ルイスモリーナ/ゲッティ
宇宙時代の幕開け以来、別の太陽系へ旅するという夢は、「ロケット方程式の暴政」によって阻まれてきた。これは、宇宙に打ち上げる宇宙船の速度とサイズに厳しい制限を課すものだ。科学者たちは、今日の最高出力のロケットエンジンをもってしても、最も近い恒星間惑星であるアルファ・ケンタウリに到達するには5万年かかると推定している。人類が異星人の日の出を目にしたいと望むなら、移動時間を大幅に短縮する必要がある。
理論的にはそれを実現できる高度な推進コンセプトの中で、EMドライブほど多くの興奮と論争を巻き起こしたものはほとんどありません。約20年前に初めて説明されたEMドライブは、電気をマイクロ波に変換し、この電磁放射を円錐形のチャンバーに通すことで機能します。理論上、マイクロ波はチャンバーの壁に力を加え、宇宙空間に到達した宇宙船を推進するのに十分な推力を生み出すことができます。しかし、現時点ではEMドライブは実験室のプロトタイプに過ぎず、そもそも推力を生み出せるかどうかはまだ不明です。もし推力を生み出せたとしても、それが生み出す力は肉眼で確認できるほど強くはなく、ましてや宇宙船を推進できるほどのものではありません。
しかし、ここ数年、NASAを含むいくつかの研究チームが、EMドライブによる推進力の生成に成功したと主張しています。もしこれが事実であれば、宇宙探査史上最大のブレークスルーの一つとなるでしょう。問題は、これらの実験で観測された推力が非常に小さいため、それが本物かどうか判断が難しいことです。
解決策は、こうした微量の推力を測定できるツールを設計することにあります。そこで、ドイツのドレスデン工科大学の物理学者チームが、このニーズを満たす装置の開発に着手しました。物理学者のマーティン・タジマール氏が率いるSpaceDriveプロジェクトは、非常に高感度で干渉に強い機器を開発し、この議論に終止符を打つことを目指しています。10月、タジマール氏と彼のチームは国際宇宙会議で2回目のEMドライブ実験測定を発表し、その結果は今年8月にActa Astronautica誌に掲載される予定です。これらの実験結果に基づき、タジマール氏はEMドライブ論争の決着は数ヶ月以内に訪れるかもしれないと述べています。
多くの科学者や技術者は、EMドライブが物理法則に違反しているように見えるため、これを否定している。EMドライブチャンバーの壁を押すマイクロ波は、無から推力を生成するように見えるが、これは運動量保存則に反する。つまり、すべて作用であり、反作用はない。一方、EMドライブの支持者は、ニュートン力学に違反することなくEMドライブがどのように機能するかを説明するために、量子力学の異端の解釈に訴えてきた。「理論的な観点から言えば、誰もこれを真剣に受け止めていません」とタジマール氏は言う。一部のグループが主張するように、EMドライブが推力を生み出すことができる場合、彼は「この推力がどこから来ているのか全く分からない」と言う。科学にこれほど大きな理論的亀裂がある場合、それを埋める方法はただ一つ、実験しかないとタジマール氏は考えている。
2016年後半、タジマール氏と他の25人の物理学者たちがコロラド州エステスパークに集まり、EMドライブと関連の特殊推進システムに特化した初の会議が開催された。最も刺激的なプレゼンテーションの一つは、NASAイーグルワークス研究所の物理学者ポール・マーチ氏によるもので、彼と同僚のハロルド・ホワイト氏はそこで様々なEMドライブのプロトタイプをテストしていた。マーチ氏のプレゼンテーションとその後のJournal of Propulsion and Power誌に掲載された論文によると、彼とホワイト氏はEMドライブのプロトタイプで数十マイクロニュートンの推力を観測したという。（比較のために言うと、SpaceXのマーリンエンジン1基は海面で約84万5000ニュートンの推力を生み出す。）しかし、ハロルド氏とホワイト氏にとっての問題は、彼らの実験装置では複数の干渉源が許容されていたため、観測したものが推力であるかどうかを確実に言えなかったことだった。
