Ha erős űrhajót akar építeni, akkor semmi sem jobb, mint az antianyag. A NASA Haladó Koncepciók Intézete kutatói csoportot finanszíroz egy antianyaggal működő űrhajó megtervezésére, amely elkerülheti e problémák némelyikét.
A tudományos fantasztikus történetekben a legtöbb önbecsületes csillaghajó ésszerű okból tüzelőanyagot használ az antianyaghoz - ez az ismert legerősebb üzemanyag. Míg tonna vegyi üzemanyagra van szükség az emberi Mars felé irányuló küldetés megtételéhez, csak több tucat milligramm antianyagnak kell kitennie (a milligramm körülbelül egy ezredszerese az eredeti M&M cukorka darabjának tömegének).
Valójában azonban ez a hatalom árral jár. Egyes antianyag-reakciók nagy energiájú gammasugarakkal járnak. A gammasugarak olyanok, mint a röntgenfelvételek a szteroidokon. Behatolnak az anyagba, és szétbontják a molekulákat a sejtekben, így nem egészségesek, hogy körül legyenek. A nagy energiájú gammasugarak a motorok atomjainak fragmentálásával radioaktívvá tehetik a motorokat.
A NASA Speciális Koncepciók Intézete (NIAC) kutatók egy csoportját finanszírozza egy antianyag-hajtású űrhajó új kialakításán, amely elkerüli ezt a csúnya mellékhatást azáltal, hogy sokkal kevesebb energiájú gammasugarakat állít elő.
Az antianyagot gyakran a normál anyag tükörképének hívják, mert bár ez ugyanúgy néz ki, mint a közönséges anyag, egyes tulajdonságai megfordulnak. Például a normál elektronok, az ismerős részecskék, amelyek elektromos áramot hordoznak a mobiltelefonoktól a plazma TV-kig, negatív elektromos töltéssel rendelkeznek. Az anti-elektronok pozitív töltésűek, tehát a tudósok „pozitronoknak” nevezték őket.
Amikor az antianyag találkozik az anyaggal, mindkettő energiával robbant fel. Ez a teljes energiaátalakítás teszi az antianyagot olyan erőssé. Még azok a nukleáris reakciók, amelyek az atombombákat hajtják végre, egy távoli másodpercben következnek be, tömegüknek csak körülbelül három százalékával energiává alakulva.
A korábbi antianyag-hajtású űrhajó-tervek olyan antiprotoneket alkalmaztak, amelyek nagy energiájú gammasugarakat eredményeznek, amikor megsemmisülnek. Az új kialakítás pozitronokat fog használni, amelyek gamma-sugárzást eredményeznek körülbelül 400-szor kevesebb energiával.
A NIAC kutatása egy előzetes tanulmány annak megállapítására, hogy az ötlet megvalósítható-e. Ha ígéretesnek tűnik, és rendelkezésre állnak források a technológia sikeres fejlesztéséhez, akkor a pozitronnal hajtott űrhajónak lenne néhány előnye a Mars irányító missziójának, a Mars referencia missziónak nevezett meglévő tervekkel szemben.
„A legfontosabb előnye a nagyobb biztonság” - mondta Dr. Gerald Smith, a Positronics Research, LLC, a mexikói Santa Fe városában, a Positronics Research, LLC. A jelenlegi referenciamisszió nukleáris reaktor létrehozására szólít fel, amely az űrhajót a Mars felé hajtja. Ez azért kívánatos, mert a nukleáris meghajtás csökkenti a Mars felé tartó utazási időt, növelve ezzel a személyzet biztonságát azáltal, hogy csökkentik a kozmikus sugaraknak való kitettségüket. Ezenkívül egy kémiai meghajtású űrhajó sokkal többet vesz igénybe és sokkal több költséget jelent az indításra. A reaktor bőséges energiát is nyújt a hároméves küldetéshez. A nukleáris reaktorok azonban bonyolultak, tehát a dolgok során még sok más dolgot eredményezhet. "A pozitron reaktor ugyanakkor ugyanazokat az előnyöket kínálja, de viszonylag egyszerű" - mondta Smith, az NIAC vizsgálat vezető kutatója.
