Komputerowa ilustracja potencjalnej antymaterii przejażdżka. Zdjęcie: Positronics Research LLC. Kliknij, aby powiększyć.
Wszyscy graliśmy w tę grę jako dzieci - „skacząca żaba” polegała na tym, że jedno dziecko przykucnęło na czworakach, a drugie położyło ręce na ramionach pierwszego. Stojąc w oparciu o siłę grawitacji, stojące dziecko pochyla się głęboko w nogach, a następnie pcha w górę i nad pierwszym. Wynik? Drugie dziecko kuca teraz i następuje kolejny skok podobny do żaby. Nie najskuteczniejszy sposób na dostanie się do zestawu huśtawkowego - ale dużo zabawy w odpowiednim towarzystwie!
Przeskakiwanie nie jest jednak tym samym, co „ładowanie”. Podczas ładowania jeden gracz zgina się i chwyta skórzane pętle na obu butach. Następnie gracz wykonuje ogromny wysiłek ramionami. Przeskakiwanie działa - ładowanie nie działa, po prostu nie da się tego zrobić bez przeskakiwania - zupełnie inna rzecz.
NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) wierzy w przeskakiwanie - nie nie na placu zabaw, ale w lotnictwie. Ze strony internetowej instytutu: „NIAC zachęca wnioskodawców do myślenia o dziesięcioleciach w przyszłości w poszukiwaniu koncepcji, które„ przeskoczą ”ewolucję obecnych systemów lotniczych.” NIAC szuka kilku dobrych pomysłów i jest gotów wesprzeć je sześciomiesięcznymi grantami na nasiona, aby przetestować wykonalność przed przyznaniem poważnych funduszy na badania i rozwój - dostępnych z NASA i innych źródeł. Mamy nadzieję, że takie nasiona wykiełkują, a przyszłe inwestycje doprowadzą je do dojrzałości.
NIAC chce jednak oddzielić przeskakiwanie od ładowania początkowego. Jedna działa, a druga nie ma żadnego sensu. Według NIAC, napęd pozytronowy może doprowadzić do gigantycznego skoku do przodu w sposobie podróżowania po całym Układzie Słonecznym i poza nim. Prawdopodobnie nie ma w tym bootstrapowania.
Rozważcie bliźniacze pozytron - bliźniacze elektrony - bliźniaki ludzkie - bardzo rzadką rzecz. W przeciwieństwie do ludzkich bliźniaków, pozyton raczej nie przetrwa procesu porodu. Dlaczego? Ponieważ pozytony i ich rodzeństwo - elektrony - nie mogą się oprzeć i szybko unicestwią w wybuchu miękkich promieni gamma. Ale ta seria, w kontrolowanych okolicznościach, może zostać przekształcona w dowolną formę „pracy”, którą możesz chcieć wykonać.
Potrzebujesz światła? Wymieszaj pozyton i elektron, a następnie napromieniuj gaz do żarzenia. Potrzebujesz prądu? Wymieszaj kolejną parę i napromieniaj metalowy pasek. Potrzebujesz ciągu? Wystrzel promienie gamma w paliwo, podgrzej je do niesamowicie wysokich temperatur i wypchnij paliwo z tylnej części rakiety. Lub wystrzel te promienie gamma na płytki wolframowe w strumieniu powietrza, podgrzej je i wyrzuć z tyłu samolotu.
Wyobraź sobie, że masz zapas pozytonów - co możesz z nimi zrobić? Według Geralda A. Smitha, Principle Investigator for Positronics Research, LLC z Sante Fe, Nowy Meksyk, można się udać praktycznie wszędzie: „gęstość energii antymaterii jest dziesięć rzędów wielkości większa niż chemiczna i trzy rzędy wielkości większa niż rozszczepienie jądrowe lub energia syntezy jądrowej. ”
A co to oznacza w kontekście napędu? „Mniejsza waga, daleko, daleko, dużo mniejsza waga”.
Stosując oparte na chemii układy napędowe, 55 procent masy związanej z sondą Huygens-Cassini wysłaną na eksplorację Saturna znaleziono w zbiornikach paliwa i utleniacza sondy. Tymczasem rzucenie sondami o masie 5650 kg poza Ziemię wymagało pojazdu nośnego o masie około 180 razy większej niż sam w pełni napełniony Cassini-Huygens (1 032,350 kg).