タジマール氏とドレスデンの研究グループは、ハロルド氏とホワイト氏がNASAでのテストで使用したEMドライブのプロトタイプの精密なレプリカを使用しました。このプロトタイプは、長さ約30センチの銅製の錐台（先端を切り落とした円錐台）で構成されています。この設計は、2001年にEMドライブを初めて説明したエンジニア、ロジャー・ショーヤー氏に遡ります。テスト中、EMドライブの円錐台は真空チャンバー内に配置されます。チャンバーの外側にある装置がマイクロ波信号を生成し、同軸ケーブルを介して円錐台内のアンテナに中継されます。
ドレスデンのチームがほぼ感知できないほどの力の測定を試みたのも今回が初めてではない。彼らは、宇宙空間で衛星を正確に位置決めするために使用されるイオンスラスタの研究でも、同様の装置を製作した。このマイクロニュートンレベルのスラスタは、重力波のような微弱な現象を検知するために極めて正確な位置決め能力が求められるLISAパスファインダーミッションで使用されたものと同じ種類のものだ。しかし、EMドライブや同様の燃料不要の推進システムを研究するには、ナノニュートンレベルの分解能が必要だったとタジマー氏は言う。
彼らのアプローチは、振り子の軸に加えられたトルクの量を測定する振り子型の天秤であるねじり天秤を用いることでした。NASAチームは、EMドライブが推力を生み出すと考えた際に、この天秤の感度の低いバージョンも使用しました。ドレスデンのチームは、この微小な力を正確に測定するために、レーザー干渉計を用いてEMドライブによって生成された天秤の物理的な変位を測定しました。タジマー氏によると、このねじり天秤はナノニュートンの分解能を持ち、数ポンドのスラスターを支えることができるため、現存する最も感度の高い推力天秤となっています。
しかし、非常に高感度な推力天秤は、検出された力が実際に推力であり、外部干渉によるものではないことを判断できなければ、あまり役に立ちません。ハロルドとホワイトの観察結果には、他にも多くの説明が考えられます。EMドライブが実際に推力を生み出すかどうかを判断するには、研究者は地球の磁極、環境からの地震動、そしてマイクロ波による加熱によるEMドライブの熱膨張などによる干渉から装置を遮蔽する必要があります。
タジマー氏によると、トーションバランスの設計を微調整することで、EMドライブの電源をより適切に制御し、磁場から保護することで、干渉の問題の一部は解決できたという。より困難な問題は、「熱ドリフト」への対処方法だった。EMドライブに電力が流れると、銅製のコーンが加熱されて膨張し、その重心がわずかに変化して、トーションバランスが推力と誤認されるような力を検出する。タジマー氏とチームは、スラスターの向きを変えることでこの問題の解決に役立つことを期待していた。
タジマール氏と彼の同僚は55回の実験を通して、EMドライブから平均3.4マイクロニュートンの力を記録しました。これはNASAチームの測定結果と非常に近いものでした。しかし残念ながら、これらの力は熱ドリフト試験に合格しなかったようです。データに示された力は、推力というよりも熱膨張によるものだったのです。
しかし、EMドライブへの希望が完全に失われたわけではない。タジマール氏と彼の同僚たちは、超伝導天秤を含む2種類の推力天秤をさらに開発している。この天秤は、熱ドリフトによる誤検知の排除などに役立つ。これらの天秤でEMドライブからの力が検出された場合、それは実際に推力である可能性が高い。しかし、これらの天秤に力が記録されなかった場合、それはこれまでのEMドライブによる推力観測がすべて誤検知であったことを意味する可能性が高い。タジマール氏は、年末までに最終的な判断を下したいと考えている。
しかし、この研究で否定的な結果が出たとしても、EMドライブが完全に消滅するわけではない。推進剤を使わない推進設計は他にも数多く存在する。そして、もし科学者たちが新たな弱推進方式を開発するならば、タジマールとドレスデンのチームが開発した超高感度推力天秤は、科学的事実とSFを区別する上でほぼ確実に役割を果たすだろう。
この記事はWIRED USに掲載されたものです。
この記事はWIRED UKで最初に公開されました。
