RW Space

Быстрое попадание в космос уже долгое время является целью исследований в области двигателей.

Ракеты, наше самое распространенное средство достижения этой цели, отлично подходят для обеспечения большой силы, но чрезвычайно неэффективны. Другие варианты, такие как электрическая силовая установка и солнечный парус, эффективны, но предлагают ничтожное количество энергии, хотя и на долгое время.

Итак, ученые давно мечтали о третьем методе движения – таком, который мог бы обеспечить достаточную силу в течение достаточно длительного времени, чтобы привести в действие Миссия с экипажем на другую звезду за одну человеческую жизнь. И это теоретически могло бы произойти с использованием одного из самых редких веществ во Вселенной – антиматерии.

Новая статья от Савсан Аммар Омира и Абдель Хамид И. Мурад из Университета Объединенных Арабских Эмиратов рассматривают возможности разработки космического двигателя с использованием антивещества и причины, по которым его так сложно создать.

Антиматерия была первоначально открыта в 1932 году, когда физик Карл Дэвид Андерсон наблюдал позитроны – форму антивещества электрона – в космических лучах, пропуская их через камеру Вильсона. За свое открытие он получил Нобелевскую премию по физике в 1936 году. Чтобы впервые создать его искусственно, потребовалось 20 лет.

С тех пор в антивещество начали исследовать и подталкивается всеми возможными способами, о которых только могли подумать ученые – в том числе буквально, но это вызывает то, чем антиматерия наиболее известна – самоуничтожение.

Когда протон антиматерии вступает в контакт с протонами или нейтронами обычной материи, они аннигилируют друг друга и выделяют комбинацию энергии (обычно в виде гамма-лучей), а также высокоэнергетические коротковолновые живые частицы, известные как пионы и каоны, которые движутся с релятивистскими скоростями.

Таким образом, теоретически корабль может содержать достаточно антивещества, чтобы намеренно создать этот аннигиляционный взрыв, используя релятивистские частицы как форма тяги и потенциальное использование гамма-лучей в качестве источника энергии.

The общее количество энергии, выделяемой при аннигиляции грамма антипротона, составляет 1,8 × 10¹⁴ джоулей, что на 11 порядков больше энергии, чем у ракетного топлива, и даже в 100 раз выше плотность энергии. чем ядерный реактор деления или термоядерного синтеза. Как говорится в статье, «один грамм антиводорода в идеале мог бы питать 23 космических шаттла».

Все это напрашивается вопрос – почему у нас до сих пор нет этих замечательных двигательных установок?

Простой ответ заключается в том, что антиматерия это сложно работать. Поскольку он самоуничтожится вместе со всем, к чему прикасается, его необходимо подвешивать в развитом электромагнитном сдерживающем поле. Самый долгий срок, который ученым удалось сделать, составил около 16 минут в ЦЕРН в 2016 году, и даже это было всего лишь порядка нескольких атомов, а не граммов или килограммов, необходимых для поддержания межзвездной двигательной системы.

Кроме того, для создания антивещества требуется абсурдное количество энергии, что делает его дорогим. Антипротонный замедлитель, массивный ускоритель частиц в ЦЕРНе, производит около десяти нанограммов антипротонов в год при стоимости в несколько миллионов долларов.

Экстраполируя это, можно сказать, что для производства одного грамма антиматерии потребуется около 25 миллионов кВтч энергии – этого достаточно, чтобы обеспечить электроэнергией небольшой город в течение года. При средних тарифах на электроэнергию его стоимость также составит более 4 миллионов долларов, что делает его одним из самых дорогих веществ на Земле.

Учитывая эти затраты и огромный масштаб необходимой для этого инфраструктуры, исследования антиматерии относительно ограничены. По этой теме публикуется около 100-125 статей в год, что значительно увеличилось с примерно 25 в 2000 году.

Однако это можно сравнить с примерно 1000 статей в год о больших языковых моделях — одной из наиболее популярных форм алгоритмов, способствующих нынешнему буму искусственного интеллекта. Другими словами, общие расходы и относительный долгосрочный горизонт любой выплаты ограничивают объем финансирования и, следовательно, прогресс в создании и хранении антивещества.

Это означает, что, вероятно, пройдет немало времени, прежде чем мы получим двигатель корабля на антиматерии. Возможно, нам даже придется создать некоторые предварительные технологии производства энергии, такие как термоядерный синтез, которые могли бы значительно снизить стоимость энергии и даже позволить проводить исследования, которые в конечном итоге приведут нас к этой цели.

Однако возможность путешествовать со скоростями, близкими к релятивистским, и потенциально доставить реальных людей на другую звезду за одну жизнь — это амбициозная цель, которую энтузиасты космоса и исследований повсюду будут продолжать преследовать. , независимо от того, как долго это принимает.

Эта статья была первоначально опубликована журналом Universe Today. Прочтите оригинал статьи.