Manipulera gravitationen: Science fiction eller verklighet?

Framdrivning utan drivmedel?

Sedan de allra första V2-raketerna i andra världskriget har grundkonceptet för framdrivning av raketer varit att driva ut höghastighetsgaser i motsatt riktning mot raketdestinationen.

Till denna dag är detta den nästan enda formen av framdrivning som används av raketer och rymdfarkoster för att lämna jordens gravitation och röra sig i rymden.

Det är formaliserat under raketekvationen, som enkelt uttryckt säger att ju mer massa som drivs ut och ju snabbare den drivs ut, desto mer framdrivning. Detta kallas ibland för "raketekvationens tyranni". Detta beror på att ju mer drivmedel som används, desto mer drivmedel behövs för att lyfta nämnda drivmedel.

För en typisk enstegsraket, ungefär 90 % av dess initiala uppskjutningsmassa måste vara drivmedel för att övervinna jordens gravitation och luftmotstånd. Detta lämnar bara 10 % kvar för raketens struktur, system och nyttolast.

Men tänk om det fanns ett alternativ? Under mycket lång tid har drivmedelslös framdrivning betraktats som ren fantasi av vetenskapssamfundet och science fiction-området.

Ändå visar några dissonanta röster från seriösa och duktiga vetenskapsmän förbryllande experimentella resultat och utforskar okonventionella teorier för att förklara dem.

Ett färskt exempel är presentationen av Dr John Brandenburg vid APEC Propulsion Conference den 31 augusti 2024 under titeln "Gravity Modification Experiment Beskrivning och resultat".

Kan antigravitation vara verklig

Trovärdighet

Vid första anblicken verkar begreppet antigravitation vara väldigt besynnerligt och "ovetenskapligt", mer lämpat för science fiction, konspirationsteoretiker, UFO-entusiaster och amatöruppfinnare.

Så det kommer som en överraskning när någon med profilen Dr Brandenburg kommer ut med en presentation om ämnet.

Han är fysiker specialiserad på plasma, med erfarenhet av forskning om kärnfusion, och "9 ½ år på Nuclear Weapons Labs kl. Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) och Sandia Labs i Albuquerque”, båda institutionerna kräver en seriös nivå av säkerhetsprövning.

Han är också uppfinnaren av mikrovågselektrotermisk (MET) Thruster, en avancerad form av rymdframdrivning som använder mikrovågor för att skapa ultrahet plasma.

Källa: URA Thrusters

Denna bakgrund lägger undan tanken att detta kommer från en oseriös, ovetenskaplig källa.

Gravity Electro-Magnetism – GEM

Grundläggande krafter

Det finns 4 grundläggande krafter i universum som erkänns av modern fysik, 2 som arbetar på en mycket kort, atomär nivå eller mindre, och 2 som verkar i mycket stor skala.

Källa: Researchgate

GEM är en ny teori som säger att både långdistanskrafter, elektromagnetism och gravitation, kan betraktas som endast en unik kraft som manifesterar sig på två olika sätt beroende på omständigheterna.

Detta skulle vara en fortsättning på fysikers ansträngningar att förena grundläggande krafter, särskilt efter upptäckten av sammansmältningen av elektriska och magnetiska krafter till elektromagnetism i början av 19^th århundrade och elektrosvaga interaktioner, sammansmältning av den elektromagnetiska kraften och den svaga kärnkraften, belönad med 2 Nobelpriser i 1979 och i 1999.

Slår samman gravitation och elektromagnetism

Att gå in på detaljerna i matematiken för GEM skulle vara utanför ramen för denna artikel. Sammantaget är tanken att huvudekvationerna för elektromagnetism och gravitation är väldigt lika.

Detta är något som Einstein redan noterat, eftersom båda krafterna verkar enligt inversen av avståndets radie: 1/r2.

Källa: Herr Naga Fysik

Så, även om det är definitivt roman, är detta inte en helt besynnerlig idé i sig.

Detta är något Dr Brandenburg har arbetat med under lång tid, med publikationer om denna teori som går tillbaka mer än ett decennium:

• "Problemet med svaga och starka kärnkrafter och förutsägelse av Higgs-Boson-massan med hjälp av GEM (Gravity Electro-Magnetism) Unification Theory" STAIF II, Albuquerque, NM februari (2012).
• "En härledning av Newtongravitationskonstanten och protonmassan från GEM Unification Theory of Baryon-Genesis." Journal of Cosmology volym 17, 2011.
• "Värdet av gravitationskonstanten och dess relation till kosmisk elektrodynamik," IEEE Transactions On Plasma Science, Plasma Cosmology Issue Vol. 35, nr 4. s. 845.

