Ako želite izgraditi snažni svemirski brod, ništa bolje od antimaterije. NASA-in institut za napredne koncepte financira tim istraživača koji će pokušati osmisliti svemirsku letjelicu koja djeluje protiv antimaterije koja bi mogla izbjeći neke od tih problema.
Većina poštujućih zvijezda u pričama znanstvene fantastike upotrebljava materiju kao gorivo s dobrim razlogom - to je najsnažnije poznato gorivo. Dok su tone hemijskog goriva potrebne za pokretanje ljudske misije na Mars, samo će desetine miligrama antimaterije učiniti (milligram je otprilike tisuću težine dijela originalnog M&M bombona).
Međutim, u stvarnosti ova snaga dolazi s cijenom. Neke reakcije antimaterije proizvode eksplozije visokoenergetskih gama zraka. Gama zrake su poput X-zraka na steroidima. Oni prodiru u materiju i razbijaju molekule u stanicama, tako da nije zdravo biti u blizini. Visokoenergetske gama zrake također mogu učiniti motore radioaktivnim fragmentacijom atoma materijala motora.
NASA-in institut za napredne koncepte (NIAC) financira tim istraživača koji rade na novom dizajnu svemirskog broda pokrenutog antimaterijom koji izbjegava ovu jezivu nuspojavu stvaranjem gama zraka s mnogo nižom energijom.
Antimaterija se ponekad naziva zrcalnom slikom normalne materije jer, iako izgleda poput obične materije, neka svojstva su obrnuta. Na primjer, normalni elektroni, poznate čestice koje nose električnu struju u svemu, od mobitela do plazma televizora, imaju negativan električni naboj. Anti-elektroni imaju pozitivan naboj, pa su ih znanstvenici nazivali "pozitroni".
Kad se antimaterija susretne s materijom, obojica nestaju u tren oka. Ovo cjelovito pretvaranje u energiju čini antimateriju tako moćnom. Čak su i nuklearne reakcije koje snažne atomske bombe dolaze u udaljenoj sekundi, pri čemu je samo oko tri posto njihove mase pretvoreno u energiju.
Prethodni dizajnirani svemirski brodovi protiv antimaterije koristili su antiprotone, koji stvaraju visokoenergetske gama zrake kad se uništavaju. U novom dizajnu bit će korišteni pozitroni, koji stvaraju gama zrake s oko 400 puta manje energije.
Istraživanje NIAC-a preliminarna je studija da bi se vidjelo je li ta ideja izvediva. Ako izgleda obećavajuće i na raspolaganju su sredstva za uspješno razvijanje tehnologije, svemirski brod na pozitronski pogon imao bi nekoliko prednosti u odnosu na postojeće planove ljudske misije na Mars, nazvane Mars Reference Mission.
"Najznačajnija prednost je veća sigurnost", rekao je dr. Gerald Smith iz tvrtke Positronics Research, LLC, u Santa Feu, New Mexico. Trenutna referentna misija poziva na nuklearni reaktor za pokretanje svemirskog broda na Mars. To je poželjno jer nuklearni pogon smanjuje vrijeme putovanja do Marsa, povećavajući sigurnost posade smanjujući njihovu izloženost kozmičkim zrakama. Također, svemirski brod s kemijskim pogonom teži mnogo više i košta više. Reaktor također pruža dovoljno snage za trogodišnju misiju. Ali nuklearni su reaktori složeni, pa bi tijekom misije moglo više stvari poći po zlu. "Međutim, reaktor pozitrona nudi iste prednosti, ali je relativno jednostavan", rekao je Smith, vodeći istraživač u NIAC studiji.
Također, nuklearni reaktori su radioaktivni i nakon što potroše svoje gorivo. Nakon što brod stigne na Mars, planovi referentne misije su usmjeriti reaktor u orbitu koja se neće susresti sa Zemljom najmanje milijun godina, kada će se zaostalo zračenje smanjiti na sigurne razine. Međutim, nakon što se gorivo potroši, u pozitronskom reaktoru nema ostatka zračenja, pa ne postoji sigurnost ako bi potrošeni pozitronski reaktor slučajno ponovno ušao u Zemljinu atmosferu, tvrdi tim.
