Ilustrație pe computer a unei potențiale unități antimaterie. Credit imagine: Positronics Research LLC. Faceți clic pentru a mări.
Toți am jucat jocul de copii - „leapfrog” a implicat un copil ghemuit pe toate paturile, în timp ce un al doilea a pus mâinile pe umerii primului. Îndepărtat de atracția gravitațională, copilul în picioare se apleacă profund la picioare, apoi se aruncă în sus și peste vârful primului. Rezultatul? Cel de-al doilea copil acum se ghemuiește și celălalt salt încet continuă pe rând. Nu cel mai eficient mod de a ajunge la swing set - dar multă distracție în compania potrivită!
Cu toate acestea, saltul nu este același cu „bootstrapping”. În timp ce bootstrapping, un singur jucător se îndoaie și apucă buclele de piele la exteriorul ambelor cizme. Jucătorul face apoi un efort extraordinar în sus cu brațele. Funcționări de salturi de mână - bootstrapping-ul nu este, pur și simplu nu se poate face fără sări - un lucru cu totul altceva.
Institutul NASA pentru Conceptele Avansate (NIAC) crede în leapfrogging - nu nu pe locul de joacă, ci în aerospațial. De pe site-ul propriu al institutelor: „NIAC încurajează propunătorii să gândească decenii în viitor, urmărind concepte care vor„ sări ”evoluția sistemelor aerospațiale actuale.” NIAC caută câteva idei bune și este dispusă să le sprijine cu subvenții pentru semințe de șase luni pentru a testa fezabilitatea înainte ca fondurile serioase de cercetare și dezvoltare - disponibile de la NASA și din alte părți - să fie alocate. Sperăm ca astfel de semințe să poată germina și investițiile viitoare le cresc până la maturitate.
Totuși, NIAC dorește să separe saltul de blocaje de bootstrapping. Unul funcționează și celălalt nu are niciun sens. Conform NIAC, acționarea pozitronului ar putea duce la un salt uriaș înainte în modul în care călătorim pe întregul sistem solar și nu numai. Probabil că nu există un bootstrapping în acest sens.
Luați în considerare pozitronul - gemenii oglinzi ai electronilor - ca gemenii umani, un lucru foarte rar. Spre deosebire de gemenii umani, este puțin probabil ca un pozitron să supraviețuiască procesului de naștere. De ce? Deoarece pozitronii și frații lor - electroni - se găsesc reciproc irezistibili și se anihilează rapid într-o explozie de raze gamma moi. Dar explozia, în circumstanțe controlate, poate fi transformată în orice formă de „muncă” pe care ați dori să o faceți.
Ai nevoie de lumină? Amestecați un pozitron și un electron, apoi iradiați un gaz până la incandescență. Ai nevoie de electricitate? Amestecați o altă pereche și iradiați o bandă metalică. Ai nevoie de tracțiune? Trageți aceste raze gamma într-un propulsor, încălziți-l la temperaturi extrem de ridicate și împingeți propulsorul în spatele rachetei. Sau, trage acele raze gamma în plăci de tungsten într-un flux de aer, încălzește aerul și aruncă-l în spatele unei aeronave.
Imaginați-vă că aveți o sursă de pozitroni - ce ați putea face cu ei? Potrivit lui Gerald A. Smith, principalul investigator pentru Positronics Research, LLC din Sante Fe, New Mexico, ai putea merge aproape oriunde, „densitatea energetică a antimateriei este de zece ordine de mărime mai mare decât cea chimică și trei ordine de magnitudine mai mare decât fisiunea nucleară. sau energia de fuziune. ”
Și ce înseamnă asta în ceea ce privește propulsia? „Greutate mai mică, mult mai mare, mult mai mică.”
Folosind sisteme de propulsie bazate chimic, 55% din greutatea asociată cu sonda Huygens-Cassini trimisă pentru a explora Saturn a fost găsită în rezervoarele de combustibil și oxidante ale sondei. Între timp, pentru a arunca sondele 5650 kg de greutate dincolo de Pământ a necesitat un vehicul de lansare care cântărește aproximativ 180 de ori mai mult decât însuși Cassini-Huygens, complet alimentat (1.032,350 kg).
