Manipulera gravitation: science fiction eller verklighet?

Drivkraft utan bränsle?

Sedan de allra första V2-roparna under andra världskriget har grundkonceptet för raketdrift varit att skjuta ut högfartsgaser i motsatt riktning mot raketens destination.

Än idag är detta nästan den enda formen av drivning som används av raketer och rymdfarkoster för att lämna jordens gravitation och röra sig i rymden.

Det formaliseras i raketekvationen, som i enkla termer säger att ju mer massa som skjuts ut och ju snabbare den skjuts ut, desto mer drivkraft. Detta kallas ibland för ”raketekvationens tyranni”. Det beror på att ju mer bränsle som används, desto mer bränsle behövs för att lyfta det nämnda bränslet.

För en typisk enkelskiktsraket, ungefär 90 % av dess initiala startmassa måste vara bränsle för att övervinna jordens gravitation och atmosfäriska motstånd. Det lämnar bara 10 % för raketens struktur, system och nyttolast.

Men vad om det fanns ett alternativ? Under en mycket lång tid har bränslefri drivning betraktats som ren fantasi av den vetenskapliga gemenskapen och som en del av science fiction.

Ändå visar några avvikande röster från seriösa och framstående forskare förvirrande experimentresultat och utforskar okonventionella teorier för att förklara dem.

Ett nyligt exempel är presentationen given av Dr. John Brandenburg vid APEC Propulsion Conference den 31 augusti 2024 under titeln “Beskrivning och resultat av gravitationsmodifieringsexperiment”.

Kan antigravitation vara verklig

Trovärdighet

Vid första anblicken verkar konceptet antigravitation mycket avlägset och ”ovetenskapligt”, mer lämpat för science fiction, konspirationsteoretiker, UFO-entusiaster och amatöruppfinnare.

Så det blir en överraskning när någon med Dr Brandenburgs profil kommer med en presentation om ämnet.

Han är en fysiker specialiserad på plasma, med erfarenhet av forskning om kärnfusion, och “9 ½ år på kärnvapenlaboratorier vid Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) och Sandia Labs i Albuquerque”, båda institutioner som kräver en hög säkerhetsklassning.

Han är också uppfinnaren av microwave-electrothermal (MET) Thruster, en avancerad form av rymddrift som använder mikrovågor för att skapa ultra‑het plasma.

Källa: URA Thrusters

Denna bakgrund undanröjer idén att detta kommer från en oseriös, ovetenskaplig källa.

Gravitationselektromagnetism – GEM

Fundamentala krafter

Det finns fyra fundamentala krafter i universum som erkänns av modern fysik, två som verkar på mycket kort, atomär nivå eller mindre, och två som verkar på mycket stor skala.

Källa: ResearchGate

GEM är en ny teori som hävdar att båda långdistanskrafterna, elektromagnetism och gravitation, kan betraktas som en enda unik kraft som manifesteras på två olika sätt beroende på omständigheterna.

Detta skulle vara en fortsättning på fysikernas ansträngningar att förena fundamentala krafter, särskilt efter upptäckten av sammanfogningen av elektriska och magnetiska krafter till elektromagnetism i början av 19^th århundradet och elektrosvaga interaktioner, som förenar den elektromagnetiska kraften och den svaga kärnkraften, belönade med 2 Nobelpriser 1979 och 1999.

Sammanfogning av gravitation och elektromagnetism

Att gå in på detaljerna i GEM:s matematik skulle ligga utanför artikelns omfattning. I stort sett är idén att huvudekvationerna för elektromagnetism och gravitation är mycket lika.

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

Källa: Mr. Naga Physics

Så, även om det definitivt är nytt, är detta inte en helt otrolig idé i sig.

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

• “Problemet med svaga och starka kärnkrafter och förutsägelse av Higgs‑bosonmassan med hjälp av GEM (Gravity Electro‑Magnetism) Unifieringsteori” STAIF II, Albuquerque, NM February (2012).
• “En härledning av Newtons gravitationskonstant och protonmassan från GEM:s unifieringsteori för baryongenerering.” Journal of Cosmology Volume 17, 2011.
• “Värdet på gravitationskonstanten och dess relation till kosmisk elektrodynamik,” IEEE Transactions On Plasma Science, Plasma Cosmology Issue Vol. 35, No. 4. p845.

Varför är det kontroversiellt?

Problemet med ett sådant tillvägagångssätt är att det vänder upp och ner på flera grundläggande principer för gravitation som den allmänt förstås idag.

För det första skulle det göra ”G”-konstanten till en icke‑konstant.

För det andra skulle det innebära att negativ gravitation, eller antigravitation, är möjlig. Detta skulle fullständigt förändra all fysik, inklusive den nuvarande kvantfysiken som kategoriskt avvisar idén om negativ gravitation.

