Počítačová ilustrace potenciální antihmoty. Obrazový kredit: Positronics Research LLC. Klikni pro zvětšení.
Všichni jsme hráli hru jako děti - „skoková žába“ zahrnovala jedno dítě v podřepu na všech čtyřech, zatímco druhé položilo ruce na první ramena. Postavené dítě, opřené o gravitační tah, se hluboce ohýbá na nohou a potom se tlačí nahoru a přes vrchol prvního. Výsledek? Druhé dítě nyní dřepí a další skokový skok následuje. Není to nejúčinnější způsob, jak se dostat k sadě houpaček - ale spousta zábavy ve správné společnosti!
Leapfrogging však není to samé jako „bootstrapping“. Během bootstrappingu se jeden hráč ohýbá a popadne kožené smyčky na vnější straně obou bot. Hráč poté s rukama zvedne obrovskou námahu. Leapfrogging works - bootstrapping není, to prostě nemůže být provedeno bez poskakování - úplně jiná věc.
NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) věří ve skokovou přestávku - ne na hřišti, ale v letectví. Z vlastních webových stránek institutů: „NIAC vybízí navrhovatele, aby přemýšleli o desetiletích do budoucnosti ve snaze o koncepty, které„ přeskočí “na vývoj současných leteckých systémů.“ NIAC hledá několik dobrých nápadů a je ochoten je podpořit pomocí šestiměsíčních semenných grantů, které otestují proveditelnost dříve, než budou přiděleny seriózní prostředky na výzkum a vývoj - dostupné od NASA i jinde. Doufejme, že taková semena mohou vyklíčit a budoucí investice je vyroste do zralosti.
NIAC však chce oddělit přeskočení od bootstrappingu. Jeden pracuje a druhý nedává vůbec žádný smysl. Podle NIAC by pohon pozitronů mohl vést k obrovskému skoku vpřed, jak cestujeme po sluneční soustavě a dále. Pravděpodobně o tom neexistuje bootstrapování.
Považujte dvojici pozitronů - zrcadlových elektronů - jako lidská dvojčata, za velmi vzácnou věc. Na rozdíl od lidských dvojčat je pravděpodobné, že pozitron nepřežije proces porodu. Proč? Protože pozitrony a jejich sourozenci - elektrony - se navzájem neodolatelně a rychle ničí ve výbuchu měkkých paprsků gama. Tento výbuch však může být za kontrolovaných okolností přeměněn na jakoukoli formu „práce“, kterou byste mohli chtít udělat.
Potřebujete světlo? Smíchejte pozitron a elektron a poté ozařujte plyn do žhavení. Potřebujete elektřinu? Smíchejte další pár a ozařujte kovový pás. Potřebujete tah? Zastřelte tyto paprsky gama do hnací látky, zahřejte ji na výstřední vysoké teploty a vytlačte hnací látku ze zadní části rakety. Nebo vystřelte tyto paprsky gama do wolframových desek v proudu vzduchu, zahrejte je a vytlačte je ze zadní části letadla.
Představte si, že máte zásobu pozitronů - co s nimi můžete dělat? Podle Geralda A. Smithe, hlavního výzkumného pracovníka pro Positronics Research, LLC ze Sante Fe v Novém Mexiku, byste mohli jít téměř kdekoli, „hustota energie antihmoty je o deset řádů větší než chemická a tři řády větší než jaderné štěpení nebo fúzní energie. “
A co to znamená z hlediska pohonu? "Méně váhy, daleko, daleko, daleko méně."
Při použití pohonných systémů založených na chemii bylo v palivových a oxidačních nádržích sondy nalezeno 55 procent hmotnosti spojené se sondou Huygens-Cassini vyslané na průzkum Saturn. Mezitím hodilo sondy 5650 kg hmotnosti za Zemí vyžadovalo startovací vozidlo vážící asi 180krát větší než samotné plně naplněné Cassini-Huygeny (1 032 350 kg).
