Dacă doriți să construiți o navă spațială puternică, nimic nu este mai bun decât antimateria. Institutul pentru concepte avansate al NASA finanțează o echipă de cercetători pentru a încerca și proiecta o navă spațială bazată pe antimaterie, care ar putea evita unele dintre aceste probleme.
Majoritatea navelor de vedetă care se respectă de la sine în poveștile de ficțiune științifică folosesc materia anti-combustibil pentru un motiv bun - este cel mai puternic combustibil cunoscut. În timp ce sunt necesare tone de combustibil chimic pentru a propulsa o misiune umană pe Marte, doar zeci de miligrame de antimaterie o vor face (o miligramă reprezintă aproximativ o milime din greutatea unei bucăți din bomboanele M&M originale).
Cu toate acestea, în realitate această putere vine cu un preț. Unele reacții antimaterie produc explozii de raze gamma de mare energie. Razele gamma sunt ca razele X pe steroizi. Acestea pătrund în materie și despart moleculele din celule, astfel încât nu sunt sănătoși să fie în jur. Razele gamma de mare energie pot de asemenea face motoarele radioactive prin fragmentarea atomilor din materialul motorului.
Institutul NASA pentru concepte avansate (NIAC) finanțează o echipă de cercetători care lucrează la un nou proiect pentru o navă spațială cu antimaterie, care evită acest efect secundar urât prin producerea de raze gamma cu o energie mult mai mică.
Antimateria este uneori numită imaginea în oglindă a materiei normale, deoarece, în timp ce pare la fel ca materia obișnuită, unele proprietăți sunt inversate. De exemplu, electronii normali, particulele cunoscute care transportă curent electric în orice, de la telefoanele mobile la televizoarele cu plasmă, au o sarcină electrică negativă. Anti-electronii au o încărcare pozitivă, așa că oamenii de știință le-au numit „pozitroni”.
Când antimateria întâlnește materia, ambele anihilează într-un fulger de energie. Această conversie completă la energie este ceea ce face ca antimateria să fie atât de puternică. Chiar și reacțiile nucleare prin care puterea bombelor atomice vin într-o secundă îndepărtată, doar aproximativ trei la sută din masa lor convertită în energie.
Navele spațiale antimaterie anterioare proiectează antiprotone, care produc raze gamma de mare energie atunci când se anihilează. Noul proiect va folosi pozitroni, care fac raze gamma cu aproximativ 400 de ori mai puțină energie.
Cercetarea NIAC este un studiu preliminar pentru a vedea dacă ideea este fezabilă. Dacă pare a fi promițător și sunt disponibile fonduri pentru dezvoltarea cu succes a tehnologiei, o navă spațială bazată pe pozitron ar avea câteva avantaje față de planurile existente pentru o misiune umană pe Marte, numită Misiunea de referință a Martei.
„Cel mai important avantaj este mai multă siguranță”, a spus dr. Gerald Smith de la Positronics Research, LLC, în Santa Fe, New Mexico. Actuala misiune de referință solicită un reactor nuclear care să propulseze nava spațială pe Marte. Acest lucru este de dorit, deoarece propulsia nucleară reduce timpul de călătorie pe Marte, sporind siguranța echipajului prin reducerea expunerii acestora la razele cosmice. De asemenea, o navă spațială alimentată chimic cântărește mult mai mult și costă mult mai mult pentru lansare. Reactorul oferă, de asemenea, o putere mare pentru misiunea de trei ani. Dar reactoarele nucleare sunt complexe, deci mai multe lucruri ar putea merge greșit în timpul misiunii. „Cu toate acestea, reactorul cu pozitron oferă aceleași avantaje, dar este relativ simplu”, a spus Smith, cercetător principal pentru studiul NIAC.
De asemenea, reactoarele nucleare sunt radioactive chiar și după consumul de combustibil. După ce nava ajunge la Marte, planurile misiunii de referință sunt direcționarea reactorului pe o orbită care nu va întâlni Pământul cel puțin un milion de ani, când radiația reziduală va fi redusă la niveluri sigure. Cu toate acestea, nu există radiații rămase într-un reactor cu pozitron după consumarea combustibilului, astfel încât nu există nicio problemă de siguranță dacă reactorul pozitron uzat ar trebui să reintre accidental în atmosfera Pământului, potrivit echipei.
