|
Манхэттенский проект по созданию антивещества
|
|
|
|
Химические ракеты доставили нас на Луну и обратно, но путешествие к звездам требует чего-то более мощного. Космический корабль Space X может поднимать на орбиту огромные массы и отправлять полезные грузы по всей Солнечной системе с помощью своих химических ракет, но он не может долететь до ближайших звезд со скоростью, превышающей 30% скорости света, и приземлиться. Для полетов за пределы нашей локальной области космоса нам нужно нечто принципиально более энергичное, чем химическое сгорание, и физика предлагает это, или, другими словами, антивещество.
|
|
|
|
Когда антивещество сталкивается с обычной материей, оно полностью аннигилирует, преобразуя массу непосредственно в энергию в соответствии с уравнением Эйнштейна E= mc2. Величина c2 равна приблизительно 101?, что является почти непостижимо большим числом. Это делает антивещество примерно в 1000 раз более энергичным, чем ядерное деление - самый мощный источник энергии, который в настоящее время используется на практике.
|
|
|
|
В качестве источника энергии антивещество потенциально может позволить космическим аппаратам достигать близлежащих звезд со скоростью, значительно превышающей скорость света. В подробном техническом анализе, проведенном Кейси Хэндмером, генеральным директором Terraform Industries, рассказывается о том, как человечество могло бы разработать практичный двигатель на антиматерии в рамках существующих бюджетов космических полетов, что требует прорывов в трех важнейших областях: эффективность производства, надежные системы хранения и конструкции двигателей, которые могут безопасно использовать самое энергетическое топливо, какое только возможно физически.
|
|
|
|
|
|
|
Задача состоит в том, чтобы превратить теоретическую физику в работающее оборудование. Между нами и космическими аппаратами, работающими на антивеществе, стоят три основных препятствия: производство достаточного количества антивещества, его безопасное хранение и разработка двигателей, которые могут его реально использовать.
|
|
|
|
В настоящее время на таких предприятиях, как ЦЕРН, ежедневно производятся тысячи атомов антивещества, что является впечатляющим прогрессом по сравнению с тем, что было десять лет назад, но примерно аналогично мощностям по производству плутония в конце 1940-х годов. Этот процесс остается чрезвычайно неэффективным (примерно 0,000001%), для чего требуются большие ускорители частиц и вакуумные накопители. Однако недавние демонстрации достижения эффективности в восемь раз выше свидетельствуют о том, что возможно быстрое улучшение.
|
|
|
|
Еще несколько прорывов подобного масштаба могли бы сделать производство жизнеспособным для полетов в дальний космос, где достижение дополнительной скорости вдали от Земли становится практически бесценным.
|
|
|
|
Хранение представляет собой наиболее сложную задачу, поскольку антивещество мгновенно аннигилирует при контакте с любым обычным веществом. Современные системы используют электромагнитные накопители для хранения заряженной плазмы антивещества, но они большие, тяжелые и хрупкие.
|
|
|
|
Более перспективный подход может заключаться в электростатическом удержании крошечной капли или кристалла антиводорода в вакуумной камере с криогенным охлаждением с использованием тщательно контролируемых электрических полей. Это напоминает технологию, уже используемую в квантовых компьютерах, и ее можно безопасно протестировать с обычным водородом, просто изменив заряд.
|
|
|
|
Конструкция двигателя определяет, действительно ли огромная энергия антивещества создает полезную тягу. В простейшем подходе антивещество используется для нагрева огнеупорного блока, через который проходит топливо, что позволяет достичь характеристик, сравнимых с ядерными тепловыми ракетами, без использования бортового реактора. Более сложные конструкции сочетают антивещество с ураном-238, встречающейся в природе формой урана.
|
|
|
|
Антипротоны могут инициировать расщепление U-238, производя высокозаряженные частицы, которые передают энергию в выхлопной поток гораздо эффективнее, чем только гамма-лучи, обеспечивая специфические импульсы в любом месте - от радиуса действия химических ракет до значений, подходящих для межзвездных полетов.
|
|
|
|
Требуемые количества остаются на удивление скромными, например, для полета к Плутону и обратно менее чем за двадцать лет потребуется всего 45 граммов антивещества в сочетании с 10 килограммами урана-238, которые занимают примерно 500 кубических сантиметров пространства. Поскольку химическая тяга в значительной степени решается с помощью многоразовых ракет, антивещество представляет собой логичный следующий рубеж для исследования дальнего космоса.
|
|
|
|
Источник
|
