Ja vēlaties izveidot jaudīgu kosmosa kuģi, nekas nav labāks par antimateriālu. NASA progresīvo koncepciju institūts finansē pētnieku komandu, lai mēģinātu izveidot kosmosa kuģi ar antimateriālu, kas varētu izvairīties no dažām no šīm problēmām.
Lielākā daļa sevi cienošo zvaigžņu kuģu zinātniskās fantastikas stāstos izmanto pretvielu kā degvielu pamatota iemesla dēļ - tā ir visspēcīgākā zināmā degviela. Kamēr cilvēka misijas uz Marsu virzīšanai ir vajadzīgas tonnas ķīmiskās degvielas, to darīs tikai desmitiem miligramu antimateriāla (miligrams ir apmēram viena tūkstošdaļa svara no oriģinālās M&M konfektes gabala).
Tomēr patiesībā šai varai ir cena. Dažas antimatērijas reakcijas rada augstas enerģijas gamma staru sprādzienus. Gamma stari ir kā steroīdu rentgenstari. Viņi iekļūst matērijā un sadalās molekulās šūnās, tāpēc nav veselīgi atrasties apkārt. Augstas enerģijas gamma stari var arī padarīt motorus radioaktīvus, fragmentējot motora materiāla atomus.
NASA uzlaboto koncepciju institūts (NIAC) finansē pētnieku komandu, kas izstrādā jaunu kosmosa kuģa ar antimateriālu darbināma kuģa dizainu, kurš izvairās no šīs šķebinošās blakusparādības, ražojot gamma starus ar daudz zemāku enerģiju.
Antimatēriju dažreiz sauc par normālas matērijas spoguļattēlu, jo, kaut arī tas izskatās tāpat kā parasta matērija, dažas īpašības tiek mainītas. Piemēram, parastajiem elektroniem, pazīstamajām daļiņām, kas pārnēsā elektrisko strāvu no mobilajiem tālruņiem līdz plazmas televizoriem, ir negatīvs elektriskais lādiņš. Pretelektroniem ir pozitīvs lādiņš, tāpēc zinātnieki tos nodēvēja par “pozitroniem”.
Kad antimatērija sastopas ar matēriju, abi iznīcina enerģijas uzliesmojumā. Šī pilnīga enerģijas pārvēršana padara antimateriālu tik spēcīgu. Pat kodolreakcijas, kuras rada atombumbas, notiek tālu sekundē, un tikai aptuveni trīs procenti no to masas tiek pārveidoti enerģijā.
Iepriekšējos kosmosa kuģu ar antimateriālu darbināmos dizainos tika izmantoti antiprotoni, kas iznīcināšanas laikā rada augstas enerģijas gamma starus. Jaunajā dizainā tiks izmantoti pozitroni, kas gamma starus rada ar apmēram 400 reizes mazāk enerģijas.
NIAC pētījums ir sākotnējs pētījums, lai noskaidrotu, vai ideja ir realizējama. Ja tas izskatās daudzsološi un ir pieejami līdzekļi, lai veiksmīgi attīstītu tehnoloģiju, ar pozitroniem darbināmam kosmosa kuģim būtu pāris priekšrocības salīdzinājumā ar esošajiem plāniem par cilvēka misiju uz Marsu, ko sauc par Marsa atsauces misiju.
“Visnozīmīgākā priekšrocība ir lielāka drošība,” sacīja Dr Geralds Smits no Positronics Research, LLC, Santafē, Ņūmeksikā. Pašreizējā atsauces misija aicina izmantot kodolreaktoru, kas virzītu kosmosa kuģi uz Marsu. Tas ir vēlams, jo kodola piedziņa samazina ceļojuma laiku uz Marsu, palielinot apkalpes drošību, samazinot viņu pakļaušanu kosmiskajiem stariem. Arī ķīmiski darbināms kosmosa kuģis sver daudz vairāk, un tā palaišana maksā daudz vairāk. Reaktors arī nodrošina lielu jaudu trīs gadu misijai. Bet kodolreaktori ir sarežģīti, tāpēc misijas laikā daudz kas varētu noiet greizi. "Tomēr pozitronu reaktors piedāvā tādas pašas priekšrocības, bet ir salīdzinoši vienkāršs," sacīja Smits, NIAC pētījuma vadošais pētnieks.
Arī kodolreaktori ir radioaktīvi pat pēc to degvielas izmantošanas. Pēc kuģa ierašanās Marsā atsauces misijas plāni ir reaktoru novirzīt orbītā, kas nesaskarsies ar Zemi vismaz miljonu gadu laikā, kad atlikušais starojums tiks samazināts līdz drošam līmenim. Tomēr pēc degvielas izlietošanas pozitronu reaktorā nav palikuša starojuma, tāpēc nav bažu par drošību, ja, pēc komandas teiktā, izlietotajam pozitronu reaktoram vajadzētu nejauši atgriezties Zemes atmosfērā.
