Călătoriile interstelare, mai aproape prin dezvoltarea motoarelor cu antimaterie

Călătoriile interstelare sunt un lucru pe care omenirea l-a
realizat doar în science-fiction – cum ar fi USS Enterprise din Star Trek, care
a folosit motoare cu antimaterie pentru a călători prin sisteme stelare.

Antimateria nu este doar un tropar SF. Antimateria există cu
adevărat.

Elon Musk a numit energia antimaterie „biletul pentru călătoriile
interstelare”, iar fizicieni precum Ryan Weed explorează cum să o
exploateze, scrie news.yahoo.com.

Antimateria este formată din particule aproape la fel ca
materia obișnuită, dar cu sarcină electrică opusă. Aceasta înseamnă că atunci
când antimateria intră în contact cu materia obișnuită, ambele se anihilează și
pot produce cantități enorme de energie.

„Anihilarea
antimateriei și a materiei convertește masa direct în energie”, a
declarat pentru Business Insider Weed, cofondator și CEO al Positron Dynamics,
o companie care lucrează la dezvoltarea unui sistem de propulsie cu
antimaterie.

Doar un gram de antimaterie ar putea genera o explozie
echivalentă cu o bombă nucleară. Acest tip de energie, spun unii, este cea care
ne-ar putea duce cu îndrăzneală acolo unde nimeni nu a mai ajuns până acum, cu
o viteză record.

Călătorii spațiale cu
o viteză record

Avantajul acestei energii este că poate fi folosită pentru a
accelera sau a decelera navele spațiale la viteze amețitoare.

De exemplu, să facem o călătorie către cel mai apropiat
sistem stelar, Proxima, aflat la o distanță de aproximativ 4,2 ani lumină.

Un motor de antimaterie ar putea teoretic accelera o navă spațială
cu 1g (9,8 metri pe secundă la pătrat), ceea ce ne-ar putea duce la Proxima în
doar cinci ani, a declarat Weed în 2016. Acest lucru este de 8.000 de ori mai
rapid decât i-ar lua lui Voyager 1 – una dintre cele mai rapide nave spațiale
din istorie – să parcurgă aproximativ jumătate din distanță, potrivit NASA.

Chiar și în cadrul sistemului nostru solar, o navă spațială
alimentată cu antimaterie ar putea ajunge la Pluto în 3,5 săptămâni și
jumătate, comparativ cu cei 9,5 ani de care a avut nevoie sonda New Horizons a
NASA pentru a ajunge, a spus Weed.

De ce nu avem motoare
de antimaterie

Motivul pentru care nu avem motoare antimaterie, în ciuda
capacităților lor extraordinare, se reduce la costuri, nu la tehnologie.

Gerald Jackson, un fizician de accelerator care a lucrat la
proiecte de antimaterie la Fermilab, a declarat pentru Forbes în 2016 că, cu
suficientă finanțare, am putea avea un prototip de navă spațială cu antimaterie
în decurs de un deceniu.

Tehnologia de bază există. Fizicienii înarmați cu cele mai
puternice acceleratoare de particule din lume au realizat antiprotoni și atomi
de antihidrogen.

Problema este că acest tip de antimaterie este incredibil de
scump de fabricat. Este considerată cea mai scumpă substanță de pe Pământ.
Jackson ne-a dat o idee despre cât de mult ar costa construirea și întreținerea
unei mașini de antimaterie.

Jackson este fondatorul, președintele și directorul executiv
al Hbar Technologies, care lucrează la un concept de velă spațială de
antimaterie pentru a decelera navele spațiale care se deplasează cu 1% până la
10% din viteza luminii – un concept util pentru intrarea pe orbită în jurul
unei stele, planete sau luni îndepărtate pe care doriți să o studiați.

Jackson a declarat că a proiectat un accelerator asimetric
de protoni care ar putea produce 20 de grame de antimaterie pe an.

„Pentru un pachet
științific de 10 kilograme care se deplasează cu 2% din viteza luminii, sunt
necesare 35 de grame de antimaterie pentru a decelera nava spațială și a o
injecta pe orbită în jurul Proxima Centauri”, a declarat Jackson
pentru BI.

