Jei norite pastatyti galingą erdvėlaivį, nieko geriau nei antimedžiaga. NASA Pažangiųjų koncepcijų institutas finansuoja tyrėjų komandą, kuri bandytų suprojektuoti antimedžiaginį erdvėlaivį, kuris padėtų išvengti kai kurių iš šių problemų.
Labiausiai save gerbiantys mokslinės fantastikos istorijų žvaigždėlai naudoja antikines medžiagas kaip kurą dėl pateisinamos priežasties - tai pats stipriausias žinomas kuras. Nors žmogaus misijai į Marsą reikia tonų cheminio kuro, tai padarys tik dešimtys miligramų antimedžiagos (miligramas yra maždaug viena tūkstantosios dalies originalaus „M&M“ saldainio gabalo masės).
Tačiau iš tikrųjų ši galia turi kainą. Kai kurios antimaterijos reakcijos sukelia didelės gama spinduliuotės sprogimus. Gama spinduliai yra tarsi steroidų rentgeno spinduliai. Jie prasiskverbia į materiją ir skyla molekulėmis ląstelėse, todėl nėra sveika būti šalia. Didelės energijos gama spinduliai taip pat gali variklius padaryti radioaktyvius, suskaidydami variklio medžiagos atomus.
NASA pažangiųjų koncepcijų institutas (NIAC) finansuoja tyrėjų komandą, kuriančią naują antimaterijos varomo kosminio laivo, kuris išvengia šio nemalonaus šalutinio poveikio, gamindamas gama spindulius, kurių energija yra daug mažesnė, dizainą.
Antimaterija kartais vadinama normalios materijos veidrodiniu atvaizdu, nes nors ji atrodo kaip įprasta materija, kai kurios savybės yra atvirkščios. Pavyzdžiui, normalūs elektronai, žinomos dalelės, pernešančios elektros srovę visose vietose, pradedant mobiliaisiais telefonais ir baigiant plazminiais televizoriais, turi neigiamą elektros krūvį. Antielektronai turi teigiamą krūvį, todėl mokslininkai juos pavadino „pozitroniais“.
Kai antimaterija susitinka su materija, abu sunaikina energijos pliūpsnį. Dėl šio visiško virsmo energija antimaterija tampa tokia galinga. Net branduolinės reakcijos, galinčios generuoti atomines bombas, įvyksta per ilgą sekundę, ir tik apie tris procentus jų masės paverčiama energija.
Ankstesni antimaterija varomi erdvėlaivių projektai naudojo antiprotonus, kurie sunaikindami sukelia didelius energijos gama spindulius. Naujame dizaine bus naudojami pozitronai, kurie gama spindulius sukuria maždaug 400 kartų mažiau energijos.
NIAC tyrimas yra preliminarus tyrimas siekiant išsiaiškinti, ar idėja yra įgyvendinama. Jei tai atrodo daug žadančiai ir yra lėšų sėkmingai technologijai plėtoti, erdvėlaivis, turintis pozitronus, turėtų keletą pranašumų, palyginti su esamais žmogaus misijos į Marsą, vadinamojo „Mars Reference Mission“, planais.
„Reikšmingiausias pranašumas yra didesnis saugumas“, - sakė dr. Geraldas Smithas iš „Positronics Research“, LLC, Santa Fė, Naujojoje Meksikoje. Dabartinė pamatinė misija ragina naudoti branduolinį reaktorių, kuriuo būtų galima nukreipti erdvėlaivį į Marsą. Tai yra pageidautina, nes branduolinis variklis sumažina kelionės į Marsą laiką, padidindamas įgulos saugumą sumažindamas kosminių spindulių poveikį. Be to, chemiškai varomas erdvėlaivis sveria kur kas daugiau ir kainuoja daug daugiau. Reaktorius taip pat suteikia didelę galią trejų metų misijai. Bet branduoliniai reaktoriai yra sudėtingi, todėl misijos metu daugiau dalykų gali suklysti. „Vis dėlto pozitronų reaktorius siūlo tuos pačius pranašumus, tačiau yra gana paprastas“, - teigė Smithas, NIAC tyrimo pagrindinis tyrėjas.
Be to, branduoliniai reaktoriai yra radioaktyvūs net ir pasibaigus jų kurui. Laivui atplaukus į Marsą, referencinių misijų planuose yra nukreipti reaktorių į orbitą, kuri nesusidurs su Žeme mažiausiai milijoną metų, kai likutinė radiacija bus sumažinta iki saugaus lygio. Vis dėlto, panaudojus kurą, pozitronų reaktoriuje nėra likusios radiacijos, todėl nėra saugaus susirūpinimo, jei panaudotas pozitronų reaktorius atsitiktinai turėtų vėl patekti į Žemės atmosferą, teigia komanda.
