Kompjuterska ilustracija potencijalnog antimaterijskog pogona. Kreditna slika: Positronics Research LLC. Klikni za veću sliku
Svi smo igrali igru kao djeca - "skakač" je uključivao jedno dijete čučanj na sve četiri, dok je drugo položilo ruke na prvo rame. Naslonjeno na povlačenje gravitacije, stojeće dijete se savija duboko u nogama, a zatim se gura prema vrhu prvog. Rezultat? Drugo dijete sada čučne, a drugi zaokret žablji slijedi zauzvrat. Nije najučinkovitiji način da dođete do ljuljačke - ali puno zabave u pravom društvu!
Međutim, preskakanje mreže nije isto što i "pokretanje programa". Dok se diže čizma, jedan igrač savija se i hvata kožne petlje na vanjskoj strani čizme. Tada igrač čini ogroman napor uvis s rukama. Preskakanje šake djeluje - dizanje čamaca ne radi, jednostavno ne može bez skokova - sasvim drugačija stvar.
NASA-in institut za napredne koncepte (NIAC) vjeruje u skakanje - ne na igralištu već u zrakoplovstvu. Sa vlastite web stranice instituta: "NIAC potiče predlagače da razmišljaju desetljećima u budućnost u potrazi za konceptima koji će" preskočiti "evoluciju sadašnjih zrakoplovnih sustava." NIAC traži nekoliko dobrih ideja i spreman je da ih podrži šestomjesečnim grantovima za sjeme kako bi testirali izvedivost prije nego što se izdvoje ozbiljna sredstva za istraživanje i razvoj - dostupna od NASA-e i drugdje. Nadamo se da će takvim sjemenkama dopušteno klijati i buduće ulaganje raste do zrelosti.
NIAC želi, međutim, odvojiti preskok od podizanja sustava. Jedno djeluje, a drugo nema smisla. Prema NIAC-u, pogon pozitrona mogao bi dovesti do ogromnog skoka naprijed na putu kroz čitav Sunčev sustav i izvan njega. Vjerojatno nema početnih problema oko toga.
Razmislite o pozitronskom zrcalnom blizancu elektrona poput ljudskih blizanaca, vrlo rijetkoj stvari. Za razliku od ljudskih blizanaca, pozitrona vjerojatno neće preživjeti proces rođenja. Zašto? Jer se pozitroni i njihova braća i sestre - elektroni - međusobno neodoljivo otkrivaju i brzo uništavaju u naletu mekih gama zraka. Ali ta se pukotina, pod kontroliranim okolnostima, može pretvoriti u bilo koji oblik 'posla' koji biste možda željeli raditi.
Trebate svjetlost? Pomiješajte pozitroni i elektron, a zatim zračite plinom do žarnice. Trebate struju? Pomiješajte još jedan par i zračite metalnom trakom. Trebate potisak? Pucajte te gama zrake u pogonsko gorivo, zagrijavajte ga na nevjerojatno visokim temperaturama i potisnite gorivo iz stražnjeg dijela rakete. Ili pucite te gama zrake u volframove ploče u struji zraka, zagrijavajte ga i istjerajte u stražnji dio zrakoplova.
Zamislite da imate opskrbu pozitrona - što biste mogli učiniti s njima? Prema Geraldu A. Smithu, glavnom istražitelju za istraživanje pozitronike, LLC iz Sante Fe-a, New Mexico, mogli biste ići bilo gdje, „gustoća energije antimaterije je deset veličine veće od kemijske i tri veličine veće od nuklearne fisije. ili fuzijske energije. "
I što to znači u pogonu? "Manja težina, daleko, daleko, daleko manja težina."
Upotrebom pogonskih sustava na bazi kemikalija, 55 posto mase povezane s sondom Huygens-Cassini koja je poslana da istraži Saturn pronađeno je u spremnicima goriva i oksidatora. U međuvremenu, da bi bacilo sonde na 5650 kg teže izvan Zemlje, bilo je potrebno lansirno vozilo težine oko 180 puta teže od samog Cassini-Huygens-ovog goriva (1.032.350 kilograma).
