Αν θέλετε να δημιουργήσετε ένα ισχυρό διαστημόπλοιο, τίποτα δεν είναι καλύτερο από την αντιύλη. Το Ινστιτούτο για τις Προχωρημένες Έννοιες της NASA χρηματοδοτεί μια ομάδα ερευνητών για να δοκιμάσουν και να σχεδιάσουν ένα διαστημικό σκάφος με αντιύλη που θα μπορούσε να αποφύγει ορισμένα από αυτά τα προβλήματα.
Τα περισσότερα σεβαστά αστέρια στις ιστορίες επιστημονικής φαντασίας χρησιμοποιούν την ύλη ως καύσιμο για έναν καλό λόγο - είναι το πιο ισχυρό καύσιμο που είναι γνωστό. Ενώ χρειάζονται τόνοι χημικών καυσίμων για την προώθηση μιας ανθρώπινης αποστολής στον Άρη, θα κάνουν μόνο δεκάδες χιλιοστόγραμμα αντιύλης (ένα χιλιοστόγραμμο είναι περίπου το ένα χιλιοστό του βάρους ενός κομματιού της αρχικής καραμέλας M&M).
Ωστόσο, στην πραγματικότητα αυτή η δύναμη έρχεται με μια τιμή. Ορισμένες αντιύλες αντιδράσεις προκαλούν εκρήξεις ακτίνων γάμμα υψηλής ενέργειας. Οι ακτίνες γάμμα είναι σαν ακτινογραφίες στα στεροειδή. Διεισδύουν στην ύλη και διαλύουν μόρια στα κύτταρα, έτσι δεν είναι υγιή για να βρίσκονται κοντά. Οι ακτίνες γάμμα υψηλής ενέργειας μπορούν επίσης να κάνουν τους κινητήρες ραδιενεργούς με τον κατακερματισμό ατόμων του υλικού του κινητήρα.
Το NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) χρηματοδοτεί μια ομάδα ερευνητών που εργάζονται σε ένα νέο σχέδιο για ένα διαστημόπλοιο που λειτουργεί με αντιύλη που αποφεύγει αυτήν την άσχημη παρενέργεια παράγοντας ακτίνες γάμμα με πολύ χαμηλότερη ενέργεια.
Το Antimatter ονομάζεται μερικές φορές το είδωλο της κανονικής ύλης, επειδή ενώ μοιάζει με συνηθισμένη ύλη, ορισμένες ιδιότητες αντιστρέφονται. Για παράδειγμα, τα κανονικά ηλεκτρόνια, τα γνωστά σωματίδια που μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα σε όλα, από κινητά τηλέφωνα έως τηλεοράσεις πλάσματος, έχουν αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο. Τα αντι-ηλεκτρόνια έχουν θετικό φορτίο, οπότε οι επιστήμονες τα ονόμαζαν «ποζιτρόνια».
Όταν η αντιύλη συναντά την ύλη, και οι δύο εκμηδενίζονται με μια λάμψη ενέργειας. Αυτή η πλήρης μετατροπή σε ενέργεια είναι αυτό που κάνει την αντιύλη τόσο ισχυρή. Ακόμη και οι πυρηνικές αντιδράσεις που τροφοδοτούν τις ατομικές βόμβες έρχονται σε ένα μακρινό δευτερόλεπτο, με μόνο περίπου το 3% της μάζας τους να μετατρέπεται σε ενέργεια.
Τα προηγούμενα σχέδια διαστημόπλοιου που τροφοδοτούνται από αντιύλη χρησιμοποίησαν αντιπρωτόνια, τα οποία παράγουν ακτίνες γάμμα υψηλής ενέργειας όταν εκμηδενίζονται. Η νέα σχεδίαση θα χρησιμοποιεί ποζιτρόνια, τα οποία παράγουν ακτίνες γάμμα με περίπου 400 φορές λιγότερη ενέργεια.
Η έρευνα NIAC είναι μια προκαταρκτική μελέτη για να διαπιστωθεί εάν η ιδέα είναι εφικτή. Εάν φαίνεται πολλά υποσχόμενο, και υπάρχουν διαθέσιμα κεφάλαια για την επιτυχή ανάπτυξη της τεχνολογίας, ένα διαστημόπλοιο που λειτουργεί με ποζιτρόνιο θα έχει μερικά πλεονεκτήματα έναντι των υφιστάμενων σχεδίων για μια ανθρώπινη αποστολή στον Άρη, που ονομάζεται Mars Reference Mission.
