Nếu bạn tìm kiếm để xây dựng một tàu vũ trụ mạnh mẽ, không có gì tốt hơn phản vật chất. Viện nghiên cứu về các khái niệm nâng cao của NASA đang tài trợ cho một nhóm các nhà nghiên cứu để thử và thiết kế một tàu vũ trụ chạy bằng phản vật chất có thể tránh được một số vấn đề đó.
Hầu hết các phi thuyền tự trọng trong các câu chuyện khoa học viễn tưởng đều sử dụng chất chống lại làm nhiên liệu cho một lý do chính đáng - đó là nhiên liệu mạnh nhất được biết đến. Trong khi cần hàng tấn nhiên liệu hóa học để đẩy sứ mệnh của con người lên sao Hỏa, chỉ cần hàng chục miligam phản vật chất sẽ làm được (một miligam nặng khoảng một phần nghìn trọng lượng của một miếng kẹo M & M ban đầu).
Tuy nhiên, trong thực tế sức mạnh này đi kèm với một mức giá. Một số phản ứng phản vật chất tạo ra vụ nổ của tia gamma năng lượng cao. Tia gamma giống như tia X trên steroid. Chúng xâm nhập vật chất và phá vỡ các phân tử trong các tế bào, vì vậy chúng không có lợi cho sức khỏe. Tia gamma năng lượng cao cũng có thể làm cho động cơ bị nhiễm phóng xạ bằng cách phân mảnh các nguyên tử của vật liệu động cơ.
Viện các khái niệm tiên tiến của NASA (NIAC) đang tài trợ cho một nhóm các nhà nghiên cứu làm việc trên một thiết kế mới cho một tàu vũ trụ chạy bằng phản vật chất tránh tác dụng phụ khó chịu này bằng cách tạo ra các tia gamma với năng lượng thấp hơn nhiều.
Phản vật chất đôi khi được gọi là hình ảnh phản chiếu của vật chất bình thường bởi vì trong khi nó trông giống như vật chất thông thường, một số tính chất bị đảo ngược. Ví dụ, các điện tử bình thường, các hạt quen thuộc mang dòng điện trong mọi thứ từ điện thoại di động đến TV plasma, đều có điện tích âm. Các electron chống điện tích có điện tích dương, vì vậy các nhà khoa học gọi chúng là pos positron.
Khi phản vật chất gặp vật chất, cả hai hủy diệt trong nháy mắt năng lượng. Sự chuyển đổi hoàn toàn thành năng lượng này là điều làm cho phản vật chất trở nên mạnh mẽ. Ngay cả các phản ứng hạt nhân mà bom nguyên tử năng lượng cũng đến trong một giây, với chỉ khoảng ba phần trăm khối lượng của chúng được chuyển thành năng lượng.
Các thiết kế tàu vũ trụ phản vật chất trước đây sử dụng các phản proton, tạo ra các tia gamma năng lượng cao khi chúng tiêu diệt. Thiết kế mới sẽ sử dụng positron, tạo ra tia gamma với năng lượng ít hơn khoảng 400 lần.
Nghiên cứu NIAC là một nghiên cứu sơ bộ để xem ý tưởng đó có khả thi hay không. Nếu nó có vẻ đầy hứa hẹn và có sẵn tiền để phát triển thành công công nghệ, một tàu vũ trụ được cung cấp năng lượng positron sẽ có một vài lợi thế so với các kế hoạch hiện tại cho sứ mệnh của con người lên Sao Hỏa, được gọi là Nhiệm vụ Tham khảo Sao Hỏa.
Ưu điểm quan trọng nhất là an toàn hơn, tiến sĩ Gerald Smith thuộc Positronics Research, LLC, tại Santa Fe, New Mexico cho biết. Nhiệm vụ tham khảo hiện tại kêu gọi một lò phản ứng hạt nhân để đẩy tàu vũ trụ lên sao Hỏa. Điều này là mong muốn vì lực đẩy hạt nhân làm giảm thời gian di chuyển lên Sao Hỏa, tăng sự an toàn cho phi hành đoàn bằng cách giảm tiếp xúc với các tia vũ trụ. Ngoài ra, một tàu vũ trụ chạy bằng hóa chất nặng hơn nhiều và tốn nhiều chi phí hơn để phóng. Lò phản ứng cũng cung cấp sức mạnh dồi dào cho nhiệm vụ ba năm. Nhưng các lò phản ứng hạt nhân rất phức tạp, vì vậy nhiều thứ có khả năng gặp trục trặc trong nhiệm vụ. Tuy nhiên, lò phản ứng positron cung cấp những lợi thế tương tự nhưng tương đối đơn giản, ông Smith, nhà nghiên cứu chính của nghiên cứu NIAC cho biết.