Sigurnije će biti i lansiranje. Ako eksplodira raketa koja nosi nuklearni reaktor, mogla bi pustiti radioaktivne čestice u atmosferu. „Naša bi svemirska letjelica puštala bljesak gama-zraka kada bi eksplodirala, ali gama zrake bi nestale u trenu. Ne bi bilo radioaktivnih čestica koje bi se motale na vjetru. Bljeskalica bi također bila ograničena na relativno malo područje. Zona opasnosti bila bi oko kilometar (oko pola milje) oko svemirske letjelice. Obična velika raketa s kemijskim pogonom ima opasnu zonu približno iste veličine, zbog velike vatrene kugle koja bi nastala eksplozijom “, rekao je Smith.
Još jedna značajna prednost je brzina. Svemirska letjelica Referentna misija odvela bi astronaute na Mars za oko 180 dana. "Naši napredni dizajni, poput plinske jezgre i ablativnih koncepata motora, mogli bi odvesti astronaute na Mars u polovici tog vremena, a možda čak i za samo 45 dana", rekao je Kirby Meyer, inženjer iz studije Positronics Research.
Napredni motori rade to zagrijavanjem, što povećava njihovu učinkovitost ili „specifični impuls“ (Isp). Isp je raketna kilometraža "milja po galonu": što je veći Isp, brži možete prijeći prije nego što potrošite zalihe goriva. Najbolje kemijske rakete, poput NASA-inog glavnog svemirskog šatla, postižu se maksimalno na oko 450 sekundi, što znači da će kilogram goriva stvoriti kilogram potiska za 450 sekundi. Nuklearni ili pozitronski reaktor može napraviti više od 900 sekundi. Ablativni motor, koji se polako isparava kako bi stvorio potisak, mogao bi proći čak 5000 sekundi.
Jedan tehnički izazov za stvarnost pozitronskog svemirskog broda je trošak izrade pozitrona. Zbog svog spektakularnog učinka na normalnu materiju, ne sjedi puno antimaterije. U svemiru se stvara u sudarima čestica velike brzine zvane kozmičke zrake. Na Zemlji, to se mora stvoriti u akceleratorima čestica, ogromnim strojevima koji zajedno razbijaju atome. Strojevi se obično koriste kako bi otkrili kako svemir djeluje na dubokoj, temeljnoj razini, ali ih se može upotrijebiti kao tvornice antimaterija.
"Gruba procjena za proizvodnju 10 miligrama pozitrona potrebnih za ljudsku misiju na Marsu iznosi oko 250 milijuna dolara koristeći tehnologiju koja je trenutno u fazi razvoja", rekao je Smith. Taj se trošak može činiti visokim, ali treba uzeti u obzir dodatni trošak za pokretanje teže kemijske rakete (trenutni troškovi lansiranja kreću se oko 10 000 USD po funti) ili troškove goriva i sigurnog nuklearnog reaktora. "Na temelju iskustva s nuklearnom tehnologijom, čini se razumnim očekivati da će se troškovi proizvodnje pozitrona smanjiti s više istraživanja", dodao je Smith.
Drugi je izazov spremanje dovoljno positrona u malom prostoru. Budući da uništavaju normalnu materiju, ne možete ih jednostavno staviti u bocu. Umjesto toga, moraju biti sadržani s električnim i magnetskim poljem. "Osjećamo se sigurnim da će se posvećenim programom istraživanja i razvoja ovi izazovi moći prevazići", rekao je Smith.
Ako je to slučaj, možda će prvi ljudi koji su stigli na Mars stići u svemirskim brodovima koje pokreće isti izvor koji je ispalio zvjezdane brodove širom svemira naših snova znanstvene fantastike.
Izvorni izvor: NASA News Release