Sådana idéer möts generellt med förlöjligande eller outright ostracism av den bredare vetenskapliga gemenskapen (till exempel, den franske plasmavetenskapsmannen Jean‑Pierre Petit’s kosmologiska teorin “Janus”, utvecklad med negativ gravitation och som förkastar begreppet mörk materia eller energi, i princip svartlistad).

Så, med extraordinära påståenden som vänder upp och ner på fysiken, som vi vet, krävs bevis av allvarlig karaktär.

Antigravitation uppmätt?

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

Källa: ResearchGate

Källa: ResearchGate

Han påstod att anordningen mätte en viktminskning på 150 mg när strömmen applicerades, med en längre viktminskning vid en 8‑sekunders magnetisk puls jämfört med en 6‑sekunders.

Källa: ResearchGate

Övrig forskning

Brandenburg påpekar också andra oroande experimentella resultat av brasilianska forskare Elio B. Porcelli and Victo dos Santos Filho, som rapporterade att viktminskning kan framkallas av en laser, förklarat genom den elektromagnetiska effekt som lasern inducerar.

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

Buhlers enheter som testades 2016 producerade mindre än en hundratusendedel av en gravitation. Enheten de demonstrerade i 2020‑papperet och efterföljande patent visade resultat upp till 1 jordgravitation (den mängd energi som krävs för att övervinna gravitationen på ett föremål).

Det kan också betraktas i förhållande till de föreslagna ”warp‑drivar” och andra teoretiska framdrivningssystem för snabbare‑än‑ljuset (FTL).

Sammanfattningsvis är Dr Brandenburgs resultat fortfarande från ett icke‑bekräftat experiment, men ett som bör vara både extremt billigt och enkelt att reproducera.

Så kan vi hoppas att fler forskare tar sig tid att undersöka det och åtminstone bekräfta den förvirrande förlusten på 150 mg som observerades av Dr Brandenburg.

Kan modern vetenskap vara så blind?

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

Detta skulle dock inte vara första gången vetenskaplig konsensus är fel. Naturligtvis finns det det berömda historiska exemplet Galileo, som insåg att jorden kretsar kring solen, mot den intellektuella konsensusen på hans tid.

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

• Albert Michelson—en berömd vetenskapsman på den tiden, som nyligen hade motbevisat existensen av ”ether” och Nobelpristagare 1907 — sade 1894 att “de stora principerna hade redan upptäckts, och att fysiken därefter skulle begränsas till att hitta sanningar på den sjätte decimalplatsen”.
• Detta var inte långt innan upptäckten av relativitetsteorin och kvantfysiken.
• Lord Kelvin, en av de mest framstående vetenskapsmännen på 1800‑talet, sade om framtiden för luftfart: “Varken ballongen, flygplanet eller glidmaskinen kommer att bli en praktisk framgång”
• Detta var bara tre år före bröderna Wrights första flygning.
• Under tiden, Einstein avfärdade kvantfysiken: “Gud spelar outtröttligt tärning under lagar som han själv har föreskrivit.”

Så kanske om några decennier kommer avvisandet av antigravitation, negativa masspartiklar och GEM‑teorin att betraktas som lika kortsynt.

Andra exotiska framdrivningssystem

Medan vi nu har ett glimt av hopp för antigravitationsdrift, något som omedelbart skulle öppna stjärnorna för kolonisering, har några andra exotiska framdrivningssystem baserade på känd fysik diskuterats genom åren.

Orion-projektet

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

Bakom detta namn ligger den ganska överraskande idén att använda kärnexplosioner (från A‑bomber) för att driva en rymdfarkost till hastigheter så höga att interstellär resa potentiellt kan möjliggöras.

Källa: NASA

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

Till slut övergavs projektet, till stor del på grund av det kalla krigets 1963‑fördrag om partiellt testförbud, som förbjöd kärnexplosioner i rymden.

Kärntermisk framdrift

Ett kanske mindre spektakulärt sätt att utnyttja kärnenergi för framdrift är kärntermisk framdrift.

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

Som raketekvationen stipulerar, ju snabbare utstötning, desto mer dragkraft och bränsleeffektivitet ger framdrivningssystemet.

Med månen och Mars snart i sikte återbesöker NASA detta koncept. Det har nyligen tilldelat $5 M till BWX Technologies (BWXT ), General Atomics och Ultra Safe Nuclear Technologies för ett koncept av kärnreaktorer som kan utföra denna roll.

Liknande men icke‑nukleära system som med elektricitet för att driva joner med hög hastighet, eller Hall‑effektthrusters, testas också av NASA.

Laser‑ och solsegel

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

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

Ett steg längre i det konceptet skulle vara ett nätverk av kraftfulla laserar i djup rymd eller i omloppsbana, som skjuter rymdfarkoster med laserljuset. Detta skulle ha fördelen att det inte kräver något bränsle ombord på farkosten, och ger en liten men kontinuerlig acceleration under hela resan.

