Če želite zgraditi zmogljivo vesoljsko ladjo, ni nič boljšega kot protiimaro. Nasin inštitut za napredne koncepte financira skupino raziskovalcev, ki bodo poskušali zasnovati vesoljsko plovilo, ki poganja protimične snovi in bi se lahko izognili nekaterim teh težav.
Večina spoštljivih zvezdnih zvezd v zgodbah znanstvene fantastike uporablja antiba kot gorivo z dobrim razlogom - to je najmočnejše gorivo, ki ga poznamo. Medtem ko je za človeško misijo na Mars potrebno na tone ton kemičnega goriva, bo na desetine miligramov antimaterije (miligram je približno ena tisočinka teže kosa prvotnega bombona M&M).
Vendar v resnici ta moč pride s ceno. Nekatere antimaterijske reakcije povzročajo eksplozije visoko energijskih gama žarkov. Gama žarki so kot rentgenski žarki na steroidih. Prodirajo v materijo in razgrajujejo molekule v celicah, zato jim ni zdravo biti okoli. Visokoenergijski gama žarki lahko tudi naredijo motorje radioaktivne z drobljenjem atomov materiala motorja.
Nasin inštitut za napredne koncepte (NIAC) financira skupino raziskovalcev, ki delajo na novi zasnovi vesoljske ladje, ki poganja protinapad, ki se izogne temu grdemu stranskemu učinku, tako da proizvaja gama žarke z veliko nižjo energijo.
Antimateriji se včasih reče zrcalna slika normalne materije, ker čeprav izgleda kot običajna snov, se nekatere lastnosti obrnejo. Na primer, običajni elektroni, znani delci, ki prenašajo električni tok v vsem, od mobilnih telefonov do plazemskih televizorjev, imajo negativen električni naboj. Protivelektroni imajo pozitiven naboj, zato so jih znanstveniki poimenovali "pozitroni".
Ko se antimaterija sreča s snovjo, se oba izničita v trenutku energije. Zaradi popolne pretvorbe v energijo je antimaterija tako močna. Celo jedrske reakcije, ki jih povzročajo atomske bombe, prihajajo v oddaljeni sekundi, le približno tri odstotke njihove mase se pretvori v energijo.
Prejšnje zasnove vesoljske ladje, ki jih poganja protinapad, so uporabljale antiprotone, ki proizvajajo visoko energijske gama žarke, ko se uničijo. Nova zasnova bo uporabljala pozitrone, ki gama žarke ustvarjajo s približno 400-krat manj energije.
Raziskava NIAC je predhodna študija, da bi ugotovili, ali je ideja izvedljiva. Če se zdi obetavno in bodo na voljo sredstva za uspešen razvoj tehnologije, bi imela vesoljska ladja s pozitronsko močjo nekaj prednosti pred obstoječimi načrti za človeško misijo na Mars, imenovano Mars Reference Mission.
"Najpomembnejša prednost je večja varnost," je dejal dr. Gerald Smith iz podjetja Positronics Research, LLC, v Santa Feju v Novi Mehiki. Trenutna referenčna misija poziva jedrski reaktor, da poganja vesoljsko ladjo na Mars. To je zaželeno, ker jedrski pogon zmanjšuje čas potovanja na Mars, povečuje varnost posadke, saj zmanjšuje njihovo izpostavljenost kozmičnim žarkom. Tudi vesoljsko plovilo s kemičnim pogonom tehta veliko več in stane veliko več. Reaktor zagotavlja tudi veliko moči za triletno misijo. Toda jedrski reaktorji so zapleteni, zato bi lahko več stvari šlo narobe med misijo. "Kljub temu reaktor pozitrona ponuja enake prednosti, vendar je razmeroma preprost," je povedal Smith, vodilni raziskovalec študije NIAC.
