne.

Orion-projektet

Orion-projektet var et koncept fra slutningen af 1950’erne om fremdrift ved gentagne kerneeksplosioner.

Idéen var at overføre impuls fra eksplosioner bag et rumfartøj til en kraftig støddæmpet plade. Koncepter med meget høje hastigheder blev undersøgt, herunder langsigtede muligheder for interstellare missioner.

Kilde: NASA

Kerneenergiens høje energitæthed kunne give langt større udstødningshastigheder end kemisk fremdrift. Orion blev dog ikke bygget som et operationelt rumfartøj, så det kan ikke kaldes det mest effektive fremdriftssystem, der faktisk er fremstillet.

Projektet blev opgivet. En væsentlig begrænsning var den delvise prøvestopaftale fra 1963, som forbød kerneeksplosioner blandt andet i det ydre rum.

Nuklear termisk fremdrift

En anden anvendelse af kerneenergi er nuklear termisk fremdrift.

Her opvarmer en reaktor et drivmiddel, typisk brint, som udstødes gennem en dyse. Det behøver ikke at blive til plasma. Reaktoren erstatter den kemiske energikilde, men systemet skal stadig medbringe drivmiddel.

En højere udstødningshastighed kan give en større hastighedsændring for et givet masseforhold. Trykkraft, virkningsgrad og systemmasse skal imidlertid vurderes hver for sig.

NASA har undersøgt konceptet til fremtidige missioner mod Månen og Mars. I 2021 blev der indgået tre konceptkontrakter på omkring 5 millioner dollars hver med hold ledet af BWX Technologies (BWXT ), General Atomics og Ultra Safe Nuclear Technologies om reaktorer til sådan fremdrift. Det var ikke en ny samlet bevilling på kun 5 millioner dollars i 2024.

Elektriske motorer, herunder ion- og Hall-motorer, som accelererer medbragt drivmiddel ved hjælp af elektriske felter, er allerede blevet anvendt på rummissioner. De er ikke kun laboratoriekoncepter og virker ikke uden reaktionsmasse.

Laser‑ og solsejl

Lys kan også overføre impuls. Et sejl kan udnytte sollys eller en ekstern laserstråle uden at medbringe det materiale, som ellers ville blive udstødt.

Solsejl er allerede blevet afprøvet i rummet. Accelerationen er lille, men kan virke over lang tid; den faktiske rækkevidde og mission afhænger af sejl, bane og belysning.

Et mere ambitiøst forslag er kraftige lasere på Jorden eller i rummet, som driver sejl. Fartøjet slipper for medbragt drivmiddel, men den eksterne energikilde, strålens spredning og styringen er store tekniske udfordringer.

Rumplacerede lasere kunne i princippet forsynes fra store solcelleanlæg. Der findes endnu ikke et sådant netværk, der rutinemæssigt driver interplanetariske fartøjer.

Rumenergi kan også undersøges til forsyning af Jorden, men er ikke en ubegrænset energikilde uden omkostninger eller tab. Vi diskuterer perspektiverne i »Rumbaserede energiløsninger til omfattende ren energiforsyning«.

Pulseret fusion

En mere eksperimentel fremdriftsidé anvender kernefusion frem for den fission, traditionelle atomkraftværker bygger på.

Fusionsforskningen har gjort fremskridt, men et energiproducerende kommercielt anlæg er noget andet end en kort laboratoriereaktion med energigevinst i selve brændstoffet. Det uddyber vi i »Kernefusion — en fremtidig løsning til ren energi?«.

En væsentlig udfordring er at skabe tilstrækkelige fusionsreaktioner, samtidig med at hele anlæggets energiforbrug, tab og drift tages med.

Et fremdriftssystem skal først og fremmest levere den nødvendige impuls og hastighedsændring med en brugbar masse og energiforsyning. Det behøver ikke eksportere elektricitet til et elnet, men energibalancen kan ikke ignoreres.

Solenergi eller en fissionsreaktor kunne indgå i energiforsyningen til eksperimentelle koncepter. Et nettotab af energi er ikke automatisk acceptabelt: den samlede ydelse skal sammenlignes med alternativerne.

Helicity Space arbejder med et koncept baseret på korte fusionspulser. Der er tale om udvikling, ikke en færdig eller flyveafprøvet fusionsmotor.

»Helicitys arbejde kunne give menneskeheden omfattende adgang til hele solsystemet og måske endda muliggøre missioner til de nærmeste stjerner.«

Pete Worden, ph.d., tidligere direktør for NASA Ames Research Center. Udsagnet beskriver en mulighed, ikke en dokumenteret ydelse.