Folosind doar numerele Dr. Smith și luând în considerare doar manevra de tracțiune necesară pentru Cassini-Huygens folosind anihilarea electronilor pozitroni, 3100 kg de propulsor chimic care încarcă sonda inițială din 1997 ar putea fi reduse la doar 310 micrograme de electroni și pozitroni - mai puțin materie decât cea găsită într-o singură picătură atomizată de ceață dimineață. Și cu această reducere a masei, greutatea totală a lansării de la Canaveral la Saturn ar putea fi ușor redusă cu un factor de doi.
Dar anihilarea pozitronilor-electroni este ca și cum ai avea mult aer, dar absolut fără benzină? mașina dvs. nu va ajunge departe de oxigen singur. Electronii sunt peste tot, în timp ce pozitronii nu sunt disponibili în mod natural pe Pământ. De fapt, acolo unde se întâmplă - în apropierea orizonturilor de evenimente în gaura neagră sau pentru perioade scurte de timp după ce particulele cu energie ridicată intră în atmosfera Pământului - ei găsesc curând unul dintre acei electroni omniprezenti și trec fotonic. Din acest motiv, trebuie să-ți faci singur.
Introduceți acceleratorul de particule
Companii precum Positronics Research, conduse de Dr. Smith, lucrează la tehnologii inerente utilizării acceleratoarelor de particule - cum ar fi Stanford Linear Accelerator (SLAC), situat în Parcul Menlo, California. Acceleratoarele de particule creează pozitroni folosind tehnici de producere a perechilor de electroni-pozitroni. Acest lucru se realizează prin distrugerea unui fascicul de electroni accelerat relativistic într-o țintă densă de wolfram. Fasciculul de electroni este apoi transformat în fotoni cu energie mare, care se deplasează prin tungsten și se transformă în seturi de electroni și pozitroni potrivite. Problema dinaintea dr. Smith și a celorlalți care creează pozitroni este mai ușoară decât prinderea, stocarea, transportul și utilizarea eficientă a acestora.
Între timp, în timpul producției de perechi, tot ce ați făcut într-adevăr este ambalat o mulțime de energie legată de pământ în cantități extrem de mici de combustibil extrem de volatil - dar extrem de ușor. Acest proces în sine este extrem de ineficient și introduce provocări tehnice majore legate de acumularea de suficiente anti-particule pentru a alimenta o navă spațială capabilă să călătorească în Marea Dincolo, la viteze care să facă posibilă sonda spațială mare și spațiu uman. Cum este posibil să se joace toate acestea?
Potrivit doctorului Smith, „timp de mai mulți ani, fizicienii au stors pozitroni din țintele de tungsten, ciocnind pozitronii cu materia, încetinindu-i cu o mie sau mai mult pentru a fi folosiți la microscopuri de înaltă rezoluție. Acest proces este oribil de ineficient; doar o milionime din pozitroni supraviețuiesc. Pentru călătoriile în spațiu, trebuie să creștem eficiența de încetinire cu cel puțin un factor de o mie. După patru ani de muncă asiduă cu capcane electromagnetice în laboratoarele noastre, ne pregătim să surprindem și să răcorim cinci trilioane de pozitroni pe secundă în următorii câțiva ani. Obiectivele noastre pe raza lungă de acțiune sunt cinci pozitive de patru trilioane pe secundă. În acest ritm, am putea alimenta pentru primul nostru zbor alimentat cu pozitron în spațiu în câteva ore. ”
Deși este adevărat că un motor de anihilare cu pozitron necesită, de asemenea, propulsor (în mod obișnuit sub formă de gaz hidrogen comprimat), cantitatea de propulsor în sine este redusă la aproape 10 la sută din cea necesară de o rachetă convențională - deoarece nu este nevoie de oxidant pentru a reacționa cu combustibilul. Între timp, viitoarea ambarcațiune poate fi capabilă să scoată propulsorul din vântul solar și mediul interstelar. Aceasta ar trebui, de asemenea, să conducă la o reducere semnificativă a greutății de lansare a acestor nave spațiale.
Scris de Jeff Barbour
