Pokud chcete vybudovat silnou kosmickou loď, nic není lepší než antihmota. Institut pro pokročilé koncepty NASA financuje tým vědců, aby se pokusili navrhnout kosmickou loď s antihmotou, která by některým z těchto problémů mohla zabránit.
Většina respektujících hvězdných lodí ve sci-fi příbězích používá antihmotu jako palivo z dobrého důvodu - je to nejúčinnější známé palivo. Zatímco tuny chemického paliva jsou potřebné k pohonu lidské mise na Mars, udělá to jen několik desítek miligramů antihmoty (miligram je asi jedna tisícina hmotnosti kusu původní M&M cukrovinky).
Ve skutečnosti však tato síla přichází s cenou. Některé reakce antihmoty produkují výbuchy gama paprsků s vysokou energií. Gama paprsky jsou jako rentgenové paprsky na steroidech. Pronikají hmotou a rozbíjejí molekuly v buňkách, takže nejsou zdraví, aby byli kolem. Vysoko energetické paprsky gama mohou také způsobit, že motory budou radioaktivní tím, že fragmentují atomy materiálu motoru.
NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) financuje tým vědců pracujících na novém návrhu kosmické lodi poháněné antihmotou, která se vyhýbá tomuto ošklivému vedlejšímu efektu produkováním gama paprsků s mnohem nižší energií.
Antihmota se někdy nazývá zrcadlovým obrazem normální hmoty, protože zatímco vypadá jako obyčejná hmota, některé vlastnosti jsou obráceny. Například normální elektrony, známé částice, které přenášejí elektrický proud ve všem, od mobilních telefonů po plazmové televizory, mají záporný elektrický náboj. Antelektrony mají kladný náboj, takže je vědci nazývají „pozitrony“.
Když antihmota narazí na hmotu, zničí se zábleskem energie. Díky této úplné přeměně na energii je antihmota tak silná. Dokonce i jaderné reakce, které pohánějí atomové bomby, přicházejí ve vzdálené vteřině a pouze asi tři procenta jejich hmoty se přeměňují na energii.
V předchozích konstrukcích kosmické lodi s antihmotou byly použity antiprotony, které při ničení vytvářejí vysoce energetické paprsky gama. Nový design bude využívat pozitrony, díky nimž jsou paprsky gama s asi 400krát nižší energií.
Výzkum NIAC je předběžná studie, aby se zjistilo, zda je tento nápad proveditelný. Pokud to vypadá slibně a jsou k dispozici finanční prostředky na úspěšný vývoj technologie, kosmická loď s pozitronovým pohonem by měla oproti stávajícím plánům lidské mise na Mars několik výhod, které se nazývají referenční mise Mars.
"Nejvýznamnější výhodou je větší bezpečnost," řekl Dr. Gerald Smith z Positronics Research, LLC, v Santa Fe v Novém Mexiku. Současná referenční mise požaduje, aby jaderný reaktor poháněl kosmickou loď na Mars. To je žádoucí, protože jaderný pohon zkracuje dobu cestování na Mars a zvyšuje bezpečnost posádky snížením jejich expozice kosmickým paprskům. Také chemicky poháněná kosmická loď váží mnohem více a startovné stojí mnohem více. Reaktor také poskytuje dostatečnou energii pro tříletou misi. Jaderné reaktory jsou však složité, takže během mise by se potenciálně mohlo pokazit více věcí. "Pozitronový reaktor však nabízí stejné výhody, ale je relativně jednoduchý," řekl Smith, vedoucí výzkumník pro studii NIAC.
Také jaderné reaktory jsou radioaktivní i poté, co se spotřebuje jejich palivo. Poté, co loď dorazí na Mars, mají plány referenční mise směřovat reaktor na oběžné dráze, která se setkává se Zemí nejméně milion let, kdy se zbytkové záření sníží na bezpečnou úroveň. Po vyčerpání paliva však v pozitronovém reaktoru nezůstává žádné zbytkové záření, takže neexistuje žádné bezpečnostní riziko, pokud by vyčerpaný pozitronový reaktor náhodně znovu vstoupil do zemské atmosféry, podle týmu.
Spuštění bude bezpečnější. Pokud exploduje raketa nesoucí jaderný reaktor, mohla by do atmosféry uvolnit radioaktivní částice. "Naše pozitronová kosmická loď by vydala záblesk gama paprsků, kdyby explodovala, ale gama paprsky by za chvíli zmizely." Ve větru by nebyly žádné radioaktivní částice. Blesk by se také omezil na relativně malou oblast. Nebezpečná zóna by byla asi kilometr (asi půl míle) kolem kosmické lodi. Obyčejná velká chemicky poháněná raketa má nebezpečnou zónu přibližně stejné velikosti, kvůli velké ohnivé kouli, která by vyplynula z její exploze, “řekl Smith.
Další významnou výhodou je rychlost. Kosmická loď Referenční mise vezme astronauty na Mars asi za 180 dní. "Naše pokročilé návrhy, jako je plynové jádro a ablativní koncepce motoru, by mohly astronauty přivést na Mars za polovinu té doby a možná dokonce za pouhých 45 dní," řekl Kirby Meyer, inženýr společnosti Positronics Research.
Vyspělé motory to provádějí spuštěním za horka, což zvyšuje jejich účinnost nebo „specifický impuls“ (Isp). Isp je „míle na galon“ rakety: čím vyšší je Isp, tím rychleji můžete jít, než spotřebujete palivo. Nejlepší chemické rakety, jako je hlavní motor NASA Space Shuttle, maximálně do 450 sekund, což znamená, že libra paliva vyprodukuje tah za 450 sekund. Jaderný nebo pozitronový reaktor může vydržet přes 900 sekund. Ablativní motor, který se sám pomalu vypařuje, aby produkoval tah, mohl dosáhnout až 5 000 sekund.
Jednou z technických výzev, jak učinit z pozitronové kosmické lodi realitu, jsou náklady na výrobu pozitronů. Vzhledem k velkolepému účinku na normální hmotu není kolem antihmoty. Ve vesmíru se vytváří ve srážkách vysokorychlostních částic zvaných kosmické paprsky. Na Zemi to musí být vytvořeno v urychlovačích částic, obrovských strojích, které rozbíjejí atomy dohromady. Stroje se běžně používají k objevování toho, jak vesmír funguje na hluboké základní úrovni, ale mohou být využity jako továrny na antihmotu.
"Hrubý odhad produkce 10 miligramů pozitronů potřebných pro lidskou misi na Marsu je asi 250 milionů dolarů za použití technologie, která je v současné době ve vývoji," řekl Smith. Tato cena se může jevit jako vysoká, ale je třeba ji zvážit oproti dodatečným nákladům na spuštění těžší chemické rakety (současné náklady na spuštění jsou asi 10 000 $ za libru) nebo nákladů na palivo a zajištění jaderného reaktoru. "Na základě zkušeností s jadernou technologií se zdá rozumné očekávat, že výrobní náklady pozitronů klesnou s dalším výzkumem," dodal Smith.
Další výzvou je uložení dostatečného množství pozitronů na malém prostoru. Protože ničí normální záležitost, nemůžete je jen plnit do láhve. Místo toho musí být opatřeny elektrickými a magnetickými poli. "Jsme přesvědčeni, že díky specializovanému programu výzkumu a vývoje lze tyto výzvy překonat," řekl Smith.
Pokud je tomu tak, možná první lidé, kteří dorazí na Mars, dorazí do kosmických lodí poháněných stejným zdrojem, který vypaloval hvězdné lodě přes vesmír našich sci-fi.
Původní zdroj: NASA News Release