Używając samych liczb Dr. Smitha - i uwzględniając jedynie siłę manewru wymaganą dla Cassini-Huygensa przy użyciu anihilacji pozytron-elektron, 3100 kg chemicznego paliwa napędzającego oryginalną sondę z 1997 r. Można zmniejszyć do zaledwie 310 mikrogramów elektronów i pozytonów - mniej materii niż w pojedynczej atomizowanej kropli porannej mgły. Dzięki temu zmniejszeniu masy całkowita waga startowa z Canaveral na Saturna może być łatwo zmniejszona dwukrotnie.
Ale anihilacja elektronów pozytonowych jest jak posiadanie dużej ilości powietrza, ale absolutnie żadnej benzyny? Twój samochód nie osiągnie tak daleko tlenu. Elektrony są wszędzie, podczas gdy pozytony nie są naturalnie dostępne na Ziemi. W rzeczywistości, gdzie występują - w pobliżu horyzontów zdarzeń czarnej dziury lub przez krótki czas po tym, jak cząstki o wysokiej energii dostaną się do ziemskiej atmosfery - wkrótce znajdują jeden z tych wszechobecnych elektronów i zaczynają działać fotonicznie. Z tego powodu musisz stworzyć własne.
Wprowadź akcelerator cząstek
Firmy takie jak Positronics Research, kierowane przez Dr. Smitha, pracują nad technologiami związanymi z wykorzystaniem akceleratorów cząstek - takich jak Stanford Linear Accelerator (SLAC) w Menlo Park w Kalifornii. Akceleratory cząstek tworzą pozytony przy użyciu technik produkcji par elektron-pozytron. Odbywa się to poprzez rozbicie relatywistycznie przyspieszonej wiązki elektronów na gęsty cel wolframowy. Wiązka elektronów jest następnie przekształcana w fotony o wysokiej energii, które przemieszczają się przez wolfram i zamieniają się w dopasowane zestawy elektronów i pozytonów. Problem, przed którym dr Smith i inni stworzyli pozytrony, jest łatwiejszy niż skuteczne pułapkowanie, przechowywanie, transport i używanie.
Tymczasem podczas produkcji w parach wszystko, co naprawdę zrobiliście, to upakowanie dużej ilości energii związanej z ziemią w niezwykle małych ilościach bardzo lotnego - ale niezwykle lekkiego - paliwa. Ten proces sam w sobie jest niezwykle nieefektywny i stwarza poważne wyzwania techniczne związane z gromadzeniem wystarczającej ilości antycząstek, aby zasilić statek kosmiczny zdolny do podróży w Wielką Zaświat z prędkościami umożliwiającymi dużą sondę kosmiczną - i ludzką podróż kosmiczną -. Jak to wszystko się wydarzy?
Według dr Smitha „od wielu lat fizycy wyciskają pozytony z wolframowych celów, zderzając pozytrony z materią, spowalniając je o około tysiąca, aby zastosować je w mikroskopach wysokiej rozdzielczości. Ten proces jest strasznie nieefektywny; tylko jedna milionowa pozytonów przetrwała. W przypadku podróży kosmicznych musimy zwiększyć efektywność spowalniania co najmniej tysiąc razy. Po czterech latach ciężkiej pracy z pułapkami elektromagnetycznymi w naszych laboratoriach przygotowujemy się do przechwycenia i schłodzenia pięciu bilionów pozytonów na sekundę w ciągu najbliższych kilku lat. Nasze dalekosiężne cele to pięć trylionów bilionów pozytonów na sekundę. Przy takim tempie moglibyśmy zatankować nasz pierwszy lot w kosmos napędzany pozytronem w ciągu kilku godzin. ”
Chociaż prawdą jest, że silnik anihilacji pozytonów wymaga również propelentu (zazwyczaj w postaci sprężonego wodoru), ilość samego propelenta jest zmniejszona do prawie 10 procent ilości wymaganej przez konwencjonalną rakietę - ponieważ do reakcji nie jest potrzebny utleniacz z paliwem. Tymczasem przyszłe jednostki mogą faktycznie być w stanie zebrać materiał napędowy z wiatru słonecznego i ośrodka międzygwiezdnego. Powinno to również prowadzić do znacznego zmniejszenia masy startowej takiego statku kosmicznego.
Wpisany przez Jeff Barbour
