Ak hľadáte vybudovať výkonnú vesmírnu loď, nie je nič lepšie ako antihmota. Inštitút pre pokročilé koncepcie agentúry NASA financuje tím vedcov, ktorí sa snažia navrhnúť kozmickú loď s antihmotou, ktorá by sa mohla vyhnúť niektorým z týchto problémov.
Väčšina seba-rešpektujúcich hviezdnych lodí v sci-fi príbehoch používa antihmotu ako palivo z dobrého dôvodu - je to najúčinnejšie známe palivo. Zatiaľ čo na pohon ľudskej misie na Mars sú potrebné tony chemického paliva, urobia to len desiatky miligramov antihmoty (miligram predstavuje asi jednu tisícinu hmotnosti kúsku pôvodnej cukrovinky M&M).
V skutočnosti však táto sila prichádza s cenou. Niektoré antihmotové reakcie spôsobujú výbuchy gama lúčov s vysokou energiou. Gama lúče sú ako röntgenové lúče na steroidoch. Prenikajú hmotou a rozbíjajú molekuly v bunkách, takže nie sú zdravé na to, aby boli okolo. Vysokoenergetické lúče gama môžu tiež spôsobiť, že motory budú rádioaktívne fragmentáciou atómov materiálu motora.
NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) financuje tím výskumníkov pracujúcich na novom dizajne pre vesmírnu loď poháňanú antihmotou, ktorá sa vyhýba tomuto nepríjemnému vedľajšiemu účinku tým, že produkuje gama lúče s oveľa menšou energiou.
Antihmota sa niekedy nazýva zrkadlový obraz normálnej hmoty, pretože hoci vyzerá rovnako ako obyčajná hmota, niektoré vlastnosti sú opačné. Napríklad bežné elektróny, známe častice, ktoré prenášajú elektrický prúd vo všetkom, od mobilných telefónov až po plazmové televízory, majú záporný elektrický náboj. Antielektróny majú kladný náboj, takže vedci ich nazývajú „pozitrónmi“.
Keď antihmota narazí na hmotu, obaja sa zničia zábleskom energie. Táto úplná premena na energiu robí antihmotu tak silnou. Dokonca aj jadrové reakcie, ktoré poháňajú atómové bomby, prichádzajú vo vzdialenej sekunde a iba asi tri percentá ich hmoty sa premenia na energiu.
Predchádzajúce návrhy vesmírnych lodí s antihmotou využívali antiprotóny, ktoré pri ničení spôsobujú vysoko energetické žiarenie gama. Nový dizajn bude využívať pozitróny, ktoré produkujú gama lúče s asi 400-krát menšou energiou.
Výskum NIAC je predbežnou štúdiou s cieľom zistiť, či je táto myšlienka uskutočniteľná. Ak to vyzerá sľubne a sú k dispozícii finančné prostriedky na úspešný vývoj technológie, kozmická loď s pozitrónovým pohonom by mala oproti súčasným plánom ľudskej misie na Mars niekoľko výhod, ktoré sa nazýva Referenčná misia Mars.
„Najvýznamnejšou výhodou je vyššia bezpečnosť,“ povedal Dr. Gerald Smith z Positronics Research, LLC, v Santa Fe v Novom Mexiku. Súčasná referenčná misia požaduje, aby jadrový reaktor poháňal kozmickú loď na Mars. Je to žiaduce, pretože jadrový pohon znižuje cestovný čas na Mars a zvyšuje bezpečnosť posádky znížením ich vystavenia kozmickým lúčom. Tiež, chemicky poháňaná kozmická loď váži oveľa viac a náklady na spustenie sú oveľa drahšie. Reaktor tiež poskytuje dostatok energie pre trojročnú misiu. Jadrové reaktory sú však zložité, takže počas misie by sa mohlo pokaziť viac vecí. „Pozitronový reaktor ponúka rovnaké výhody, ale je relatívne jednoduchý,“ uviedol Smith, vedecký pracovník štúdie NIAC.