Emellett a nukleáris reaktorok radioaktívak még az üzemanyag felhasználása után is. Miután a hajó megérkezett a Marsba, a Referencia Misszió tervei szerint a reaktor olyan pályára kerül, amely legalább egy millió évig nem találkozik Földdel, amikor a maradék sugárzás biztonságos szintre csökken. Az üzemanyag felhasználása után azonban a pozitron-reaktorban nincs maradék sugárzás, tehát nincs biztonsági aggodalom, ha a kiürített pozitron-reaktor véletlenül visszatérne a Föld légkörébe, mondja a csapat.
Biztonságosabb lesz a dob. Ha egy nukleáris reaktort hordozó rakéta felrobban, radioaktív részecskék szabadulhatnak fel a légkörbe. „Pozitron űrhajónk felgyorsítaná a gamma-sugarak villanását, ha felrobban, de a gamma-sugarak azonnal eltűnnek. Nem lenne radioaktív részecskék sodródniuk a szélben. A vaku szintén egy viszonylag kis területre korlátozódna. A veszélyzóna körülbelül egy kilométer (körülbelül fél mérföld) lenne az űrhajó körül. Egy közönséges nagy kémiai erővel működő rakéta veszélyes zónája nagyjából azonos méretű, a robbanás következtében fellépő nagy tűzgolyó miatt "- mondta Smith.
További jelentős előnye a sebesség. A Referencia Misszió űrhajója körülbelül 180 napon belül űrhajósokat szállít Marsra. "Fejlett terveink, mint például a gázmag és az ablatív motorkoncepciók, az idő felében, és talán akár 45 nap alatt is eljuthatnak az űrhajósok felé a Marsra." - mondta Kirby Meyer, a Positronics Research kutatásában részt vevő mérnök.
A fejlett motorok ezt melegen futtatják, ami növeli hatékonyságukat vagy „sajátos impulzusukat” (Isp). Az Isp a sziklavirágítás „mérföld per gallon”: minél magasabb az Isp, annál gyorsabban tud menni, mielőtt felhasználná az üzemanyag-ellátást. A legjobb vegyi rakéták, mint például a NASA Space Shuttle főmotorja, kb. 450 másodpercen belül maximálisan kiürülnek, ami azt jelenti, hogy egy font üzemanyag 450 másodpercre kiló nyomóerőt eredményez. Egy atom- vagy pozitronreaktor több mint 900 másodpercet tud teljesíteni. Az ablatív motor, amely lassan elpárolog, hogy tolóerőt hozzon létre, akár 5000 másodperc is lehet.
A pozitron űrhajó valósággá tételének egyik technikai kihívása a pozitronok előállításának költsége. Mivel látványos hatása van a normál anyagokra, nincs sok antianyag ülve. Az űrben nagy sebességű részecskék kozmikus sugaraknak nevezett ütközésein jön létre. A Földön részecskegyorsítókban kell létrehozni, olyan hatalmas gépekben, amelyek összetörik az atomokat. A gépeket általában arra használják, hogy felfedezzék, hogyan működik az univerzum egy mély, alapvető szinten, de antianyaggyárakként is felhasználhatók.
"A jelenleg fejlesztés alatt álló technológia felhasználásával körülbelül 250 millió dollár körülbelül 250 millió dollár becsülhető meg az emberi Mars-misszióhoz szükséges 10 milligramm pozitronok előállításához" - mondta Smith. Ez a költség tűnhet magasnak, de figyelembe kell venni a nehezebb vegyi rakéta elindításának többletköltségeit (a jelenlegi indítási költségek font körülbelül 10 000 dollár), vagy a nukleáris reaktor üzembe helyezésének és biztonságosvé tételének költségeit. "A nukleáris technológiával kapcsolatos tapasztalatok alapján ésszerűnek tűnik azt várni, hogy a pozitron előállítási költségei további kutatásokkal csökkenjenek" - tette hozzá Smith.
Egy másik kihívás az, hogy elegendő pozitront tároljunk egy kis térben. Mivel a normál anyagot megsemmisítik, nemcsak palackba tehetik őket. Ehelyett elektromos és mágneses terekkel kell őket lefedni. "Biztosak vagyunk abban, hogy egy célzott kutatási és fejlesztési programmal ezek a kihívások leküzdhetők" - mondta Smith.
Ha ez így van, akkor talán az első ember, aki elérte a Marsot, űrhajókba érkezik, amelyet ugyanaz a forrás hajt, amely csillaghajókat lőtt a tudományos fantasztikus álmaink világegyetemein.
Eredeti forrás: NASA sajtóközlemény