Ngoài ra, các lò phản ứng hạt nhân là phóng xạ ngay cả sau khi nhiên liệu của chúng được sử dụng hết. Sau khi tàu đến Sao Hỏa, các kế hoạch của Mission Mission là hướng lò phản ứng vào quỹ đạo không gặp Trái đất trong ít nhất một triệu năm, khi đó bức xạ còn lại sẽ giảm xuống mức an toàn. Tuy nhiên, không có bức xạ còn sót lại trong lò phản ứng positron sau khi nhiên liệu được sử dụng hết, vì vậy không có mối lo ngại về an toàn nếu lò phản ứng positron đã qua sử dụng nên vô tình quay lại bầu khí quyển Trái đất, theo nhóm nghiên cứu.
Nó sẽ an toàn hơn để khởi động là tốt. Nếu một tên lửa mang lò phản ứng hạt nhân phát nổ, nó có thể giải phóng các hạt phóng xạ vào khí quyển. Tàu vũ trụ positron của chúng ta sẽ giải phóng một tia sáng tia gamma nếu nó phát nổ, nhưng tia gamma sẽ biến mất ngay lập tức. Sẽ không có hạt phóng xạ nào trôi dạt trên gió. Đèn flash cũng sẽ bị giới hạn trong một khu vực tương đối nhỏ. Vùng nguy hiểm sẽ là khoảng một km (khoảng nửa dặm) xung quanh tàu vũ trụ. Một tên lửa lớn chạy bằng hóa chất thông thường có vùng nguy hiểm có kích thước tương đương, do quả cầu lửa lớn sẽ phát sinh từ vụ nổ của nó, Smith nói.
Một lợi thế đáng kể khác là tốc độ. Tàu vũ trụ Reference Mission sẽ đưa các phi hành gia lên Sao Hỏa trong khoảng 180 ngày. Thiết kế tiên tiến của chúng tôi, như lõi khí và các khái niệm động cơ gớm ghiếc, có thể đưa các phi hành gia lên Sao Hỏa trong một nửa thời gian đó, và thậm chí chỉ trong 45 ngày, Kirby Meyer, một kỹ sư của Nghiên cứu Positronic cho biết.
Các động cơ tiên tiến thực hiện điều này bằng cách chạy nóng, giúp tăng hiệu quả hoặc xung lực cụ thể (Isp). Isp là “dặm cho mỗi gallon” của tên lửa: càng cao isp, nhanh hơn bạn có thể đi trước khi bạn sử dụng hết nhiên liệu cung cấp của bạn. Các tên lửa hóa học tốt nhất, như động cơ chính của tàu con thoi NASA NASA, tối đa khoảng 450 giây, có nghĩa là một pound nhiên liệu sẽ tạo ra một lực đẩy trong 450 giây. Một lò phản ứng hạt nhân hoặc positron có thể thực hiện hơn 900 giây. Động cơ ablative, từ từ tự bốc hơi để tạo lực đẩy, có thể lên tới 5.000 giây.
Một thách thức kỹ thuật để biến tàu vũ trụ positron thành hiện thực là chi phí để sản xuất positron. Do tác dụng ngoạn mục của nó đối với vật chất thông thường, không có nhiều phản vật chất ngồi xung quanh. Trong không gian, nó được tạo ra trong sự va chạm của các hạt tốc độ cao gọi là tia vũ trụ. Trên trái đất, nó phải được tạo ra trong các máy gia tốc hạt, những cỗ máy khổng lồ đập vỡ các nguyên tử lại với nhau. Các máy móc thường được sử dụng để khám phá cách thức vũ trụ hoạt động ở mức độ sâu, cơ bản, nhưng chúng có thể được khai thác như các nhà máy phản vật chất.
Smith Một ước tính sơ bộ để sản xuất 10 miligam positron cần thiết cho nhiệm vụ sao Hỏa của con người là khoảng 250 triệu đô la sử dụng công nghệ hiện đang được phát triển, Smith nói. Chi phí này có vẻ cao, nhưng nó phải được xem xét so với chi phí bổ sung để phóng tên lửa hóa học nặng hơn (chi phí phóng hiện tại là khoảng 10.000 USD mỗi pound) hoặc chi phí để cung cấp nhiên liệu và làm cho lò phản ứng hạt nhân an toàn. Dựa trên kinh nghiệm với công nghệ hạt nhân, có vẻ hợp lý khi hy vọng chi phí sản xuất positron sẽ giảm xuống với nhiều nghiên cứu hơn, Smith nói thêm.
Một thách thức khác là lưu trữ đủ positron trong một không gian nhỏ. Bởi vì chúng tiêu diệt vật chất bình thường, bạn có thể chỉ cần nhét chúng vào một cái chai. Thay vào đó, chúng phải được chứa trong điện trường và từ trường. Smith Chúng tôi cảm thấy tự tin rằng với một chương trình nghiên cứu và phát triển chuyên dụng, những thách thức này có thể vượt qua, Smith nói.
Nếu điều này là như vậy, có lẽ những người đầu tiên tới Sao Hỏa sẽ đến các tàu vũ trụ được cung cấp bởi cùng một nguồn phát ra các phi thuyền trên khắp vũ trụ của những giấc mơ khoa học viễn tưởng của chúng ta.
Nguồn gốc: NASA News Release