Varför är det kontroversiellt?

Problemet med ett sådant tillvägagångssätt är att det upphäver en hel del av gravitationens grunder som det är allmänt uppfattat idag.

För det första skulle det göra att "G"-konstanten inte alls är en konstant.

För det andra skulle det innebära att negativ gravitation, eller antigravitation är möjlig. Detta skulle helt förändra hela fysiken, inklusive nuvarande kvantfysik som kategoriskt förkastar idén om negativ gravitation.

Sådana idéer möts i allmänhet med hån eller ren utfrysning av det bredare forskarsamhället (t.ex. den franske plasmaforskaren Jean-Pierre PetitÄr kosmologisk teori "Janus", utvecklad med hjälp av negativ gravitation och förkastande begreppet mörk materia eller energi, huvudsakligen svartlistad).

Så, med extraordinära påståenden som vänder fysik, som vi vet, krävs seriösa bevis.

Antigravitation uppmätt?

I sin presentation visade Dr. Brandenburg ett experiment som han utförde med enkla anordningar, som en heliumballong, en leksaksmotorarmatur och tunn tråd och rep.

Källa: Researchgate

Källa: Researchgate

Han hävdade att utrustningen mätte en viktminskning på 150 mg när strömmen applicerades, med viktminskningen längre med en 8-sekunders magnetisk puls än en 6-sekunders lång.

Källa: Researchgate

Annan forskning

Brandenburg påpekar också andra oroande experimentella resultat av brasilianska forskare Elio B. Porcelli och Victo dos Santos Filho, som rapporterade viktminskning kan induceras av en laser, vilket förklarar av elektromagnetisk effekt inducerad av lasern.

Detta kan också kopplas till ett annat förklarat fenomen, med potentialen att skapa eelektrostatik thrusters beskrivna av NASA:s främsta expert på elektrostatik, Dr Charles Buhler.

Buhlers enheter som testades 2016 producerade mindre än en hundra tusendels gravitation. Enheten som de visade i 2020-tidningen och efterföljande patent visade resultat upp till 1 jordgravitation (mängden energi som behövs för att övervinna gravitationen på ett föremål).

Det skulle också kunna ses med avseende på det föreslagna "varpdrev" och andra Snabbare än ljus (FTL) teoretiska framdrivningssystem.

Sammantaget är Dr Brandenburgs resultat fortfarande från ett obekräftat experiment, men ett som borde vara både extremt billigt och enkelt att replikera.

Så vi kan hoppas att fler forskare tar sig tid att kontrollera det och åtminstone bekräftar den förbryllande förlusten på 150 mg som observerats av Dr Brandenburg.

Kan moderna vetenskaper vara så blinda?

Detta ser lite för bra ut för att vara sant, och detta enda faktum förklarar förmodligen den allmänna skepsisen kring denna idé.

Detta skulle dock inte vara första gången vetenskaplig konsensus är felaktig. Naturligtvis finns det det berömda historiska exemplet på Galileo, som inser platsen för jorden som kretsar runt solen, mot sin tids intellektuella konsensus.

Men den moderna vetenskapliga eran har också ofta ignorerat obekväma sanningar eller onormala experimentella resultat:

• Albert Michelson—en berömd vetenskapsman vid den tiden, som nyligen har motbevisat existensen av "eter" och Nobelpristagare 1907 - sa 1894 att "de stora principerna hade redan upptäckts, och att fysiken hädanefter skulle begränsas till att hitta sanningar på sjätte decimalen".
  • Detta var inte långt innan upptäckten av relativitetsteori och kvantfysik.
• Lord Kelvin, en av 19-talets mest framstående vetenskapsmän, sa om flygteknikens framtid: "Varken ballongen, flygplanet eller glidmaskinen kommer att bli en praktisk framgång"
  • Detta var bara tre år före bröderna Wrights första flygning.
• Under tiden, Einstein var avvisande mot kvantfysik: "Gud spelar outtröttligt tärning enligt lagar som han själv har föreskrivit."

Så kanske om några decennier kommer förkastandet av antigravitation, negativa masspartiklar och GEM-teori att anses vara lika kortsiktigt.