Jadrové reaktory sú rádioaktívne aj po spotrebovaní paliva. Keď loď dorazí na Mars, plány referenčnej misie majú nasmerovať reaktor na obežnú dráhu, ktorá sa nestretne so Zemou najmenej milión rokov, keď sa zvyškové žiarenie zníži na bezpečnú úroveň. Po vyčerpaní paliva však v pozitrónovom reaktore nezostáva žiadne zvyškové žiarenie, takže nehrozí žiadne bezpečnostné riziko, ak by vyčerpaný pozitrónový reaktor náhodne znovu vstúpil do zemskej atmosféry.
Bude bezpečnejšie aj spustenie. Ak exploduje raketa nesúca jadrový reaktor, mohla by uvoľniť rádioaktívne častice do atmosféry. "Naša pozitrónová kozmická loď by vydala záblesk gama lúčov, ak by explodovala, ale gama lúče by za chvíľu zmizli." Neboli by žiadne rádioaktívne častice, ktoré by sa mohli unášať vetrom. Blesk by sa obmedzil aj na relatívne malú plochu. Nebezpečná zóna by bola asi kilometer (asi pol míle) okolo kozmickej lode. Bežná veľká chemicky poháňaná raketa má nebezpečnú zónu približne rovnakej veľkosti, kvôli veľkej ohnivej gule, ktorá by mohla byť dôsledkom jej výbuchu, “uviedol Smith.
Ďalšou významnou výhodou je rýchlosť. Kozmická loď referenčnej misie vezme astronautov na Mars asi za 180 dní. "Naše pokročilé návrhy, ako napríklad plynové jadro a ablatívne koncepcie motorov, by mohli astronautov priviesť na Mars za polovicu tohto času a možno aj za menej ako 45 dní," uviedol Kirby Meyer, inžinier štúdie Positronics Research.
Zdokonalené motory to robia horúcim chodom, čo zvyšuje ich účinnosť alebo „špecifický impulz“ (Isp). Isp sú raketové míle na míle na galon: čím vyššia je Isp, tým rýchlejšie môžete ísť, kým spotrebujete palivo. Najlepšie chemické rakety, ako hlavný motor NASA Space Shuttle, maximálny čas okolo 450 sekúnd, čo znamená, že libra paliva vyprodukuje ťah 450 libier. Jadrový alebo pozitrónový reaktor môže vydržať viac ako 900 sekúnd. Ablatívny motor, ktorý sa pomaly odparuje, aby produkoval ťah, mohol ísť až za 5 000 sekúnd.
Jednou z technických výziev na uskutočnenie pozitrónovej kozmickej lode je cena výroby pozitrónov. Kvôli svojmu veľkolepému účinku na normálnu hmotu nie je okolo antihmoty. Vo vesmíre sa vytvára v zrážkach vysokorýchlostných častíc nazývaných kozmické lúče. Na Zemi musí byť vytvorený v urýchľovačoch častíc, obrovských strojoch, ktoré spolu rozbíjajú atómy. Stroje sa bežne používajú na objavovanie toho, ako vesmír funguje na hlbokej základnej úrovni, ale môžu byť využité ako továrne na antihmotu.
"Hrubý odhad výroby 10 miligramov pozitrónov potrebných pre ľudskú misiu na Mars je asi 250 miliónov dolárov pomocou technológie, ktorá sa v súčasnosti vyvíja," uviedol Smith. Tieto náklady sa môžu zdať vysoké, je však potrebné brať do úvahy dodatočné náklady na spustenie ťažšej chemickej rakety (súčasné náklady na spustenie sú asi 10 000 dolárov za libru) alebo náklady na palivo a zabezpečenie jadrového reaktora. „Na základe skúseností s jadrovou technológiou sa zdá byť rozumné očakávať, že náklady na výrobu pozitrónov klesnú s ďalším výskumom,“ dodal Smith.
Ďalšou výzvou je uloženie dostatočného množstva pozitrónov na malom priestore. Pretože ničia normálnu hmotu, nemôžete ich len plniť do fľaše. Namiesto toho musia obsahovať elektrické a magnetické polia. „Sme presvedčení, že vďaka špecializovanému programu v oblasti výskumu a vývoja je možné tieto výzvy prekonať,“ povedal Smith.
Ak je to tak, pravdepodobne prví ľudia, ktorí sa dostanú na Mars, dorazia do vesmírnych lodí poháňaných rovnakým zdrojom, ktorý vystrelil hviezdne lode cez vesmír našich sci-fi.
Pôvodný zdroj: NASA News Release
