Kui soovite ehitada võimsa kosmoselaeva, pole miski parem kui antimaterjal. NASA arenenud kontseptsioonide instituut rahastab teadlaste meeskonda, et proovida kujundada antimaterjalist kosmoselaev, mis aitaks mõnda neist probleemidest vältida.
Enamik iseenesest lugupidavaid ulmejuttude tähelaevu kasutavad anti-ainet kütusena mõjuval põhjusel - see on kõige tugevam teadaolev kütus. Ehkki inimese missiooni Marsile suunamiseks on vaja tonni keemilist kütust, teeb seda vaid kümned milligrammid antimaterjalid (milligramm on umbes tuhatosa M&M kommide tüki massist).
Tegelikult on sellel võimsusel siiski hind. Mõned antimaterjalireaktsioonid põhjustavad suure energiaga gammakiirte plahvatusi. Gammakiired on nagu steroidide röntgenikiirgus. Nad tungivad läbi mateeria ja lõhustavad rakkudes molekule, nii et nende läheduses pole tervislik olla. Suure energiaga gammakiired võivad mootoreid muuta radioaktiivseteks, purustades mootori materjali aatomid.
NASA arenenud kontseptsioonide instituut (NIAC) rahastab teadlaste meeskonda, kes töötab välja antimaterjalidega töötava kosmoselaeva uue kujunduse, mis väldib seda vastikut kõrvalmõju, tootes gammakiiri palju väiksema energiakuluga.
Antimateriat nimetatakse mõnikord normaalse mateeria peegelpildiks, kuna kuigi see näeb välja nagu tavaline aine, on mõned omadused vastupidised. Näiteks tavalistel elektronidel, tuttavatel osakestel, mis kannavad elektrivoolu kõigest mobiiltelefonidest plasmateleritele, on negatiivne elektrilaeng. Antielektronitel on positiivne laeng, seetõttu nimetasid teadlased neid positroniteks.
Kui antimateria kohtub mateeriaga, hävivad mõlemad energiaga. See täielik energiaks muundamine muudab antimaterjali nii võimsaks. Isegi tuumareaktsioonid, mis aatomipomme võidavad, tulevad kauge sekundiga, energiaks muundatakse ainult umbes kolm protsenti nende massist.
Varasemates antimaterjalidega töötavates kosmoselaevade konstruktsioonides kasutati antiprotone, mis hävitavad suure energiaga gammakiiri. Uues kujunduses kasutatakse positroone, mis annavad gammakiiri umbes 400 korda vähem energiat.
NIAC uuring on eeluuring, et näha, kas idee on teostatav. Kui see tundub paljulubav ja tehnoloogia edukaks arendamiseks on olemas raha, oleks positron-toega kosmoselaeval paar eelist olemasolevate plaanide osas, mis käsitlevad inimmissiooni Marsil, mida nimetatakse Marsi tugimissiooniks.
"Kõige olulisem eelis on suurem turvalisus," ütles dr Gerald Smith Positronics Research, LLC-st, New Mexico osariigis Santa Fe-s. Praegune tugimissioon nõuab kosmoselaeva Marsile suunamiseks tuumareaktorit. See on soovitav, kuna tuumajõu kasutamine vähendab Marsile kulgevat aega, suurendades meeskonna ohutust, vähendades nende kokkupuudet kosmiliste kiirtega. Ka keemiliselt töötav kosmoselaev kaalub palju rohkem ja selle käivitamine maksab palju rohkem. Reaktor annab ka kolmeaastase missiooni jaoks rohkesti jõudu. Kuid tuumareaktorid on keerukad, nii et mis tahes ajal võivad potentsiaalselt valesti minna veel paljud asjad. "Positronreaktor pakub küll samu eeliseid, kuid on suhteliselt lihtne," ütles NIAC uuringu juhtivteadur Smith.
Tuumareaktorid on radioaktiivsed ka pärast nende kütuse kasutamist. Pärast laeva saabumist Marsile on missiooni plaanid suunata reaktor orbiidile, mis ei kohta Maad vähemalt miljon aastat, kui jääkkiirgus väheneb ohutule tasemele. Pärast kütuse ärakasutamist positronreaktoris siiski järelejäänud kiirgust ei teki, seega pole meeskonna sõnul muret selle pärast, kas kasutatud positronreaktor peaks Maa atmosfääri kogemata tagasi sattuma.