Andra exotiska framdrivningssystem

Medan vi nu har en strimma av hopp om antigravitationsframdrivning, något som omedelbart skulle öppna stjärnorna för kolonisering, har några andra exotiska framdrivningssystem baserade på känd fysik diskuterats under åren.

Orionprojektet

Orion-projektet var ett koncept från slutet av 1950-talet baserat på nukleär pulsframdrivning.

Bakom detta namn ligger den ganska överraskande idén att använda kärnvapenexplosion (från A-bomber) för att driva en rymdfarkost till så höga hastigheter att till och med potentiellt tillåta interstellär resa.

Källa: NASA

Genom att använda en betydande andel av den energi som frigörs av en kärnvapenexplosion skulle detta ha varit det mest bränsleeffektiva framdrivningssystemet som någonsin skapats.

I slutändan skulle projektet överges, till stor del pga det kalla krigets era 1963 Partiell Test Ban Treaty, som förbjöd kärnvapenexplosioner i rymden.

Nukleär termisk framdrivning

Ett kanske mindre spektakulärt sätt att utnyttja kärnkraften för framdrivning är kärnkraftsdrivning.

Tanken är att istället för att använda kemiska reaktioner för att driva fram en rymdfarkost i tomrummet, kan kärnkraft användas för att förvandla en gas till plasma och driva den i hög hastighet.

Som raketekvationen föreskriver, ju snabbare utvisningen är, desto mer dragkraft och bränsleeffektivitet ger framdrivningssystemet.

Med månen och Mars snart i sikte, NASA ser över detta koncept igen. Det tilldelades nyligen 5 miljoner dollar till BWX Technologies, General Atomics och Ultra Safe Nuclear Technologies för ett koncept av kärnreaktorer som kan utföra denna roll.

Liknande men icke-nukleära system använda elektricitet för att driva joner i hög hastighet, eller Hall-effekt thrusters, testas också av NASA.

Laser & solsegel

Ett annat sätt att driva fram rymdfarkoster utan drivmedel skulle vara att använda ljusets tryck istället.

Sådana solsegel har redan testats och arbeta för att leverera små rymdfarkoster till de djupa delarna av solsystemet.

Ett steg längre i det konceptet skulle vara ett nätverk av kraftfulla lasrar i rymden eller omloppsbana, som driver rymdfarkoster med lasrarnas ljus. Detta skulle ha fördelen att det inte krävs något drivmedel ombord på rymdfarkosten och ge en liten men kontinuerlig acceleration under hela färden.

I slutändan skulle ett sådant nätverk av laserdrivna fasta propellrar som driver solsegel sannolikt drivas av insamlad solenergi, från stora samlingar av rymdbaserade solpaneler.

Sådan infrastruktur skulle inte bara kunna påskynda rymdutforskningen utan också ge obegränsad energi till jorden, som vi diskuterade i "Rymdbaserade energilösningar för oändlig ren energi".

Pulsfusion

En mer spekulativ framdrivningsmetod som är under utveckling skulle vara att driva en rymdfarkost med hjälp av kärnfusion (inte fission, som i traditionella kärnkraftverk).

Energipositiv kärnfusion har hittills varit svårfångad, även om den gjort betydande framsteg under de senaste åren, som vi diskuterade i "Nuclear Fusion – Den ultimata lösningen för ren energi på horisonten".

En nyckelgräns i fusionsreaktioner för kraftgenerering är att de är svåra att upprätthålla, så de ger positiv energiåterbäring.

Alternativt behöver ett fusionsframdrivningssystem inte vara positiv energi; det måste bara vara mer effektivt än alternativen för att generera dragkraft.

Så energitillförseln kan tillföras av solenergi eller traditionell kärnkraft, och även en negativ avkastning på energi kan fortfarande vara bättre än alternativet.

En sådan fusionsdrift som utnyttjar en kort puls av kärnfusion är vad startupen Helicity Space arbetar med.

"Helicitys arbete kan möjliggöra mänsklighetens omfattande tillgång till hela solsystemet och kan till och med möjliggöra uppdrag till de närmaste stjärnorna."

General Pete Worden, PhD, tidigare chef för NASA Ames Research Center

Källa: Helicitet

Investera i rymden

Rymd är en mycket etablerad industri som upplever en återfödelse och explosiv tillväxt på baksidan av återanvändbara raketer. Vi diskuterade hur detta kommer att skapa hela möjligheter i vår artikel "Återanvändbara raketer för att skapa flera nya marknader genom att drastiskt sänka kostnaderna".