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

En sådan infrastruktur skulle inte bara kunna påskynda rymdforskning utan också tillhandahålla obegränsad energi till jorden, som vi diskuterade i “Rymdbaserade energilösningar för oändlig ren energi”.

Pulsfusion

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

Energi‑positiv kärnfusion har hittills varit svårfångad, även om den gjort betydande framsteg de senaste åren, som vi diskuterade i “Kärnfusion – den ultimata rena energilösningen på horisonten”.

En nyckelbegränsning i fusionsreaktioner för energiproduktion är att de är svåra att upprätthålla, så de ger positiva energieresultat.

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

Så kan energiinmatningen levereras av sol- eller traditionell kärnkraft, och även en negativ energirapport 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.”
Gen. Pete Worden, PhD, Former Director of NASA Ames Research Center

Källa: Helicity

Investera i rymden

Rymden är en mycket etablerad industri som upplever en återfödelse och explosiv tillväxt tack vare 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 Mrd. Även om man ignorerar mer spekulativa (men potentiellt mycket lönsamma) idéer som asteroidbrytning, kan bara rymdturism och hypersonisk flygning tillföra ytterligare $350 Mrd i intäkter, till vilket en prognos för satellitbaserad internet värd $17 Mrd, samt militära tillämpningar och subventionerade månbaser, vetenskapliga projekt, etc.

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

Om du inte är intresserad av att välja specifika rymdrelaterade företag kan du också titta på ETF:er som listas i vår artikel “5 Best Aerospace ETFs to Invest In” som inkluderar ARK Space Exploration & Innovation ETF (ARKX) eller VanEck Space Innovators UCITS ETF (JEDI) för att kapitalisera på tillväxten i rymdsektorn som helhet.

Du kan läsa mer om rymdutforskning i “Den framtida rymdbaserade ekonomin“, “Rymdinfrastruktur – bygga trappor till himlen“, och “Rymdbaserade energilösningar för oändlig ren energi“.

Innovativt framdrivningsföretag

Ett anmärkningsvärt undantag till de privatlistade startups som dominerar kärnfusion är det publikt handlade företaget Lockheed Martin Corporation (LMT ), en gigant inom försvarsindustrin.

Lockheed har sedan tidigt 2010‑tal arbetat med Compact Fusion, en kärnfusionsreaktor som förväntas vara klar på 2020‑talen. Det har dock sedan dess meddelats att arbetet med projektet stoppades 2021.

Företaget har varit mycket diskret kring detta projekt efter ett initialt mycket offentligt tillkännagivande. Än idag är det oklart vad som kan ha drivit företaget att överge idén.

Samtidigt verkar det som om de inte helt övergett konceptet, särskilt med investeringar 2024 i Helicity, en startup som utvecklar en fusionsmotor. Som förklarat tidigare skulle idén vara att driva rymdfarkoster med korta pulser av fusion. Helicity planerar att använda en plasmakanon för att uppnå detta.

Källa: Helicity

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

Men kanske, samtidigt, är korta pulser tillräckliga för behovet av framdrift i rymden och mycket närmare att bli en faktisk produkt. Det skulle också passa bättre med företagets övergripande profil inom flyg- och försvarsteknik än energiproduktion.

Lockheed är också djupt involverat i andra aspekter av rymdforskning och industri, med över företagets historia 8 planeter besökta av Lockheed Martin‑rymdfarkoster och 300+ missionsnyttolaster byggda för kunder.

Speciellt arbetar dess rymddel för närvarande med:

• Orion-rymdfarkost (inte att förväxla med det tidigare nämnda Orion-projektet), designad för att föra tillbaka astronauter till månen, och senare kanske i djup rymdprojekt
• GOES‑R‑serien, en serie av nästa generations vädersatelliter.
• Modernisering av GPS‑konstellationen.
• Next Generation Interceptor (NGI) missilsystem.
• Hypersoniska missiler, fortfarande under utveckling.

Förutom rymden står Lockheed bakom några av de mest kraftfulla (och dyra) vapnen i USA, som F‑35. Det stealth‑flygplan som utvecklats tillsammans med Northrop Grumman (NOC ) och BAE Systems (BSP.DE ) hade en problematisk utveckling men är nu ”debuggat” och byggs i stora mängder, med efterfrågan som överstiger produktionen.

Medan den är aktiv i alla grenar av militären är företaget mest aktivt inom avancerad teknik och rymd, med flygteknik som står för $6.2B i intäkter Q1 2023, missiler & fire control $2.3B (inklusive HIMARS, nu berömd i Ukraina), roterande (helikoptrar) $3.5B, och rymd $2.9B, för totala försäljningar på $15.1B.

Lockheed är också aktiv inom cybersäkerhet och maritima system (AEGIS luftförsvarssystem och långdistans anti‑skepps‑missiler).