Va fi mai sigur și lansarea. Dacă o rachetă care transportă un reactor nuclear explodează, ar putea elibera particule radioactive în atmosferă. „Nava noastră spațială cu pozitron ar elibera un fulger de raze gamma dacă ar exploda, dar razele gamma ar fi dispărute într-o clipă. Nu ar exista particule radioactive care să se abată pe vânt. Blițul ar fi de asemenea limitat la o zonă relativ mică. Zona de pericol ar fi de aproximativ un kilometru (aproximativ o jumătate de mile) în jurul navei spațiale. O rachetă de mare putere obișnuită chimic are o zonă de pericol de aproximativ aceeași dimensiune, din cauza bilei mari de foc care ar rezulta din explozia sa ”, a spus Smith.
Un alt avantaj semnificativ este viteza. Nava spațială Misiunea de referință ar duce astronauții pe Marte în aproximativ 180 de zile. „Modelele noastre avansate, cum ar fi nucleul de gaz și conceptele de motor ablativ, ar putea duce astronauții pe Marte la jumătate de timp, și poate chiar în cel puțin 45 de zile”, a spus Kirby Meyer, un inginer cu Cercetarea Positronics în studiu.
Motoarele avansate fac acest lucru rulând la cald, ceea ce le crește eficiența sau „impulsul specific” (Isp). Isp este „mile pe galon” de rachetă: cu cât Isp este mai mare, cu atât poți merge mai repede înainte de a-ți folosi alimentarea cu combustibil. Cele mai bune rachete chimice, cum ar fi motorul principal al navetei spațiale NASA, se ridică la aproximativ 450 de secunde, ceea ce înseamnă că un kilogram de combustibil va produce o kilogramă de tracțiune timp de 450 de secunde. Un reactor nuclear sau pozitron poate face peste 900 de secunde. Motorul ablativ, care se vaporizează încet pentru a produce tracțiune, ar putea ajunge până la 5.000 de secunde.
O provocare tehnică de a face o navă spațială pozitronă o realitate este costul pentru producerea pozitronilor. Din cauza efectului său spectaculos asupra materiei normale, nu există o mulțime de antimaterie stând în jur. În spațiu, este creat în coliziuni de particule de mare viteză numite raze cosmice. Pe Pământ, ea trebuie creată în acceleratoare de particule, mașini imense care sparg atomii împreună. Mașinile sunt utilizate în mod normal pentru a descoperi modul în care universul funcționează la un nivel profund, fundamental, dar pot fi valorificate ca fabrici de antimaterie.
"O estimare aproximativă pentru a produce cele 10 miligrame de pozitroni necesare pentru o misiune umană pe Marte este de aproximativ 250 de milioane de dolari folosind tehnologia care este în curs de dezvoltare", a spus Smith. Acest cost poate părea ridicat, dar trebuie luat în considerare contra costul suplimentar pentru lansarea unei rachete chimice mai grele (costurile actuale de lansare sunt de aproximativ 10.000 USD pe lire) sau costurile pentru combustibil și pentru a face în siguranță un reactor nuclear. „Pe baza experienței cu tehnologia nucleară, pare rezonabil să ne așteptăm ca costurile de producție cu pozitron să scadă cu mai multe cercetări”, a adăugat Smith.
O altă provocare este stocarea suficientă pozitroni într-un spațiu mic. Deoarece anihilează materia normală, nu le poți umple doar într-o sticlă. În schimb, trebuie să fie conținute cu câmpuri electrice și magnetice. „Ne simțim încrezători că printr-un program dedicat de cercetare și dezvoltare, aceste provocări pot fi depășite”, a spus Smith.
Dacă se va întâmpla așa, probabil că primii oameni care vor ajunge pe Marte vor ajunge în nave naționale alimentate de aceeași sursă care au tras nave de stele în universurile viselor noastre de science-fiction.
Sursa originală: Comunicat de presă al NASA
