Ако искате да изградите мощен космически кораб, нищо не е по-добро от антиматерията. Институтът за усъвършенствани концепции на НАСА финансира екип от изследователи, които да изпробват и проектират космически кораб, захранван от антиматерия, който би могъл да избегне някои от тези проблеми.
Повечето уважаващи себе си звездни кораби в историите на научната фантастика използват анти-материята като гориво по добра причина - това е най-мощното известно гориво. Докато тонове химическо гориво са необходими за провеждане на човешка мисия на Марс, само десетки милиграма антиматерия ще свършат работа (милиграм е около една хилядна от теглото на парче от оригиналния бонбон M&M).
Въпреки това, в действителност тази мощност идва с цена. Някои антиматериални реакции предизвикват взривове на високо енергийни гама лъчи. Гама лъчите са като рентгенови лъчи на стероиди. Те проникват в материята и разграждат молекули в клетките, така че не е здравословно да бъдат наоколо. Високоенергийните гама-лъчи също могат да направят двигателите радиоактивни чрез фрагментиране на атоми на двигателния материал.
Институтът за усъвършенствани концепции на НАСА (NIAC) финансира екип от изследователи, работещи по нов дизайн на космически кораб, захранван от антиматерия, който избягва този гаден страничен ефект, като произвежда гама лъчи с много по-ниска енергия.
Антиматерията понякога се нарича огледален образ на нормална материя, защото докато изглежда точно като обикновена материя, някои свойства се обръщат обратно. Например, нормалните електрони, познатите частици, които носят електрически ток във всичко - от клетъчни телефони до плазмени телевизори, имат отрицателен електрически заряд. Антиелектроните имат положителен заряд, така че учените ги нарекли „позитрони“.
Когато антиматерията се срещне с материята, двете унищожават в светкавица. Това пълно превръщане в енергия е това, което прави антиматерията толкова мощна. Дори ядрените реакции, които мощните атомни бомби идват в далечна секунда, като само около три процента от масата им се превръща в енергия.
Предишните проекти на космически кораб с антиматерия използваха антипротони, които произвеждат високоенергийни гама лъчи, когато те унищожават. Новият дизайн ще използва позитрони, които правят гама лъчи с около 400 пъти по-малко енергия.
Изследването на NIAC е предварително проучване, за да се види дали идеята е осъществима. Ако изглежда обещаващо и са налични средства за успешно развитие на технологията, космическият кораб с позитрон ще има няколко предимства пред съществуващите планове за човешка мисия до Марс, наречена Mars Reference Mission.
„Най-същественото предимство е повече безопасност“, казва д-р Джералд Смит от Positronics Research, LLC, в Санта Фе, Ню Мексико. Настоящата референтна мисия изисква ядрен реактор, който да задвижи космическия кораб до Марс. Това е желателно, тъй като ядреното задвижване намалява времето за пътуване до Марс, увеличавайки безопасността на екипажа, като намалява излагането им на космически лъчи. Също така, химически задвижвания космически кораб тежи много повече и струва много повече за изстрелване. Реакторът също осигурява достатъчно мощност за тригодишната мисия. Но ядрените реактори са сложни, така че повече неща потенциално могат да се объркат по време на мисията. "Въпреки това, позитронният реактор предлага същите предимства, но е сравнително прост", казва Смит, водещ изследовател на проучването NIAC.
Също така ядрените реактори са радиоактивни дори след изразходването на горивото им. След пристигането на кораба на Марс, плановете на референтната мисия са да насочат реактора в орбита, която няма да срещне Земята поне милион години, когато остатъчната радиация ще бъде намалена до безопасни нива. Въпреки това, няма остатъчно излъчване в позитронния реактор след изразходването на горивото, така че няма опасения за безопасността, ако отработеният позитрон реактор случайно отново влезе в земната атмосфера, според екипа.
Ще бъде по-безопасно и стартирането. Ако ракета с ядрен реактор избухне, тя може да освободи радиоактивни частици в атмосферата. „Нашият космически кораб за позитрон ще пусне светкавица от гама-лъчи, ако избухне, но гама лъчите ще изчезнат за миг. Няма да има радиоактивни частици, които да се носят във вятъра. Светкавицата също ще бъде ограничена до сравнително малка площ. Опасната зона би била около километър (около половин миля) около космическия кораб. Една обикновена голяма ракета с химическо захранване има опасна зона с приблизително същия размер, поради голямата огнена топка, която би се получила в резултат на експлозията ѝ “, каза Смит.
Друго значително предимство е скоростта. Космическият кораб "Референтна мисия" ще отведе астронавти на Марс след около 180 дни. „Нашите усъвършенствани дизайни, като газовото ядро и аблативните концепции на двигателя, биха могли да изведат астронавтите до Марс за половината от това време, а може би дори за само 45 дни“, казва Кирби Майер, инженер от проучването на „Позитроника“.
Усъвършенстваните двигатели правят това, като работят горещо, което увеличава тяхната ефективност или „специфичен импулс“ (Isp). Isp е ракетометърът „мили на галон“: колкото по-висок е Isp, толкова по-бързо можете да преминете, преди да изразходвате горивото си. Най-добрите химически ракети, като основния двигател на космическия совал на НАСА, максимум около 450 секунди, което означава, че килограм гориво ще произведе килограм тяга за 450 секунди. Ядрен или позитрон реактор може да направи над 900 секунди. Аблативният двигател, който бавно се изпарява, за да създаде тяга, може да продължи до 5000 секунди.
Едно техническо предизвикателство за превръщането на позитронния космически кораб в реалност е цената за производството на позитроните. Поради ефектен ефект върху нормалната материя, няма много антиматерия, която седи наоколо. В космоса той се създава при сблъсъци на високоскоростни частици, наречени космически лъчи. На Земята тя трябва да бъде създадена в ускорители на частици, огромни машини, които разбиват атомите заедно. Машините обикновено се използват, за да открият как Вселената работи на дълбоко, фундаментално ниво, но те могат да бъдат използвани като фабрики за антиматерия.
„Груба оценка за производството на 10 милиграма позитрони, необходими за човешката мисия на Марс, е около 250 милиона долара, използвайки технология, която в момента се разработва“, казва Смит. Този разход може да изглежда висок, но трябва да се вземе предвид допълнителните разходи за изстрелване на по-тежка химическа ракета (текущите разходи за изстрелване са около 10 000 долара за лира) или разходите за гориво и да направят безопасен ядрен реактор. „Въз основа на опита с ядрените технологии изглежда разумно да се очаква, че разходите за производство на позитрон ще намалят с повече изследвания“, добави Смит.
Друго предизвикателство е съхраняването на достатъчно позитрони в малко пространство. Тъй като те унищожават нормалната материя, не можете просто да ги натъпчете в бутилка. Вместо това те трябва да се съдържат с електрически и магнитни полета. „Чувстваме се уверени, че с помощта на специална програма за научни изследвания и разработки, тези предизвикателства могат да бъдат преодолени“, каза Смит.
Ако това е така, може би първите хора, достигнали до Марс, ще пристигнат в космически кораби, задвижвани от същия източник, който изстрелва звездни кораби из вселените на нашите фантастични мечти.
Оригинален източник: NASA News Release