«Το πιο σημαντικό πλεονέκτημα είναι η μεγαλύτερη ασφάλεια», δήλωσε ο Δρ Gerald Smith της Positronics Research, LLC, στη Σάντα Φε, Νέο Μεξικό. Η τρέχουσα αποστολή αναφοράς καλεί έναν πυρηνικό αντιδραστήρα να προωθήσει το διαστημόπλοιο στον Άρη. Αυτό είναι επιθυμητό επειδή η πυρηνική πρόωση μειώνει τον χρόνο ταξιδιού στον Άρη, αυξάνοντας την ασφάλεια του πληρώματος μειώνοντας την έκθεσή τους σε κοσμικές ακτίνες. Επίσης, ένα διαστημικό σκάφος με χημική ισχύ ζυγίζει πολύ περισσότερο και κοστίζει πολύ περισσότερα για την εκτόξευσή του. Ο αντιδραστήρας παρέχει επίσης μεγάλη ισχύ για την τριετή αποστολή. Όμως οι πυρηνικοί αντιδραστήρες είναι περίπλοκοι, έτσι περισσότερα πράγματα θα μπορούσαν ενδεχομένως να πάνε στραβά κατά τη διάρκεια της αποστολής. «Ωστόσο, ο αντιδραστήρας ποζιτρονίων προσφέρει τα ίδια πλεονεκτήματα, αλλά είναι σχετικά απλός», δήλωσε ο Smith, επικεφαλής ερευνητής της μελέτης NIAC.
Επίσης, οι πυρηνικοί αντιδραστήρες είναι ραδιενεργό ακόμη και μετά την εξάντληση των καυσίμων τους. Μετά την άφιξη του πλοίου στον Άρη, τα σχέδια αποστολής αναφοράς είναι να κατευθύνουν τον αντιδραστήρα σε τροχιά που δεν θα συναντήσει τη Γη για τουλάχιστον ένα εκατομμύριο χρόνια, όταν η υπολειπόμενη ακτινοβολία θα μειωθεί σε ασφαλή επίπεδα. Ωστόσο, δεν υπάρχει υπολειπόμενη ακτινοβολία σε έναν αντιδραστήρα ποζιτρονίων μετά την εξάντληση του καυσίμου, οπότε δεν υπάρχει ανησυχία για την ασφάλεια εάν ο αντιδραστήρας αναλωμένου ποζιτρονίου θα έπρεπε να εισέλθει κατά λάθος στην ατμόσφαιρα της Γης, σύμφωνα με την ομάδα.
Θα είναι πιο ασφαλές να ξεκινήσετε επίσης. Εάν ένας πύραυλος που μεταφέρει έναν πυρηνικό αντιδραστήρα εκραγεί, θα μπορούσε να απελευθερώσει ραδιενεργά σωματίδια στην ατμόσφαιρα. «Το διαστημόπλοιο ποζιτρονίων μας θα απελευθέρωζε μια λάμψη ακτίνων γάμμα εάν εκραγεί, αλλά οι ακτίνες γάμμα θα εξαφανιστούν σε μια στιγμή. Δεν θα υπήρχαν ραδιενεργά σωματίδια για να παρασύρονται στον άνεμο. Το φλας θα περιοριζόταν επίσης σε μια σχετικά μικρή περιοχή. Η ζώνη κινδύνου θα ήταν περίπου ένα χιλιόμετρο (περίπου μισό μίλι) γύρω από το διαστημικό σκάφος. Ένας συνηθισμένος μεγάλος πύραυλος με χημική ισχύ έχει ζώνη κινδύνου περίπου του ίδιου μεγέθους, λόγω της μεγάλης βολίδας που θα προκύψει από την έκρηξή του », δήλωσε ο Smith.
Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα είναι η ταχύτητα. Το διαστημικό σκάφος Reference Mission θα μεταφέρει αστροναύτες στον Άρη σε περίπου 180 ημέρες. «Τα προηγμένα σχέδιά μας, όπως ο πυρήνας του αερίου και οι απόλυτες έννοιες του κινητήρα, θα μπορούσαν να μεταφέρουν αστροναύτες στον Άρη στο μισό χρόνο, και ίσως ακόμη και σε μόλις 45 ημέρες», δήλωσε ο Kirby Meyer, μηχανικός της Positronics Research στη μελέτη.