Jen s použitím čísel Dr. Smithe - a pouze s ohledem na manévrovací tah požadovaný pro Cassini-Huygens pomocí anitilace pozitronovým elektronem, by se 3100 kg chemické pohonné látky, která zatěžuje původní sondu z roku 1997, mohlo snížit na pouhých 310 mikrogramů elektronů a pozitronů - méně hmoty než v jedné atomizované kapce ranní mlhy. A s tímto snížením hmotnosti může být celková hmotnost při startu z Canaveral na Saturn snadno snížena o dva.
Ale zničení pozitronů a elektronů je jako mít dostatek vzduchu, ale absolutně žádný benzín? vaše auto se nedostane daleko na kyslík sám. Elektrony jsou všude, zatímco pozitrony nejsou na Zemi přirozeně dostupné. Ve skutečnosti, kde k nim dochází - v blízkosti horizontu událostí černé díry nebo na krátkou dobu poté, co částice vysoké energie vstoupí do zemské atmosféry - brzy najdou jeden z těchto všudypřítomných elektronů a jdou fotonicky. Z tohoto důvodu si musíte vytvořit svůj vlastní.
Zadejte urychlovač částic
Společnosti jako Positronics Research, v čele s Dr. Smithem, pracují na technologiích spojených s používáním urychlovačů částic - jako je Stanford Linear Accelerator (SLAC) se sídlem v Menlo Park v Kalifornii. Akcelerátory částic vytvářejí pozitrony pomocí technik párové elektronové pozitronové výroby. To se provádí rozbíjením relativisticky zrychleného elektronového paprsku na hustý wolframový terč. Elektronový paprsek je pak přeměněn na fotony s vysokou energií, které se pohybují wolframem a proměňují se v odpovídající sady elektronů a pozitronů. Problém před tím, než Dr. Smith a další vytvoří pozitrony, je snazší než chytat, uchovávat, přepravovat a účinně je používat.
Mezitím během párové výroby je vše, co jste opravdu udělali, zabaleno spoustu energie vázané na Zemi do extrémně malého množství vysoce těkavého - ale extrémně lehkého - paliva. Tento proces je sám o sobě nesmírně neefektivní a představuje hlavní technické výzvy související s akumulací dostatečného množství antičástic k pohánění kosmické lodi schopné cestovat do Velkého Beyond při rychlostech, které umožňují velkou kosmickou sondu - a lidský spacetravel -. Jak je to všechno pravděpodobné?
Podle dr. Smithe: „po mnoho let fyzikové vytlačovali pozitrony z wolframových cílů kolizí pozitronů s hmotou a zpomalili je o tisíc asi tak, aby je mohli používat ve mikroskopech s vysokým rozlišením. Tento proces je hrozně neefektivní; přežije pouze miliontina pozitronů. Pro vesmírné cestování musíme zvýšit účinnost zpomalení nejméně o faktor tisíc. Po čtyřech letech tvrdé práce s elektromagnetickými pasti v našich laboratořích se chystáme v příštích několika letech zachytit a ochladit pět bilionů pozitronů za sekundu. Naše dlouhodobé cíle jsou pět quad-trilionů pozitronů za sekundu. Tímto tempem bychom mohli doplnit náš první let s pozitronovým pohonem do vesmíru během několika hodin. “
I když je pravda, že pozitronový anihilační motor vyžaduje pohonnou látku (obvykle ve formě stlačeného plynného vodíku), množství samotné pohonné látky je sníženo na téměř 10 procent množství, které vyžaduje konvenční raketa - protože k reakci není třeba žádného oxidačního činidla s palivem. Mezitím může být budoucí loď schopna nabrat pohonnou hmotu ze slunečního větru a mezihvězdného média. To by také mělo vést k významnému snížení hmotnosti při startu takové kosmické lodi.
Napsal Jeff Barbour