Tā būs drošāka arī palaišana. Ja eksplodētu raķete, kas pārvadā kodolreaktoru, tā varētu atmosfērā izdalīt radioaktīvās daļiņas. “Mūsu pozitronu kosmosa kuģis atbrīvotu gamma staru zibspuldzi, ja tas eksplodētu, bet gamma stari pazustu vienā mirklī. Nebūtu radioaktīvu daļiņu, kas dreifētu vējā. Zibspuldze būtu ierobežota arī ar salīdzinoši nelielu laukumu. Bīstamā zona būtu aptuveni kilometrs (apmēram pusjūdze) ap kosmosa kuģi. Parastai lielai ar ķīmisku piedziņu darbināmai raķetei ir aptuveni tāda paša lieluma bīstamā zona lielā ugunsbumba dēļ, kas rastos tās eksplozijas dēļ, ”sacīja Smits.
Vēl viena būtiska priekšrocība ir ātrums. References misijas kosmosa kuģis astronautus uz Marsu aizvestu apmēram 180 dienu laikā. "Mūsu uzlabotās konstrukcijas, piemēram, gāzes serde un ablatīvās motora koncepcijas, varētu astronautus uz Marsu aizvest uz pusi mazāk laika un varbūt pat 45 dienu laikā," sacīja Kirbijs Meijers, inženieris no Positronics Research pētījuma.
Uzlabotie motori to dara, darbinot karstu, kas palielina to efektivitāti vai “īpatnējo impulsu” (Isp). Isp ir rakeometrijas “jūdzes uz galonu”: jo augstāks ir ISP, jo ātrāk jūs varat iet, pirms iztērējat savu kurināmo. Labākās ķīmiskās raķetes, piemēram, NASA galvenā kosmosa dzinējs, maksimāli iziet aptuveni 450 sekundēs, kas nozīmē, ka mārciņa degvielas radīs mārciņas vilces spēku 450 sekundes. Kodolreaktors vai pozitronu reaktors var veikt vairāk nekā 900 sekundes. Ablatīvais motors, kurš lēnām iztvaiko, lai radītu vilci, varētu sasniegt 5000 sekundes.
Viens tehnisks izaicinājums, lai pozitronu kosmosa kuģi padarītu par realitāti, ir pozitronu izgatavošanas izmaksas. Tā kā tai ir iespaidīga ietekme uz normālu vielu, apkārt nesēž daudz antimateriālu. Kosmosā tas tiek radīts ātrgaitas daļiņu, ko sauc par kosmiskajiem stariem, sadursmēs. Uz Zemes tas ir jāizveido daļiņu paātrinātājos, milzīgās mašīnās, kas kopā sagrauj atomus. Mašīnas parasti izmanto, lai atklātu, kā Visums darbojas dziļā, pamata līmenī, bet tās var izmantot kā antimatērijas rūpnīcas.
"Aptuvenais aprēķins, lai saražotu 10 miligramus pozitronu, kas nepieciešami cilvēka Marsa misijai, ir aptuveni 250 miljoni dolāru, izmantojot tehnoloģiju, kas pašlaik tiek izstrādāta," sacīja Smits. Šīs izmaksas varētu šķist augstas, taču tas ir jāapsver, ņemot vērā papildu izmaksas par smagākas ķīmiskās raķetes palaišanu (pašreizējās palaišanas izmaksas ir apmēram 10 000 USD par mārciņu) vai izmaksas par degvielu un kodolreaktora drošu padarīšanu. "Balstoties uz pieredzi ar kodoltehnoloģijām, šķiet pamatoti sagaidīt, ka pozitronu ražošanas izmaksas samazināsies, veicot vairāk pētījumu," piebilda Smits.
Vēl viens izaicinājums ir pietiekami daudz pozitronu glabāšana nelielā telpā. Tā kā tie iznīcina parasto lietu, jūs nevarat tos vienkārši iepildīt pudelē. Tā vietā tie jāaptver ar elektriskiem un magnētiskiem laukiem. "Mēs jūtamies pārliecināti, ka ar speciālu pētniecības un attīstības programmu šīs problēmas var tikt pārvarētas," sacīja Smits.
Ja tas tā ir, iespējams, pirmie cilvēki, kas nonākuši uz Marsa, ieradīsies kosmosa kuģos, ko darbina tas pats avots, kurš izlaida zvaigznes kuģus pa mūsu zinātniskās fantastikas sapņu Visumiem.
Oriģinālais avots: NASA ziņu izlaidums