Samuti on kindlam käivitada. Tuumareaktorit kandva raketi plahvatus võib vabastada atmosfääri radioaktiivseid osakesi. “Meie positron-kosmoselaev vabastaks gammakiirte välgu, kui see plahvataks, kuid gammakiired kaoksid hetkega. Tuule käes triivida ei tohiks radioaktiivseid osakesi. Välk piirduks ka suhteliselt väikese alaga. Ohuala oleks kosmoselaeva ümber umbes kilomeeter (umbes pool miil). Tavalisel suurel keemilisel jõul töötaval raketil on umbes sama suur ohutsoon suure tulekera tõttu, mis selle plahvatusest tuleneda võiks, ”ütles Smith.
Teine oluline eelis on kiirus. Kosmoseaparaat Reference Mission viib astronaudid Marsile umbes 180 päevaga. "Meie täiustatud konstruktsioonid, nagu näiteks gaasisüdamik ja ablatiivse mootori kontseptsioonid, võiksid astronaudid Marsile viia poole ajaga ja võib-olla isegi kõigest 45 päevaga," ütles uuringu Positronics Research insener Kirby Meyer.
Kaugelearenenud mootorid teevad seda kuumtöötades, mis suurendab nende efektiivsust või „spetsiifilist impulssi” (Isp). Isp on raketid "miili galloni kohta": mida kõrgem on ISP, seda kiiremini saate minna enne oma kütusevarude ärakasutamist. Parimad keemilised raketid, nagu NASA kosmosesüstiku peamasin, saavad maksimaalse kiiruse umbes 450 sekundi jooksul, mis tähendab, et nael kütust tekitab naela tõukejõu 450 sekundit. Tuuma- või positronreaktor võib teha üle 900 sekundi. Aeglaselt aurustuv mootor, mis tõukejõu tekitamiseks aurustub, võib minna 5000 sekundile.
Positron-kosmoselaeva reaalsuseks muutmise üheks tehniliseks väljakutseks on positronide valmistamise kulud. Kuna see on normaalsele ainele silmapaistvalt mõjuv, ei istu ümberringi palju antimaterjale. Kosmoses tekib see kiirete osakeste kokkupõrgetes, mida nimetatakse kosmilisteks kiirteks. Maal tuleb see luua osakeste kiirendites, tohututes masinates, mis purustavad aatomeid koos. Masinaid kasutatakse tavaliselt selleks, et avastada, kuidas universum töötab sügaval, põhitasandil, kuid neid saab kasutada antimaterjalitehastena.
"Ligikaudne hinnang inimese Marsi missiooniks vajalike 10 milligrammi positronite saamiseks on umbes 250 miljonit dollarit, kasutades tehnoloogiat, mida praegu arendatakse," ütles Smith. See hind võib tunduda kõrge, kuid seda tuleb arvestada lisakuludega, mis on seotud raskema keemilise raketi käivitamisega (praegused stardikulud on umbes 10 000 dollarit naela kohta) või tuumareaktori kütuse ja ohutuks muutmise kuludega. "Tuumatehnoloogiaga seotud kogemustele tuginedes näib mõistlik eeldada, et positroni tootmiskulud vähenevad veelgi," lisas Smith.
Teine väljakutse on piisavalt positronide hoidmine väikeses ruumis. Kuna need hävitavad tavalise materjali, ei saa te neid lihtsalt pudelisse toppida. Selle asemel peavad need olema elektriliste ja magnetväljadega. "Oleme kindlad, et spetsiaalse teadus- ja arendusprogrammiga saab neist väljakutsetest üle saada," ütles Smith.
Kui see on nii, siis jõuavad ehk esimesed inimesed, kes jõuavad Marsile, kosmoselaevades, mille toiteallikas on sama, mis laseb tähelaevu meie ulme unistuste universumites.
Algne allikas: NASA pressiteade
