Иллюстрация компьютера потенциального привода антивещества. Изображение предоставлено: Positronics Research LLC. Нажмите, чтобы увеличить.
Мы все играли в эту игру как дети - «перепрыгивание» включало одного ребенка на корточках на четвереньках, а второй положил руки на плечи первого. Придерживаясь силы тяжести, стоящий ребенок сгибается в ногах глубоко, затем толкает вверх и над верхней частью первого. Результат? Второй ребенок теперь садится на корточки, а другой, как лягушка, прыгает по очереди. Не самый эффективный способ попасть на качели - но весело в правильной компании!
Однако скачкообразная перестройка - это не то же самое, что «начальная загрузка». Во время начальной загрузки одиночный игрок сгибает и хватает кожаные петли снаружи обоих ботинок. Затем игрок делает огромное усилие вверх руками. Прыжок работает - самозагрузка - нет, просто не может быть и без прыжка - совсем другое дело.
Институт передовых концепций НАСА (NIAC) верит в скачкообразное движение - не на игровой площадке, а в космическом пространстве. С веб-сайта института: «NIAC поощряет разработчиков задуматься о десятилетиях в будущем в поисках концепций, которые« перепрыгнут »на эволюцию современных аэрокосмических систем». NIAC ищет несколько хороших идей и готов поддержать их шестимесячными семенными грантами для проверки осуществимости до того, как будут выделены серьезные средства на исследования и разработки - доступные от НАСА и других стран. Надеемся, что такие семена могут прорасти, и будущие инвестиции вырастут их до зрелости.
Однако NIAC хочет отделить скачкообразную перестройку от начальной загрузки. Один работает, а другой не имеет никакого смысла. Согласно NIAC, движение позитронов может привести к гигантскому скачку вперед в том, как мы путешествуем по Солнечной системе и за ее пределами. Там, вероятно, нет начальной загрузки об этом.
Рассмотрим позитронно-зеркальный двойник электроноподобных человеческих близнецов, очень редкую вещь. В отличие от человеческих близнецов, позитрон вряд ли переживет процесс рождения. Почему? Потому что позитроны и их братья и сестры - электроны - находят друг друга неотразимыми и быстро уничтожаются взрывом мягких гамма-лучей. Но этот взрыв при контролируемых обстоятельствах может быть преобразован в любую форму «работы», которую вы, возможно, захотите выполнить.
Нужен свет? Смешайте позитрон и электрон, затем облучите газ до накаливания. Нужно электричество? Смешайте другую пару и облучите металлическую полосу. Нужна тяга? Стреляйте в эти гамма-лучи в топливо, нагревайте его до невероятно высоких температур и выталкивайте топливо из задней части ракеты. Или, снимите эти гамма-лучи в вольфрамовые пластины в потоке воздуха, нагрейте этот воздух и выбросьте его из задней части самолета.
Представьте, что у вас есть запас позитронов - что вы можете с ними сделать? По словам Джеральда А. Смита, главного исследователя Positronics Research, LLC из Санте-Фе, штат Нью-Мексико, вы можете пойти куда угодно, «плотность энергии антивещества на десять порядков больше, чем химического вещества, и на три порядка больше, чем ядерного деления. или энергия синтеза. »
И что это значит с точки зрения движения? «Меньше веса, намного, намного, гораздо меньше веса».
При использовании двигательных установок на химической основе 55 процентов веса, связанного с зондом Гюйгенса-Кассини, отправленного для исследования Сатурна, были обнаружены в баках для топлива и окислителя. Между тем, чтобы бросить зонды весом 5650 кг за пределы Земли, требовалась ракета-носитель, вес которой примерно в 180 раз больше, чем у полностью заправленного Cassini-Huygens (1 032 350 кг).
Используя только числа доктора Смита - и только учитывая маневренную тягу, необходимую для Кассини-Гюйгенса с использованием аннигиляции позитронов - электронов, 3100 кг химического топлива, отягощающего исходный зонд 1997 года, можно было бы сократить до всего лишь 310 микрограммов электронов и позитронов - меньше вещества чем это найдено в одной распыленной капле утреннего тумана. И с этим уменьшением массы общий вес запуска от Канаверала до Сатурна может быть легко уменьшен в два раза.
Но позитрон-электронная аннигиляция - это как много воздуха, но совсем нет бензина? твоя машина не продвинется на одном только кислороде. Электроны повсюду, в то время как позитроны не доступны на Земле естественным образом. Фактически, там, где они происходят - вблизи горизонтов событий черной дыры или в течение коротких периодов времени после того, как частицы высокой энергии входят в атмосферу Земли - они вскоре находят один из этих вездесущих электронов и становятся фотонными. По этой причине вы должны сделать свой собственный.
Введите ускоритель частиц
Такие компании, как Positronics Research, возглавляемая доктором Смитом, работают над технологиями, присущими использованию ускорителей частиц, такими как Стэнфордский линейный ускоритель (SLAC), расположенный в Менло-Парке, Калифорния. Ускорители частиц создают позитроны, используя методы получения электрон-позитронных пар. Это делается путем удара релятивистски ускоренного электронного пучка в плотную вольфрамовую мишень. Затем электронный пучок преобразуется в фотоны высокой энергии, которые проходят через вольфрам и превращаются в согласованные наборы электронов и позитронов. Задача, стоящая перед доктором Смитом и другими создателями позитронов, проще, чем улавливать, хранить, транспортировать и эффективно их использовать.
Между тем, во время парного производства все, что вы действительно сделали, - это упаковали много связанной с землей энергии в чрезвычайно малые количества очень летучего - но очень легкого - топлива. Этот процесс сам по себе крайне неэффективен и создает серьезные технические проблемы, связанные с накоплением достаточного количества античастиц для питания космического корабля, способного путешествовать в Великий Запредельный со скоростями, делающими возможным большой космический зонд - и космическое путешествие человека - возможно. Как все это может закончиться?
По словам доктора Смита, «в течение многих лет физики выдавливали позитроны из вольфрамовых мишеней, сталкивая позитроны с веществом, замедляя их на тысячу или около того для использования в микроскопах высокого разрешения. Этот процесс ужасно неэффективен; выживает только одна миллионная часть позитронов. Для космических путешествий нам нужно увеличить эффективность замедления как минимум в тысячу раз. После четырех лет напряженной работы с электромагнитными ловушками в наших лабораториях мы готовимся захватывать и охлаждать пять триллионов позитронов в секунду в течение следующих нескольких лет. Наши долгосрочные цели - пять триллионов позитронов в секунду. При такой скорости мы могли бы заправиться для нашего первого полета на позитронах в космос за считанные часы ».
Несмотря на то, что для позитронно-аннигиляционного двигателя также необходим пропеллент (как правило, в виде сжатого газообразного водорода), количество самого пропеллента снижается почти до 10 процентов от того, которое требуется для обычной ракеты, поскольку для реакции не требуется окислитель с топливом. Между тем, будущие корабли могут быть способны выхватить топливо из солнечного ветра и межзвездной среды. Это также должно привести к значительному снижению стартового веса такого космического корабля.
Автор Джефф Барбур
