Антиматерия может открыть радикально новое будущее межзвездных путешествий

Межзвездные путешествия — это всего лишь то, чего человечество достигло в научной фантастике, например, военный корабль США «Энтерпрайз» из «Звездного пути», который использовал двигатели на антивеществе для путешествий по звездным системам.

Но антивещество — это не просто научно-фантастический образ. Антиматерия действительно существует.

Илон Маск назвал силу антиматерии «билетом для межзвездных путешествий», а физики, такие как Райан Уид, изучают, как ее использовать.

Антиматерия состоит из частиц. почти так же, как обычная материя, но с противоположным электрическим зарядом. Это означает, что когда антиматерия контактирует с обычной материей, они одновременно аннигилируют и могут производить огромное количество энергии.

«Аннигиляция антиматерии и материи преобразует массу непосредственно в энергию», — говорит Уид, соучредитель и генеральный директор компании Positron Dynamics. работает над разработкой двигательной установки на антивеществе, рассказал Business Insider.

Всего один грамм антивещества может вызвать взрыв, эквивалентный ядерной бомбе. Некоторые говорят, что именно такая энергия может смело доставить нас туда, куда еще никто не летал, с рекордной скоростью.

Космические путешествия с рекордной скоростью

Преимущество всей этой энергии заключается в том, что что его можно использовать для ускорения или замедления космических кораблей на головокружительных скоростях.

Например, давайте отправимся в путешествие к нашей ближайшей звездной системе, Проксиме, находящейся на расстоянии около 4,2 световых лет.

Двигатель на антивеществе теоретически мог бы ускорить космический корабль до скорости 1g (9,8 метра в секунду в квадрате), доставив нас к Проксиме всего за пять лет, сказал Виид в 2016 году. Это в 8000 раз быстрее, чем это потребовалось бы «Вояджеру-1» — одному из самых быстрых космических кораблей в мире. По данным НАСА, нужно преодолеть примерно половину расстояния.

Даже в нашей Солнечной системе космический корабль на антивеществе мог бы достичь Плутона за 3,5 недели по сравнению с 9,5 годами, которые потребовались зонду НАСА «Новые горизонты», чтобы добраться до Плутона. прибудут, — сказал Виид.

Почему у нас нет двигателей на антивеществе

Причина, по которой у нас нет двигателей на антивеществе, несмотря на их огромные возможности, сводится к стоимости, а не к технологиям.

Джеральд Джексон, физик-ускоритель, работавший над проектами по антиматерии в Фермилабе, в 2016 году рассказал Forbes, что при достаточном финансировании мы могли бы создать прототип космического корабля на антиматерии в течение десяти лет.

Основы технологии есть. Физики, вооружённые самыми мощными в мире ускорителями частиц, создали антипротоны и атомы антиводорода.

Проблема в том, что производство этого типа антиматерии невероятно дорого. Оно считается самым дорогим веществом на Земле. Джексон дал нам представление о том, сколько будет стоить создание и обслуживание машины на антивеществе.

Джексон — основатель, президент и генеральный директор компании Hbar Technologies, которая работает над концепцией космического паруса на антивеществе. для замедления космического корабля, движущегося со скоростью от 1 до 10 процентов от скорости света. Это полезная конструкция для выхода на орбиту далекой звезды, планеты или луны, которую вы хотите изучить.

Джексон сказал, что он разработал асимметричный протонный коллайдер. который мог бы производить 20 граммов антивещества в год.

«Для 10-килограммового научного груза, движущегося со скоростью 2% скорости света, необходимо 35 граммов антивещества, чтобы замедлить космический корабль и ввести его в на орбите вокруг Проксимы Центавра», — рассказал Джексон BI.

Он сказал, что строительство солнечной электростанции для удовлетворения огромных энергетических потребностей производства антиматерии потребует 8 миллиардов долларов США, а ее эксплуатация будет стоить 670 миллионов долларов в год. p>

Идея пока именно такая. «В настоящее время нет серьезного финансирования для передовых концепций космического движения», — сказал Джексон.

Однако есть и другие способы производства антивещества. Именно на этом Виид сосредоточил свою работу.

Концепция Виида включает позитроны, версию электрона из антивещества.

Другой тип двигателя на антивеществе

Позитроны «в несколько тысяч раз легче антипротонов и не обладают такой большой силой при аннигиляции, — сказал Виид.

Преимущество, однако, в том, что они возникают естественным путем и не требуют гигантского ускорителя и миллиардов долларов для их производства.

Движающая система Виида на антивеществе предназначена для использовать криптон-79 — форму элемента криптона, который естественным образом испускает позитроны.

Система двигателя сначала соберет высокоэнергетические позитроны из криптона-79, а затем направит их к слою обычной материи, вызывая аннигиляцию. энергия. Эта энергия затем вызовет мощную реакцию термоядерного синтеза, создающую тягу космического корабля.

Хотя получение позитронов может быть дешевле, чем более мощные формы антивещества, их трудно использовать, поскольку они очень энергичны и требуют быть замедленным или «модерируемым». Таким образом, по словам Виида, создание прототипа для испытаний в космосе по-прежнему недостижимо с точки зрения затрат.

Так обстоит дело со всеми проектами двигателей на антивеществе. За десятилетия учёные предложили десятки концепций, ни одна из которых не была реализована.

Например, в 1953 году австрийский физик Ойген Зенгер предложил «фотонную ракету», которая будет работать на энергии аннигиляции позитронов. А с 80-х годов ходят разговоры о тепловых двигателях на антивеществе, которые будут использовать антивещество для нагрева жидкости, газа или плазмы для обеспечения тяги.

«Это не научная фантастика, но мы не собираемся видеть, как он летает, пока не появится значительная «притяжка к миссии», — сказал Виид о своей концепции двигателя.

Может ли это сработать?

Чтобы построить концепцию Виида в масштабе звездолет, «дьявол кроется в инженерных деталях», — сказал BI Пол М. Саттер, астрофизик и ведущий подкаста «Спроси космонавта».

«Мы говорим об устройстве, которое использует поистине огромные возможности количества энергии, требующей изысканного баланса и контроля», — сказал Саттер.

В целом, эта огромная энергия является еще одним препятствием, мешающим нам совершить революцию в космических путешествиях. Потому что во время испытаний «если что-то пойдет не так, это будут большие взрывы», — сказал BI Стив Хоу, физик, который работал над концепциями антивещества в НАСА в 90-х годах.

«Поэтому нам нужна способность протестировать где-нибудь системы с высокой плотностью энергии, которые не угрожают биосфере, но при этом позволяют нам их развивать», — сказал Хоу, который считает, что Луна могла бы стать хорошей испытательной базой. «А если что-то пойдет не так, вы расплавите кусок Луны», а не Земли, добавил он.

Антивещество имеет тенденцию пробуждать воображение у каждого, кто с ними работает. «Но нам нужны сумасшедшие, но правдоподобные идеи, чтобы продвинуться дальше в космос, поэтому над этим стоит задуматься», — сказал Саттер.

Виид разделяет это мнение, говоря, что «пока не появится веская причина добраться до космоса». Пояс Койпера, Солнечная гравитационная линза или Альфа Центавра очень быстро — или, возможно, мы пытаемся вернуть большие астероиды для добычи полезных ископаемых — прогресс в этой области по-прежнему будет медленным».

Эта статья была первоначально опубликовано Business Insider.

Больше от Business Insider: