Звездолёты на антиматерии: $10 триллионов за грамм топлива

Учёные пристально изучают любые технологии, не противоречащие законам физики, которые могли бы помочь человечеству достичь дальних уголков космоса. Среди плеяды вариантов межзвёздного привода корабли, использующие аннигиляцию, являются, пожалуй, самыми фантастическими из реальных и самыми реальными из фантастических.

Мы уже рассказывали о давних проектах кораблей на ядерной и термоядерной энергии, а также об идеях звездолётов, основанных на ещё не открытых, а, может, и вовсе не существующих, гипотетических явлениях. Вроде деформации пространства, или отделения инерционных свойств материи от её самой.

Двигатели, использующие в качестве топлива антивещество, могут обеспечить существенно лучшие энергетические параметры корабля, чем ядерный привод, но в отличие от разнообразных "прокалывателей пространства и времени", аннигиляционный привод вполне можно построить в ближайшие десятилетия.

 

 

Теоретические и даже практические работы в этом направлении уже ведутся.

В частности, университет Пенсильвании (Pennsylvania State University) в сотрудничестве с NASA уже много лет работает над проектами космических кораблей, использующих энергию аннигиляции.

Известно, что в 0,1 грамма антивещества скрыто столько же энергии, сколько в топливных баках шаттла. Дело за малым: получить это вещество, научится его хранить и использовать где и когда нужно.

Что до получения, то антивещество успешно создают в таких лабораториях, как Fermilab в Чикаго и CERN в Швейцарии.

Реально работающий "бак" для антиматерии, созданный в университете Пенсильвании (иллюстрация с сайта engr.psu.edu).

Однако годовая наработка антивещества исчисляется в нанограммах (при цене $10 триллионов за грамм), что крайне мало даже для межпланетных путешествий, несмотря на чудовищную мощность аннигиляции.

Однако выход найден. Университет Пенсильвании разработал два проекта "дальнобойных" космических кораблей, в которых аннигиляция используется совместно с классическими ядерной и термоядерной реакциями. Такой гибрид, оказалось, сулит массу выгод. Например, выяснилось, что добавление небольшого количества антивещества в зону реакции расщепления позволяет намного полнее использовать потенциал традиционного ядерного (расщепляющегося) топлива.

В общих чертах: всевозможные цепочки превращений адронов, мюонов и пионов протекают тут несколько иначе, повышая КПД процесса.

Первый тип двигателя, который использует этот эффект называется Antiproton catalyzed microfission (ACMF), то есть микрореакция расщепления катализируемая антипротонами.

Его удельный импульс — 13,5 тысяч секунд.

ICAN-II может примерно в шесть раз сократить срок перелёта по маршруту Земля-Марс (иллюстрация с сайта engr.psu.edu).

Разработанному в университете Пенсильвании пилотируемому кораблю по имени ICAN-II, оснащённому движком ACMF, для быстрого 40-дневного перелёта к Марсу потребовалось бы всего 140 нанограммов антивещества (на дорогу в один конец) и несколько тонн обычного ядерного горючего (урана).

Такое количество антивещества уже можно было бы произвести в разумные сроки при постройке необходимых установок.

Миниатюрные ядерные заряды (размером с мячики для гольфа) подрывались бы в "камере сгорания" корабля совместно с микроскопическими количествами антивещества.

Как и в случае с "Орионом", силу взрывов примет на себя некая амортизирующая конструкция, которая к тому же постепенно испаряется от воздействия мощного излучения, а вылетающие с её поверхности с огромной скоростью атомы создают реактивную тягу.

Схема ICAN-II (иллюстрация с сайта engr.psu.edu).

По замыслу разработчиков, двигатель ACMF использовался бы 800-тонным кораблём для старта с околоземной орбиты к Марсу и для торможения около него.

На Красную планету опустился бы аппарат с традиционным химическим двигателем. Возвращение происходило бы, соответственно, в обратном порядке.

Тот же корабль в принципе мог бы доставить людей в систему Юпитера. На всю экспедицию, включая дорогу туда и обратно, и трёхмесячное пребывание у цели, ушло бы 1,5 года.

Напомним, тот же срок сейчас рассматривается как продолжительность марсианской пилотируемой миссии, выполняемой 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 называется Antiproton Initiated Microfission/fusion (AIM), то есть — это инициированные антипротонами реакции деления и синтеза. Он очень похож на предшествующий, но здесь уже в зоне реакции идёт и расщепление, и синтез (главное горючее — дейтерий плюс тритий, либо дейтерий плюс Гелий-3).

Удельный импульс AIM — 61 тысяча секунд.

На основе этого двигателя разработан эскизный проект беспилотного и сравнительно лёгкого (примерно 30-40 тонн) корабля AIMStar, который мог бы улететь на 10 тысяч астрономических единиц от Солнца и значительно приблизиться к облаку Оорта (хотя оно простирается гораздо дальше) всего за 50 лет, из которых пять лет займёт разгон.

Максимальная скорость корабля составит 0,003 от скорости света или 900 километров в секунду.

У ракеты на химических ЖРД (реально достижимая скорость 15-25 километров в секунду) на такой полёт ушло бы примерно 2-2,5 тысячи лет.

Для полёта к границам межзвёздного пространства зонду AIMStar потребуется от 30 до 130 микрограммов антивещества.

Полезная нагрузка AIMStar — научный зонд весом менее 100 килограммов (иллюстрация с сайта engr.psu.edu).

Все эти проекты возможны, прежде всего, потому, что люди уже научились хранить сколько-нибудь значимое количество антипротонов в течение долгого срока. Например, 100 миллиардов штук в течение недели. Или несколько меньшее количество — месяцы.

Этих параметров ещё не достаточно для построения корабля, но в общих чертах уже ясно, как достичь желаемых параметров "баков" для антивещества, которые будут выполнены в виде криогенных электромагнитных ловушек.

По оценке специалистов университета Пенсильвании, такие корабли человечество смогло бы начать строить в ближайшие три десятилетия.

Разумеется, оценка затрагивает только научные и технические возможности человечества и не учитывает политические или финансовые проблемы.

Статья получена: Membrana.ru