Якщо ви хочете створити потужний космічний корабель, нічого кращого, ніж антиматерія. Інститут передових концепцій НАСА фінансує команду дослідників, щоб спробувати створити космічний апарат, що працює на антиматерії, який міг би уникнути деяких із цих проблем.
Більшість поважаючих зірок кораблів у науково-фантастичних історіях використовують антиматерію як паливо з поважних причин - це найпотужніше відоме паливо. У той час як тонни хімічного палива потрібні для здійснення людської місії на Марс, лише десятки міліграмів антиматерії зроблять (міліграм становить приблизно одну тисячну вагу шматка оригінальної цукерки M&M).
Однак насправді ця потужність поставляється з ціною. Деякі антиматеріальні реакції викликають вибухи високоенергетичних гамма-променів. Гамма-промені - це як рентгенівські промені на стероїдах. Вони проникають у речовину і розбивають молекули в клітинах, тому їм не здорово бути поруч. Високоенергетичні гамма-промені також можуть зробити двигуни радіоактивними шляхом фрагментації атомів матеріалу двигуна.
Інститут прогресивних концепцій NASA (NIAC) фінансує команду дослідників, яка працює над новим дизайном космічного корабля, що працює на антиматерії, який дозволяє уникнути цього неприємного побічного ефекту, виробляючи гамма-промені зі значно меншою енергією.
Антиматерією іноді називають дзеркальне зображення нормальної матерії, оскільки, хоча воно виглядає як звичайна матерія, деякі властивості зворотні. Наприклад, звичайні електрони, звичні частинки, які проводять електричний струм у всьому, від стільникових телефонів до плазмових телевізорів, мають негативний електричний заряд. Антиелектрони мають позитивний заряд, тому вчені назвали їх "позитронами".
Коли антиматерия зустрічається з матерією, обидва знищуються у спалах енергії. Це повне перетворення енергії - це те, що робить антиматерію настільки потужною. Навіть ядерні реакції силових атомних бомб приходять в далеку секунду, і лише близько трьох відсотків їх маси перетворюється на енергію.
Попередні конструкції космічного корабля, що працюють проти антиматерій, використовували антипротони, які виробляють високоенергетичні гамма-промені, коли вони знищуються. Нова конструкція використовуватиме позитрони, які роблять гамма-промені з приблизно 400 разів меншою енергією.
Дослідження NIAC є попереднім дослідженням, щоб визначити, чи можлива ця ідея. Якщо це виглядатиме багатообіцяючим, і кошти будуть доступні для успішного розвитку технології, космічний корабель, що працює на позитрон, мав би кілька переваг перед існуючими планами щодо людської місії на Марс, що називається Марсовою довідковою місією.
"Найважливішою перевагою є більша безпека", - сказав доктор Джеральд Сміт із компанії Positronics Research, LLC, в Санта-Фе, Нью-Мексико. Поточна довідкова місія закликає ядерний реактор для приведення космічного корабля на Марс. Це бажано, оскільки ядерне рушіння скорочує час подорожі на Марс, збільшуючи безпеку для екіпажу за рахунок зменшення впливу їх на космічні промені. Також космічний апарат, що працює на хімічній основі, важить набагато більше і коштує набагато більше для запуску. Реактор також забезпечує достатню потужність для трирічної місії. Але ядерні реактори є складними, тому більше речей може потенційно піти не так під час місії. "Однак позитронний реактор пропонує ті ж переваги, але порівняно простий", - сказав Сміт, провідний науковий співробітник дослідження NIAC.
Також ядерні реактори є радіоактивними навіть після витрачання палива. Після прибуття корабля на Марс, Референтна місія планує направити реактор на орбіту, яка не зустрінеться із Землею принаймні мільйон років, коли залишкове випромінювання буде зменшено до безпечного рівня. Однак, в реакторі позитрон після викиду палива немає випромінювання, що залишилося, тому немає ніякого занепокоєння щодо безпеки, якщо відпрацьований позитронний реактор повинен випадково потрапити в атмосферу Землі, повідомляє команда.
Це буде безпечніше і запуск. Якщо вибухне ракета з ядерним реактором, вона може викинути в атмосферу радіоактивні частинки. "Наш космічний корабель позитрон випустив би спалах гамма-випромінювання, якби він вибухнув, але гамма-промені минули б в одну мить. Не було б радіоактивних частинок, які б плили на вітрі. Спалах також обмежився би відносно невеликою площею. Зона небезпеки складе близько кілометра (приблизно півмилі) навколо космічного корабля. Звичайна велика хімічна ракета має небезпечну зону приблизно однакового розміру через велику вогнену кулю, яка була б наслідком її вибуху », - сказав Сміт.
Ще одна значна перевага - швидкість. Космічний корабель "Довідкова місія" вивезе космонавтів на Марс приблизно за 180 днів. "Наші вдосконалені конструкції, як газове ядро та принципи відносної роботи двигуна, могли вивезти космонавтів на Марс за половину цього часу, а можливо, і лише за 45 днів", - заявив Кірбі Мейєр, інженер з дослідження Positronics Research.
Удосконалені двигуни роблять це, працюючи в гарячому режимі, що збільшує їх ефективність або "конкретний імпульс" (Isp). Isp - це "милі на галон" ракетної зброї: чим вище Isp, тим швидше ви зможете пройти, перш ніж витратити запас палива. Найкращі хімічні ракети, як, наприклад, головний двигун NASA Space Shuttle, максимумують приблизно за 450 секунд, а це означає, що фунт палива виробить фунт тяги протягом 450 секунд. Ядерний або позитронний реактор може тривати понад 900 секунд. Абляційний двигун, який повільно випаровується, створюючи тягу, може зайняти цілих 5000 секунд.
Одним з технічних завдань, щоб зробити позитронний космічний корабель реальністю, є витрати на виготовлення позитронів. Через його вражаючий вплив на звичайну речовину, навколо сидіти не багато антиматерії. У космосі він створюється в зіткненнях швидкісних частинок, званих космічними променями. На Землі це повинно бути створено прискорювачами частинок, величезними машинами, які розбивають атоми разом. Машини зазвичай використовуються для виявлення того, як Всесвіт працює на глибокому, фундаментальному рівні, але їх можна використовувати як фабрики антиматеріалів.
"Приблизна оцінка виробництва 10 міліграмів позитронів, необхідних для місії на Марсі людини, становить близько 250 мільйонів доларів за допомогою технології, яка наразі розробляється", - сказав Сміт. Ця вартість може здатися високою, але її слід враховувати проти додаткових витрат на запуск більш важкої хімічної ракети (поточні витрати на пуск становлять близько 10 000 доларів за фунт) або витрати на пальне та безпеку ядерного реактора. "Виходячи з досвіду роботи з ядерними технологіями, представляється розумним очікувати, що вартість виробництва позитрона зменшиться при проведенні додаткових досліджень", - додав Сміт.
Іншим завданням є зберігання достатньої кількості позитронів у невеликому просторі. Оскільки вони знищують нормальну речовину, ви не можете просто заповнити їх у пляшку. Натомість вони повинні містити електричні та магнітні поля. "Ми впевнені, що завдяки спеціальній програмі досліджень та розробок ці виклики можна подолати", - сказав Сміт.
Якщо це так, можливо, перші люди, які досягли Марса, прибудуть на космічних кораблях, що працюють від того самого джерела, який вистрілив зоряні кораблі по всесвітах наших фантастичних мрій.
Оригінальне джерело: NASA News Release