Taip pat bus saugiau paleisti. Jei raketa, gabenanti branduolinį reaktorių, sprogs, ji gali išleisti radioaktyviąsias daleles į atmosferą. „Mūsų pozitronų erdvėlaivis išleistų gama spindulių blykstę, jei ji sprogo, tačiau gama spinduliai akimirksniu dings. Nebūtų radioaktyvių dalelių, kurios dreifuotų vėjyje. Blykstė taip pat būtų naudojama tik santykinai mažame plote. Pavojinga zona būtų apie kilometrą (apie pusę mylios) aplink erdvėlaivį. Įprasta didelė, chemiškai varoma raketa turi maždaug tokio paties dydžio pavojingą zoną dėl didelio sprogimo, kuris galėtų kilti dėl jo sprogimo “, - sakė Smithas.
Kitas reikšmingas pranašumas yra greitis. Erdvėlaivis „Reference Mission“ kosmonautus į Marsą nuvežtų per maždaug 180 dienų. „Mūsų pažangūs projektai, tokie kaip dujų šerdis ir abliatyvaus variklio koncepcija, per pusę to laiko, o galbūt net per 45 dienas, galėtų nuvežti astronautus į Marsą“, - teigė šio tyrimo „Positronics Research“ inžinierius Kirby Meyeris.
Pažangesni varikliai tai daro veikdami karštu režimu, o tai padidina jų efektyvumą arba „specifinį impulsą“ (Isp). Isp yra „mylių už galoną“ arkliukas: kuo aukštesnis Isp, tuo greičiau galite nuvažiuoti prieš išeikvodami degalus. Geriausios cheminės raketos, tokios kaip pagrindinis NASA „Space Shuttle“ variklis, maksimaliai išvysto maždaug per 450 sekundžių, o tai reiškia, kad svaras degalų sukurs svaro svarą 450 sekundžių. Branduolinis ar pozitronų reaktorius gali užtrukti daugiau nei 900 sekundžių. Abliatyvinis variklis, kuris lėtai išgaruoja ir sukuria trauka, gali įsibėgėti iki 5000 sekundžių.
Vienas techninių iššūkių, norint, kad kosminiu erdvėlaiviu „pozitronai“ būtų realybė, yra išlaidos pozitronų pagaminimui. Dėl įspūdingo poveikio normaliai medžiagai aplink nėra daug antimedžiagos. Erdvėje jis sukuriamas greitųjų dalelių, vadinamų kosminiais spinduliais, susidūrimuose. Žemėje jis turi būti sukurtas dalelių greitintuvuose, didžiulėse mašinose, kurios kartu naikina atomus. Mašinos paprastai naudojamos norint sužinoti, kaip Visata veikia giliame, pamatiniame lygyje, tačiau jas galima panaudoti kaip antimedžiagos gamyklas.
"Apytikslis apskaičiavimas pagaminti 10 miligramų pozitronų, reikalingų žmogaus Marso misijai, yra apie 250 milijonų dolerių, naudojant technologiją, kuri šiuo metu yra tobulinama", - sakė Smithas. Ši kaina gali atrodyti didelė, tačiau reikia atsižvelgti į papildomas išlaidas sunkesnės cheminės raketos paleidimui (dabartinės paleidimo išlaidos siekia apie 10 000 USD už svarą) arba išlaidas kurui ir branduolinio reaktoriaus saugumui užtikrinti. „Remiantis branduolinės technologijos patirtimi, atrodo pagrįsta tikėtis, kad padidinus tyrimų rezultatus pozitronų gamybos išlaidos sumažės“, - pridūrė Smithas.
Kitas iššūkis yra pakankamai pozitronų laikymas mažoje erdvėje. Kadangi jie sunaikina normalią medžiagą, jūs negalite jų tiesiog įpilti į butelį. Vietoj to, jie turi būti elektrinio ir magnetinio lauko. „Esame įsitikinę, kad įgyvendinus specialią tyrimų ir plėtros programą šie iššūkiai gali būti įveikti“, - sakė Smithas.
Jei taip yra, galbūt pirmieji žmonės, pasiekę Marsą, atvyks į erdvėlaivius, varomus tuo pačiu šaltiniu, kuris išleido žvaigždėlaivius per mūsų mokslinės fantastikos svajonių visatas.
Originalus šaltinis: NASA naujienų leidinys
