Антиматерия домчит обитаемый корабль к Марсу за полтора месяца

Корабль с двигателем на позитронах мог бы выглядеть так (иллюстрация NASA).
Космические двигатели на антивеществе куда ближе, чем принято думать. Они могут быть сравнительно недорогими и безопасными. Главное – выбрать оптимальный вариант конструкции. Ведь тут исследованы далеко не все возможные схемы. Так считает маленькая компания из Санта-Фе.

Используя двигатель на антиматерии, лёгкий пилотируемый корабль мог бы достичь Марса за 45-90 дней, вместо примерно полугода с химическими двигателями и сотнями тонн топлива или ионными двигателями, питаемыми солнечными батареями, величиной с пару футбольных полей. Это впечатляет, но насколько двигатели на антивеществе могут быть реальны, с точки зрения техники сегодняшнего дня?

Институт перспективных концепций аэрокосмического агентства США (NIAC) финансирует небольшую американскую компанию Positronics Research, которая уже не первый год занимается разработкой и постройкой опытных устройств для работы с антиматерией, всевозможных магнитных ловушек, в частности.

Недавно компания представила две новые концепции космических двигателей на антиматерии, отличающиеся от ранее известных схем.

Напомним, античастицы похожи на своих обычных «родственников», но несут противоположный заряд. «антиблизнец» электрона – позитрон, заряжен положительно, а «антивариант» протона — антипротон – отрицательно.

При столкновении материи и антиматерии высвобождается огромное количество энергии в виде излучения, в соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна (E = mc2). И это значит, что долей грамма антивещества по заложенной в нём энергетике хватило бы для путешествия корабля к Марсу.

Проблем, если упрощать, всего две: хранение антиматерии на борту и рациональный способ использования её огромной энергии. Новый взгляд на эти задачи и предлагает Positronics Research.

Главная идея: эта компания считает, что топливом для кораблей будущего должны стать позитроны, а не антипротоны или какие-нибудь ядра антигелия, как предлагалось ранее.

Выбор этот обоснован так. При реакции аннигиляции материи и антиматерии рождаются гамма-лучи высокой энергии, что в случае пилотируемого аппарата влечёт за собой включение в конструкцию тяжелейшей защиты.

От таких лучей не только сложно защищаться, их и использовать-то для привода корабля – затруднительно. То есть, значительная часть энергии будет улетать прочь.

Аннигиляция позитронов рождает гамма излучение с энергией примерно в 400 раз меньшей. И это хорошо с самых разных точек зрения.

Схема ракетного двигателя типа «Позитронный реактор» (иллюстрация Positronics Research).
Первый вариант своего двигателя авторы назвали «Позитронный реактор» (Positron reactor).

Предполагается, что энное количество позитронов (сотые доли грамма) было бы наработано на земных установках и помещено в большое число миниатюрных магнитных капсул-ловушек. Капсулы эти по очереди, но с большой частотой, направляют в центр реактора, наполненного специальным теплообменником – матрицей.

В центре реактора ловушку выключают, позитроны взаимодействуют с её веществом и дают вспышку излучения, нагревающего матрицу. Через матрицу пропускают водород, который разогревается и с большой скоростью истекает из сопла двигателя.

Часть горячего водорода отводится для привода насоса, а холодный водород из бака, прежде чем попасть в реактор, проходит через двойные стенки сопла – для его охлаждения.

Позитронный реактор мог бы дать удельный импульс в 900 секунд, сообщают исследователи. То есть, на каждый грамм израсходованного за секунду рабочего тела (водорода) он дал бы 900 граммов тяги.

Это примерно в 2-3 раза выше, чем у химических двигателей. Что означает аналогичное уменьшение необходимого для полёта, например, к Марсу топлива, снижение общего веса корабля, а значит – снижение необходимой для его разгона силы тяги.

Заметим, ионные двигатели дают намного больший удельный импульс, но требуют мощного источника электрической энергии извне: или от чудовищно-гигантских солнечных панелей, или – от небольшой атомной электростанции на борту.