Den nuvarande rymdmarknaden är 443 miljarder dollar. Även när man ignorerar mer spekulativa (men potentiellt mycket lukrativa) idéer som brytning av asteroider, kan bara rymdturism och hypersonisk flygning ge ytterligare 350 miljarder dollar i intäkter, till vilket kan läggas en prognos för satellitbaserat internet värt 17 miljarder dollar, såväl som militära tillämpningar och subventionerade månbaser, vetenskapliga projekt, etc.

Du kan investera i rymdrelaterade företag genom många mäklare, och du kan på denna webbplats hitta våra rekommendationer för de bästa mäklarna inom USA, Kanada, Australien, Storbritannien, liksom många andra länder.

Om du inte är intresserad av att välja specifika rymdrelaterade företag kan du också titta på ETF:er listade i vår artikel "5 bästa flyg-ETF:er att investera i” som inkluderar ARK Space Exploration & Innovation ETF (ARKX) or VanEck Space Innovators UCITS ETF (JEDI) att dra nytta av tillväxten inom rymdsektorn som helhet.

Du kan läsa mer om rymdutforskningen i "Framtidens rymdbaserade ekonomi","Rymdinfrastruktur – Bygga trappor till himlen"Och"Rymdbaserade energilösningar för oändlig ren energi".

Innovativt framdrivningsföretag

Lockheed Martin Corporation

Ett anmärkningsvärt undantag från privatnoterade startups som dominerar kärnfusion är det börsnoterade företaget Lockheed Martin Corporation, en jätte inom försvarsindustrin.

Lockheed har arbetat sedan början av 2010-talet Compact Fusion, en kärnfusionsreaktor som förväntas vara klar till 2020-talet. Sedan dess har det dock meddelats att arbetet med projektet stoppades 2021.

Företaget har varit mycket diskret om detta projekt efter ett första mycket offentligt tillkännagivande. Än i dag är det oklart vad som kunde ha fått företaget att överge idén.

Samtidigt verkar det som om det inte helt övergav konceptet, särskilt med investeringar 2024 i Helicity, en startup som utvecklar en fusionsmotor. Som förklarats tidigare skulle tanken vara att driva fram rymdfarkoster med korta fusionsskurar. Helicity planerar att använda en plasmapistol för att uppnå det.

Källa: Helicitet

Potentiellt har Lockheeds egna interna resultat visat att deras design inte skulle kunna upprätthålla fusion på ett sätt som är förenligt med energiproduktion.

Men kanske räcker det samtidigt med korta skurar för behovet av framdrivning i rymden och mycket närmare att bli en verklig produkt. Det skulle också passa bättre med företagets övergripande flyg- och försvarsfokuserade profil än kraftproduktion.

Lockheed är också djupt involverad i andra aspekter av rymdutforskning och industri, med över företagets historia 8 planeter som besökts av Lockheed Martin rymdfarkoster och 300+ uppdragsnyttolaster byggda för kunder.

Speciellt arbetar dess rymddivision för närvarande med:

• Ocuco-landskapet Orion rymdskepp (inte att missförstå som det gamla Orion-projektet tidigare nämnt), utformat för att föra tillbaka astronauter till månen, och senare kanske i rymdprojekt
• Ocuco-landskapet GOES-R-serien, en serie nästa generations vädersatelliter.
• Modernisering av GPS-konstellationen.
• Ocuco-landskapet Next Generation Interceptor (NGI) missilförsvar.
• Fortfarande under utveckling hypersoniska missiler.

Förutom rymden ligger Lockheed bakom några av de mest kraftfulla (och dyra) vapenprogrammen i USA, som F-35. Det smygplan som utvecklats tillsammans med Northrop Grumman och BAE Systems drabbades av en orolig utveckling men är nu "felsökt" och byggs i stora mängder, med efterfrågan som överträffar produktionen.

Medan det är aktivt inom alla militära grenar, är företaget mestadels aktivt inom avancerad teknik och flyg, med flygteknik som representerar 6.2 miljarder dollar i intäkter under första kvartalet 1, missiler och brandkontroll 2023 miljarder dollar (inklusive HIMARS, nu känd i Ukraina), roterande (helikoptrar) $3.5 miljarder, och utrymme $2.9 miljarder, för en total försäljning på $15.1 miljarder total försäljning.

Lockheed är också aktiv i cyberförsvar och marina system (AEGIS antiluftsystem och långdistansmissiler mot fartyg).