El a precizat că ar fi nevoie de 8 miliarde de dolari pentru
a construi o centrală solară pentru nevoile energetice enorme ale producției de
antimaterie și ar costa 670 de milioane de dolari pe an pentru a fi exploatată.

Ideea este doar atât, deocamdată. „În prezent nu există o finanțare serioasă pentru concepte avansate de
propulsie spațială”, a spus Jackson.

Cu toate acestea, există și alte modalități de a produce
antimaterie. Acesta este locul în care Weed și-a concentrat munca.

Conceptul lui Weed implică pozitroni, versiunea antimaterie
a unui electron.

Un alt tip de motor
de antimaterie

Positronii „sunt
de câteva mii de ori mai ușori decât antiprotonii și nu sunt la fel de puternici
atunci când se anihilează”, a spus Weed.

Totuși, avantajul lor este că apar în mod natural și nu au
nevoie de un accelerator gigantic și de miliarde de dolari pentru a fi produși.

Sistemul de propulsie antimaterie al lui Weed este conceput
pentru a utiliza kripton-79 – o formă a elementului kripton care emite în mod
natural pozitroni.

Sistemul de motor ar colecta mai întâi pozitroni de mare
energie din kripton-79 și apoi i-ar direcționa spre un strat de materie
obișnuită, producând energie de anihilare. Această energie ar declanșa apoi o
reacție de fuziune puternică pentru a genera impulsul pentru nava spațială.

Deși obținerea pozitronilor poate fi mai puțin costisitoare
decât a unor forme mai puternice de antimaterie, aceștia sunt dificil de
exploatat, deoarece sunt foarte energici și trebuie să fie încetiniți sau „moderați”. Așadar,
construirea unui prototip care să fie testat în spațiu este încă inaccesibilă,
din punct de vedere al costurilor, a declarat Weed.

Acesta este cazul tuturor modelelor de propulsie cu
antimaterie. De-a lungul deceniilor, oamenii de știință au propus zeci de
concepte, dintre care niciunul nu a ajuns la îndeplinire.

De exemplu, în 1953, fizicianul austriac Eugen Sänger a
propus o „rachetă cu fotoni”
care ar funcționa cu energia de anihilare a pozitronilor. Iar din anii ’80, se
vorbește despre motoare termice de antimaterie, care ar folosi antimateria
pentru a încălzi lichidul, gazul sau plasma pentru a asigura împingerea.

„Nu este SF, dar
nu îl vom vedea zburând până când nu va exista o „misiune-pull”
semnificativă”, a spus Weed despre conceptul său de motor.

Poate funcționa?

Pentru a construi conceptul lui Weed la scara unei nave
spațiale, „diavolul stă în detaliile
tehnice”, a declarat pentru BI Paul M. Sutter, astrofizician și gazda
podcastului „Ask a Spaceman”.

„Vorbim despre un
dispozitiv care exploatează cantități cu adevărat enorme de energie, care
necesită un echilibru și un control rafinat”, a spus Sutter.

În general, această energie enormă este un alt obstacol care
ne împiedică să revoluționăm călătoriile spațiale. Pentru că, în timpul
testelor, „dacă ceva nu merge bine,
acestea sunt explozii mari”, a declarat pentru BI Steve Howe, un
fizician care a lucrat la concepte de antimaterie cu NASA în anii ’90.

„Așa că avem
nevoie de o capacitate de a testa sistemele cu densitate energetică mare undeva
unde să nu amenințe biosfera, dar care să ne permită totuși să le
dezvoltăm”, a spus Howe, care crede că Luna ar fi o bună bază de
testare. „Iar dacă ceva nu merge
bine, se topește o bucată de Lună”, și nu de Pământ, a adăugat el.

Antimateria tinde să scoată la iveală imaginația tuturor
celor care lucrează la ele. „Dar,
avem nevoie de idei nebunești, dar plauzibile, pentru a ajunge mai departe în
spațiu, așa că merită să le analizăm”, a spus Sutter.

Weed se face ecoul acestui sentiment, spunând că „până când nu va exista un motiv convingător
pentru a ajunge foarte repede la Centura Kuiper, la lentila gravitațională
solară sau la Alpha Centauri – sau poate că încercăm să întoarcem asteroizi
mari pentru minerit – progresul va continua să fie lent în acest domeniu”.