Kilde: Helicity

Investering i rummet

Rumindustrien er veletableret, og genanvendelige raketter kan åbne nye markeder ved at sænke nogle opsendelsesomkostninger. Vi undersøger mulighederne i »Genanvendelige raketter kan skabe nye markeder ved at sænke omkostningerne«.

Originaltekstens markedsestimat på 443 milliarder dollars er et historisk branchetal, ikke et aktuelt verificeret mål for hele rumøkonomien. Tilsvarende er et muligt ekstra marked på 350 milliarder dollars fra rumturisme og hypersonisk transport et scenarie, ikke allerede realiserede indtægter. Det samme gælder en prognose på 17 milliarder dollars for satellitbaseret internet. Militære anvendelser, offentlige missioner og forskningsprojekter har andre finansierings- og efterspørgselsforhold.

Rumrelaterede aktier kan købes gennem forskellige mæglere. På securities.io findes sammenligninger for USA, Canada, Australien, Storbritannien, samt mange andre lande.

For eksponering mod flere virksomheder kan man også undersøge fondene i »Fem ETF’er inden for luft- og rumfart«, herunder ARK Space Exploration & Innovation ETF (ARKX) eller VanEck Space Innovators UCITS ETF (JEDI). Diversifikation fjerner ikke risikoen for tab.

Læs mere i »Fremtidens rumbaserede økonomi«, »Ruminfrastruktur — veje ud i rummet« og »Rumbaserede energiløsninger til omfattende ren energiforsyning«.

En virksomhed med fremdriftsrelateret forskning

LMT Prisdiagram

Blandt de børsnoterede forsvars- og rumvirksomheder med interesser i fusion er Lockheed Martin Corporation (LMT ). Det er en stor industrivirksomhed, ikke en rendyrket investering i antityngdekraft eller fusionsmotorer.

Lockheed arbejdede fra begyndelsen af 2010’erne med et kompakt fusionsreaktorkoncept. Tidlige ambitioner om en reaktor i 2020’erne blev ikke til en demonstreret kommerciel løsning. Senere omtale angav, at projektarbejdet var stoppet i 2021.

Offentlig information om det interne projekt er begrænset. Det er ikke muligt alene herfra at fastslå den tekniske eller forretningsmæssige årsag til en standsning.

Lockheed Martin Ventures fortsatte dog med fusionrelaterede investeringer, blandt andet en investering i Helicity Space i 2024. Helicity udvikler pulseret plasmafremdrift med fusion som mål; det er et andet projekt end Lockheeds tidligere kompakte kraftreaktor.

Kilde: Helicity

Der foreligger ikke her dokumentation for, at Lockheeds interne resultater viste en bestemt fejl i reaktordesignet. Den forklaring bør derfor ikke præsenteres som en konstatering.

Fremdrift og elproduktion stiller forskellige krav, men det beviser ikke, at en praktisk fusionsmotor er tæt på markedet. Begge dele kræver omfattende teknisk udvikling.

Lockheed har også en lang historie inden for satellitter og planetsonder. Virksomhedens henvisninger til missioner ved otte planeter og over 300 nyttelaster er historiske erfaringstal, ikke dokumentation for fusionsfremdrift.

Blandt virksomhedens rum- og forsvarsprogrammer er:

Lockheed er også hovedleverandør på F-35 sammen med blandt andre Northrop Grumman (NOC ) og BAE Systems (BSP.DE ). Flyet har gennemgået omfattende udvikling, men det er misvisende at kalde alle tekniske problemer løst. Produktion, opgraderinger og efterspørgsel må vurderes hver for sig, herunder forholdet mellem efterspørgsel og produktionskapacitet.

I første kvartal 2023 havde Aeronautics omkring 6,2 milliarder dollars i salg, Missiles and Fire Control omkring 2,3 milliarder, herunder HIMARS, Rotary and Mission Systems omkring 3,5 milliarder og Space omkring 2,9 milliarder. De samlede kvartalssalg var cirka 15,1 milliarder dollars. Det er historiske tal, og Rotary and Mission Systems omfatter mere end helikoptere.

Lockheed arbejder desuden med cyberforsvar og flådesystemer, herunder AEGIS-luft- og missilforsvar og langtrækkende sømålsmissiler.

mm

Jonathan er en tidligere biokemisk forsker, der arbejdede med genetisk analyse og kliniske forsøg. Han er nu aktieanalytiker og finansskribent med fokus på innovation, markedscyklusser og geopolitik i sin publikation 'The Eurasian Century'.