Upotrebom samo brojeva dr. Smitha - i samo uzimajući u obzir manevrski potisak potreban za Cassini-Huygens korištenjem pozitron-elektronskog uništavanja, 3100 kilograma kemijskog pogonskog goriva koje opterećuje izvornu sondu iz 1997. godine može se smanjiti na samo 310 mikrograma elektrona i pozitrona - manje materije od one u jednoj raspršenoj kapljici jutarnje magle. S ovim smanjenjem mase, ukupna težina lansiranja od Canaverala do Saturna lako se može smanjiti za faktor dva.
Ali pozitron-elektronsko uništavanje je poput puno zraka, ali apsolutno bez benzina? vaš automobil neće dobiti daleko samo na kisik. Elektroni su posvuda, dok pozitroni nisu prirodno dostupni na Zemlji. U stvari gdje se oni pojave - u blizini horizonta događaja crne rupe ili u kratkom vremenu nakon što čestice visoke energije uđu u Zemljinu atmosferu - ubrzo pronalaze jedan od tih sveprisutnih elektrona i prelaze u fotonike. Iz tog razloga morate napraviti svoje.
Unesite akcelerator čestica
Tvrtke poput Positronics Research, na čelu s dr. Smithom, rade na tehnologijama svojstvenim upotrebi akceleratora čestica - poput Stanford Linear Accelerator (SLAC) smješten u Menlo Parku u Kaliforniji. Akceleratori čestica stvaraju pozitrone koristeći tehnike izrade para elektrona-pozitrona. To se postiže razbijanjem relativistički ubrzane elektronske zrake u gustu volframovu metu. Zatim se elektronska zraka pretvara u visokoenergetske fotone koji se kreću kroz volfram i pretvaraju u podudarne skupove elektrona i pozitrona. Problem prije nego što su dr. Smith i drugi stvorili pozitrone je lakši od hvatanja, skladištenja, transporta i njihove učinkovite uporabe.
U međuvremenu, tijekom proizvodnje parova, sve što ste zaista napravili spakira se s puno zemlje vezane u ekstremno male količine visoko isparljivog - ali izuzetno laganog goriva. Sam taj postupak krajnje je neučinkovit i uvodi velike tehničke izazove povezane sa nakupljanjem dovoljno anti čestica koje pokreću svemirsku letjelicu sposobnu putovati u Veliko dalje i to brzinom kojom je omogućena velika svemirska sonda i ljudski svemirski put. Kako će se sve ovo odigrati?
Prema dr. Smithu, „dugi niz godina fizičari istiskuju pozitrone iz volframovih meta sudarajući positrone u materiju, usporavajući ih za tisuću ili nešto više za upotrebu u mikroskopima visoke rezolucije. Taj je proces užasno neučinkovit; preživio je samo jedan milijun pozitrona. Za putovanje u svemir moramo povećati učinkovitost usporavanja barem za jedanput od tisuće. Nakon četiri godine napornog rada s elektromagnetskim klopkama u našim laboratorijima, pripremamo se u sljedećih nekoliko godina uhvatiti i ohladiti pet trilijuna pozitrona u sekundi. Naši dugoročni ciljevi su pet kvadratnih trilijuna pozitrona u sekundi. Ovakvom brzinom mogli bismo potrošiti za svoj prvi let s pozutronskim pogonom u svemir u nekoliko sati. "
Iako je istina da motor za uništavanje pozitrona također zahtijeva propelente (obično u obliku komprimiranog plina vodika), sama količina pogonskog sredstva smanjuje se na gotovo 10 posto od one koja zahtijeva konvencionalna raketa - jer nije potreban oksidator za reakciju s gorivom. U međuvremenu, budući brodovi mogli bi doista uništiti pogonsko gorivo iz solarnog vjetra i međuzviježđa. To bi također trebalo dovesti do značajnog smanjenja težine lansiranja takvih svemirskih letjelica.
Napisao Jeff Barbour