Tudi jedrski reaktorji so radioaktivni tudi po porabi goriva. Ko bo ladja prispela na Mars, je v načrtu referenčne misije usmeriti reaktor v orbito, ki se vsaj milijon let ne bo srečala z Zemljo, ko se bo preostalo sevanje zmanjšalo na varne ravni. Vendar pa po zaužitju goriva gorivo v pozitronskem reaktorju ne ostane, zato ni pomisleka glede varnosti, če bi izrabljeni pozitronski reaktor po nesreči ponovno vstopil v Zemljino ozračje.
Varneje bo tudi lansirati. Če eksplodira raketa z jedrskim reaktorjem, lahko v ozračje sprosti radioaktivne delce. "Naše pozitronsko vesoljsko plovilo bi sprostilo trenutek gama-žarkov, če bi eksplodiralo, vendar gama žarki v hipu minejo. Ne bi bilo radioaktivnih delcev, ki bi pihali na veter. Bliskavica bi bila omejena tudi na razmeroma majhno območje. Območje nevarnosti bi bilo približno kilometer (približno pol milje) okoli vesoljskega plovila. Navadna velika raketa s kemičnim pogonom ima približno enako veliko nevarno območje zaradi velikega ognjeno kroglo, ki bi nastala zaradi njene eksplozije, "je dejal Smith.
Druga pomembna prednost je hitrost. Vesoljsko plovilo Referenčna misija bi astronavte odpeljalo na Mars v približno 180 dneh. "Naše napredne zasnove, kot so plinsko jedro in ablativni koncepti motorjev, bi lahko v pol leta in morda celo čez 45 dni odpeljali astronavte na Mars," je dejal Kirby Meyer, inženir študije Positronics Research.
Napredni motorji to naredijo z vročim delovanjem, kar poveča njihovo učinkovitost ali "specifičen impulz" (Isp). Isp je raketarstvo "milj na galono": višji kot je Isp, hitrejši boste lahko, preden porabite zalogo goriva. Najboljše kemične rakete, kot je Nasin glavni motor Space Shuttle, dosežejo približno 450 sekund, kar pomeni, da bo kilogram goriva 450 sekund ustvaril kilogram potiska. Jedrski ali pozitronski reaktor lahko naredi več kot 900 sekund. Ablativni motor, ki počasi hlapi, da ustvari potisk, bi lahko dosegel kar 5000 sekund.
Tehnični izziv za resničnost pozitronskega vesoljskega plovila je strošek izdelave positronov. Zaradi svojega spektakularnega učinka na normalno snov ni veliko antimaterije. V vesolju nastaja v trčenju delcev visoke hitrosti, imenovanih kozmični žarki. Na Zemlji ga je treba ustvariti s pospeševalci delcev, ogromnimi stroji, ki razbijajo atome skupaj. Stroji se običajno uporabljajo za odkrivanje, kako vesolje deluje na globoki, temeljni ravni, vendar jih je mogoče uporabiti kot tovarne proti surovinam.
"Groba ocena za izdelavo 10 miligramov pozitronov, potrebnih za človeško misijo na Mars, je približno 250 milijonov dolarjev s pomočjo tehnologije, ki je trenutno v razvoju," je dejal Smith. Ta strošek se morda zdi visok, vendar je treba upoštevati dodatne stroške za izstrelitev težje kemične rakete (trenutni stroški izstrelitve znašajo približno 10.000 dolarjev na funt) ali stroškov za gorivo in varni jedrski reaktor. "Na podlagi izkušenj z jedrsko tehnologijo se zdi smiselno pričakovati, da se bodo stroški proizvodnje pozitrona znižali z več raziskavami," je dodal Smith.
Drugi izziv je shranjevanje dovolj positronov na majhnem prostoru. Ker uničijo normalno snov, jih ne morete preprosto pospraviti v steklenico. Namesto tega jih morajo vsebovati električna in magnetna polja. "Prepričani smo, da lahko s posebnim namenom raziskovalnega in razvojnega programa te izzive premagamo," je dejal Smith.
Če je temu tako, bodo morda prvi ljudje, ki so prispeli na Mars, prišli v vesoljske ladje, ki jih poganja isti vir, ki je izstrelil zvezdne ladje po vesoljih naših znanstvenofantastičnih sanj.
Izvirni vir: NASA News Release
