Звездолёты на антиматерии: $10 триллионов за грамм топлива
Учёные внимательно изучают каждые технологии, не противоречащие законам физики, каковые имели возможность бы оказать помощь человечеству достигнуть дальних уголков космоса. Среди плеяды вариантов межзвёздного привода суда, применяющие аннигиляцию, являются, пожалуй, самыми фантастическими из настоящих и самыми настоящими из фантастических.
Мы уже говорили о давешних проектах судов на ядерной и термоядерной энергии, и об идеях звездолётов, основанных на ещё не открытых, а, может, и вовсе не существующих, гипотетических явлениях. Наподобие деформации пространства, либо отделения инерционных особенностей материи от её самой.
Двигатели, применяющие в качестве горючего антивещество, смогут обеспечить значительно лучшие энергетические параметры корабля, чем ядерный привод, но в отличие от разнообразных «прокалывателей пространства и времени», аннигиляционный привод в полной мере возможно выстроить в ближайшие десятилетия.
Теоретические а также практические работы в этом направлении уже ведутся.
В частности, университет Пенсильвании (Pennsylvania State University) в сотрудничестве с NASA уже много лет трудится над проектами космических судов, применяющих энергию аннигиляции.
Как мы знаем, что в 0,1 грамма антивещества скрыто столько же энергии, сколько в топливных баках шаттла. Дело за малым: взять это вещество, обучится его хранить и применять где и в то время, когда необходимо.
Что до получения, то антивещество удачно создают в таких лабораториях, как Fermilab в Чикаго и CERN в Швейцарии.
Реально трудящийся «бак» для антиматерии, созданный в университете Пенсильвании (иллюстрация с сайта engr.psu.edu).
Но годовая наработка антивещества исчисляется в нанограммах (при цене $10 триллионов за грамм), что мало кроме того для межпланетных путешествий, не обращая внимания на ужасную мощность аннигиляции.
Но выход отыскан. Университет Пенсильвании создал два проекта «дальнобойных» космических судов, в которых аннигиляция употребляется совместно с хорошими ядерной и термоядерной реакциями. Таковой гибрид, выяснилось, сулит массу польз.
К примеру, стало известно, что добавление маленького количества антивещества в зону реакции расщепления разрешает намного полнее применять потенциал классического ядерного (расщепляющегося) горючего.
В общем: всевозможные цепочки превращений адронов, пионов и мюонов протекают тут пара в противном случае, повышая КПД процесса.
Первый тип двигателя, что применяет данный эффект именуется Antiproton catalyzed microfission (ACMF), другими словами микрореакция расщепления катализируемая антипротонами.
Его удельный импульс — 13,5 тысяч секунд.
ICAN-II может приблизительно в шесть раз сократить срок перелёта по маршруту Почва-Марс (иллюстрация с сайта engr.psu.edu).
Созданному в университете Пенсильвании пилотируемому кораблю по имени ICAN-II, оснащённому движком ACMF, для стремительного 40-дневного перелёта к Марсу потребовалось бы всего 140 нанограммов антивещества (на дорогу в один финиш) и пара тысячь киллограм простого ядерного топлива (урана).
Такое количество антивещества уже возможно было бы произвести в разумные сроки при постройке нужных установок.
Миниатюрные ядерные заряды (размером с мячики для гольфа) подрывались бы в «камере сгорания» корабля совместно с микроскопическими количествами антивещества.
Как и при с Орионом, силу взрывов примет на себя некая амортизирующая конструкция, которая к тому же неспешно испаряется от действия замечательного излучения, а вылетающие с её поверхности с огромной скоростью атомы создают реактивную тягу.
Схема ICAN-II (иллюстрация с сайта engr.psu.edu).
По плану разработчиков, двигатель ACMF употреблялся бы 800-тонным кораблём для старта с околоземной орбиты к Марсу и для торможения около него.
На Красную планету опустился бы аппарат с классическим химическим двигателем. Возвращение происходило бы, соответственно, в обратном порядке.
Тот же корабль в принципе имел возможность бы доставить людей в совокупность Юпитера. На всю экспедицию, включая дорогу в том направлении и обратно, и трёхмесячное нахождение у цели, ушло бы 1,5 года.
Напомним, тот же срок на данный момент рассматривается как длительность марсианской пилотируемой миссии, делаемой на корабле с комбинированным химическим/ионным двигателем.
Бак антивещества (жёлтое кольцо в центре первого рисунка) и двигатель ICAN-II (второй рисунок) (иллюстрация с сайта engr.psu.edu).
Второй вариант гибридного звёздного привода именуется Antiproton Initiated Microfission/fusion (AIM), другими словами — это инициированные антипротонами синтеза и реакции деления. Он весьма похож на предшествующий, но тут уже в зоне реакции идёт и расщепление, и синтез (основное горючее — дейтерий плюс тритий, или дейтерий плюс Гелий-3).
Удельный импульс AIM — 61 тысяча секунд.
На базе этого двигателя создан эскизный проект беспилотного и относительно лёгкого (приблизительно 30-40 тысячь киллограм) корабля AIMStar, что имел возможность бы улететь на 10 тысяч астрономических единиц от Солнца и существенно приблизиться к облаку Оорта (не смотря на то, что оно простирается значительно дальше) всего за 50-летний период, из которых пять лет займёт разгон.
Большая скорость корабля составит 0,003 от скорости света либо 900 километров в секунду.
У ракеты на химических ЖРД (реально достижимая скорость 15-25 километров в секунду) на таковой полёт ушло бы приблизительно 2-2,5 тысячи лет.
Для полёта к границам межзвёздного пространства зонду AIMStar потребуется от 30 до 130 микрограммов антивещества.
Нужная нагрузка AIMStar — научный зонд весом менее 100 килограммов (иллюстрация с сайта engr.psu.edu).
Все эти проекты вероятны, в первую очередь, вследствие того что люди уже обучились хранить какое количество-нибудь значимое количество антипротонов в течение продолжительного срока. К примеру, 100 миллиардов штук на протяжении семи дней.
Либо пара меньшее количество — месяцы.
Этих параметров ещё не достаточно для построения корабля, но в общем уже светло, как достигнуть желаемых параметров «баков» для антивещества, каковые будут выполнены в виде криогенных электромагнитных ловушек.
По оценке экспертов университета Пенсильвании, такие суда человечество смогло бы начать строить в ближайшие три десятилетия.
Очевидно, оценка затрагивает лишь научные и техвозможности человечества и не учитывает политические либо денежные неприятности.