Οι προηγμένοι κινητήρες το κάνουν αυτό με τη λειτουργία ζεστού, γεγονός που αυξάνει την αποδοτικότητά τους ή «συγκεκριμένη ώθηση» (ISP). Το Isp είναι τα «μίλια ανά γαλόνι» πυραύλων: όσο υψηλότερο είναι το Isp, τόσο πιο γρήγορα μπορείτε να πάτε πριν εξαντλήσετε την τροφοδοσία καυσίμου. Οι καλύτεροι χημικοί πύραυλοι, όπως ο κύριος κινητήρας του Space Shuttle της NASA, φτάνουν τα 450 δευτερόλεπτα περίπου, πράγμα που σημαίνει ότι μια λίβρα καυσίμου θα παράγει μια λίβρα ώθησης για 450 δευτερόλεπτα. Ένας πυρηνικός αντιδραστήρας ποζιτρονίων μπορεί να κάνει πάνω από 900 δευτερόλεπτα. Ο αφαιρετικός κινητήρας, ο οποίος εξατμίζεται αργά για να παράγει ώθηση, θα μπορούσε να φτάσει τα 5.000 δευτερόλεπτα.
Μια τεχνική πρόκληση για να γίνει πραγματικότητα ένα διαστημόπλοιο ποζιτρονίων είναι το κόστος παραγωγής των ποζιτρονίων. Λόγω της θεαματικής του επίδρασης στην κανονική ύλη, δεν υπάρχει πολλή αντιύλη. Στο διάστημα, δημιουργείται σε συγκρούσεις σωματιδίων υψηλής ταχύτητας που ονομάζονται κοσμικές ακτίνες. Στη Γη, πρέπει να δημιουργηθεί σε επιταχυντές σωματιδίων, τεράστιες μηχανές που συντρίβουν άτομα. Οι μηχανές χρησιμοποιούνται συνήθως για να ανακαλύψουν πώς λειτουργεί το σύμπαν σε βαθύ, θεμελιώδες επίπεδο, αλλά μπορούν να αξιοποιηθούν ως εργοστάσια αντιύλης.
«Μια πρόχειρη εκτίμηση για την παραγωγή των 10 χιλιοστογράμμων ποζιτρονίων που απαιτούνται για την αποστολή του ανθρώπου στον Άρη είναι περίπου 250 εκατομμύρια δολάρια χρησιμοποιώντας τεχνολογία που βρίσκεται επί του παρόντος υπό ανάπτυξη», δήλωσε ο Smith. Αυτό το κόστος μπορεί να φαίνεται υψηλό, αλλά πρέπει να ληφθεί υπόψη σε σχέση με το επιπλέον κόστος για την εκτόξευση ενός βαρύτερου χημικού πυραύλου (το τρέχον κόστος εκτόξευσης είναι περίπου 10.000 $ ανά λίβρα) ή το κόστος για την τροφοδοσία και την ασφάλεια ενός πυρηνικού αντιδραστήρα. «Με βάση την εμπειρία με την πυρηνική τεχνολογία, φαίνεται λογικό να αναμένεται μείωση του κόστους παραγωγής ποζιτρονίων με περισσότερη έρευνα», πρόσθεσε ο Smith.
Μια άλλη πρόκληση είναι η αποθήκευση αρκετών ποζιτρονίων σε μικρό χώρο. Επειδή καταστρέφουν την κανονική ύλη, δεν μπορείτε να τα γεμίσετε μόνο σε ένα μπουκάλι. Αντ 'αυτού, πρέπει να συγκρατούνται με ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. «Αισθανόμαστε σίγουροι ότι με ένα ειδικό πρόγραμμα έρευνας και ανάπτυξης, αυτές οι προκλήσεις μπορούν να ξεπεραστούν», δήλωσε ο Smith.
Εάν συμβαίνει αυτό, ίσως οι πρώτοι άνθρωποι που θα φτάσουν στον Άρη θα φτάσουν σε διαστημόπλοια που τροφοδοτούνται από την ίδια πηγή που πυροδότησε τα αστέρια στα σύμπαντα των ονείρων της επιστημονικής φαντασίας μας.
Αρχική πηγή: Δελτίο Τύπου της NASA
