Kategorie
Kosmologia

Antymateria

Inną opcją zbudowania napędu na antymaterię jest wykorzystanie energii anihilacji do podgrzania powierzchni zamontowanego z tyłu pojazdu cylindra – zbudowanego z materiału odpornego na wysokie temperatury, takiego jak grafit czy wolfram – aż do rozżarzenia, a następnie skierowanie za pomocą luster wytworzonego w ten sposób światła w kierunku przeciwnym do kierunku lotu. Cząsteczki światła, nazywane fotonami, mają pęd i gdyby skierować je w sposób skoordynowany wstecz, uzyskalibyśmy siłę ciągu. Tego typu układ określany jest mianem rakiety fotonowej.

Prędkość wylotowa gazów rakiety fotonowej jest równa prędkości światła (ponieważ cząsteczki wydobywające się z dysz są światłem), lecz nie cała energia pochodzące z anihilacji antymaterii zostanie na nią przemieniona. Większa część energii wysoce przenikliwych promieni gamma zostanie wytracona, zanim da się ją użyć do ogrzania cylindra, a neutrina i inne łatwo przenikające cząstki bez ładunku elektrycznego wyniosą swoją energię z systemu, zanim uda się ją wykorzystać do czegoś pożytecznego. Zmniejsza to efektywną prędkość wylotową (impuls właściwy) całego systemu dość znacznie.

Rakieta fotonowa.

Lecz antymateria ma do zaoferowania dużo energii. Nawet biorąc pod uwagę te wszystkie straty, prędkość wylotowa gazów rakiety fotonowej może dochodzić nawet do 50% prędkości światła.

Silnik fotonowy ma prostszą konstrukcję niż napęd plazmowy na antymaterię, oferuje też lepsze osiągi. Jeśli zatem antymateria stanie się dostępna w nieograniczonych ilościach jako paliwo statków międzygwiezdnych, prawdopodobnie to właśnie rakiety fotonowe staną się najpopularniejszym środkiem transportu.

Właśnie dostępność antymaterii stanowi jednak problem. Przy użyciu naszych obecnych technik opartych na akceleratorach potrzeba ponad 10 milionów razy więcej energii elektrycznej, by wyprodukować daną ilość antymaterii, niż otrzymamy w wyniku jej anihilacji.

Zastanówmy się, co to oznacza. Powiedzmy, że chcemy rozpędzić tysiąctonowy statek do prędkości równej 10% prędkości światła. Energia kinetyczna statku przy prędkości przelotowej będzie równa 450 bilionów MJ (4,5 x 1020 J) lub 125 bilionów kWh. Ze względu na prawo zachowania energii jest to minimalna dawka energii potrzebna, by rozpędzić statek do tej prędkości. Przy obecnych cenach energii elektrycznej (około 0,05 dolara za kWh) kosztowałoby to 6 bilionów dolarów, lekko licząc tyle, ile wynosi czteroletni budżet Stanów Zjednoczonych. Paliwo termojądrowe niezbędne do wyprodukowania tej energii miałoby zapewne wartość 10% tej sumy, czyli 600 miliardów, lecz i tak liczby mogą ulec trzykrotnemu zawyżeniu ze względu na mamą wydajność napędu i potrzebę rozpędzenia nie tylko statku, lecz również jego paliwa. Tak więc maksymalny koszt paliwa na potrzeby misji to 2 biliony dolarów -jeżeli użyjemy paliwa termojądrowego. To raczej dużo, lecz bogata, dobrze rozwinięta, rozprzestrzeniająca się na Układ Słoneczny cywilizacja typu II powinna móc sobie na to pozwolić, tym bardziej że chodzi o projekt tak ważny jak kolonizacja innego systemu gwiezdnego.

Jeżeli jednak używalibyśmy dzisiejszych akceleratorów, by wyprodukować antymaterię na potrzeby misji, koszty energetyczne wzrosłyby 10 milionów razy. Wśród naukowców zajmujących się problematyką antymaterii pojawiło się ostatnio kilka pomysłów, które pozwolą dość znacznie poprawić efektywność produkcji, może nawet tysiąckrotnie. Lecz nawet biorąc pod uwagę tę zmianę, koszt paliwa z antymaterii byłby i tak 10 tysięcy razy większy niż równoważnej ilości paliwa termojądrowego.

Oczywiście, gdyby ktoś chciał lecieć z prędkością większą niż 10% prędkości światła, paliwo termojądrowe przestaje się nadawać, albowiem oferowana przez nie prędkość wylotowa gazów -0,05c – jest niewystarczająca. Efektywna prędkość wylotowa gazów rakiety fotonowej na antymaterię wynosiłaby około 50% prędkości światła, czyniąc teoretycznie możliwymi loty z prędkością dochodzącą nawet do 90% prędkości światła. Z taką prędkością dolecielibyśmy na alfa Centauri w mniej więcej 5 lat, które wydawałyby się załodze 3 latami, ze względu na relatywistyczny efekt dylatacji czasu. Ale cywilizacja, która wysłałaby taką misję, musiałaby być tak bogata, by koszty po prostu nie grały roli.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *