Datamaskinillustrasjon av en potensiell antimateriell stasjon Bildekreditt: Positronics Research LLC. Klikk for å forstørre.
Vi spilte alle sammen som barn - “leapfrog” involverte ett barn som satte seg på fire, mens et sekund la hendene på den første skulder. Det stående barnet bøyes mot tyngdekraften og bøyer seg dypt i bena og skyver deretter opp og over toppen av det første. Resultatet? Det andre barnet sitter på huk, og det andre froskelignende spranget følger etter tur. Ikke den mest effektive måten å komme til swing settet - men mye moro i riktig selskap!
Leapfrogging er imidlertid ikke det samme som ‘bootstrapping’. Mens du starter bootstrapping, bøyer og griper en enkelt spiller skinnløkkene på utsiden av begge støvlene. Spilleren gjør da en enorm anstrengelse oppover med armene. Leapfrogging fungerer - bootstrapping gjør det ikke, det kan bare ikke gjøres uten å hoppe - en helt annen ting helt.
NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) tror på sprangrogging - nei ikke på lekeplassen, men i romfart. Fra instituttenes egen hjemmeside: "NIAC oppfordrer forslagsstiller til å tenke flere tiår fremover i jakten på konsepter som vil" hoppe over utviklingen av nåværende luftfartssystemer. " NIAC leter etter noen få gode ideer og er villig til å støtte dem med seks måneder lange frøtilskudd for å teste gjennomførbarhet før seriøse forsknings- og utviklingsmidler - tilgjengelig fra NASA og andre steder - tildeles. Forhåpentligvis får slike frø til å spire og fremtidig investering vokser dem til modenhet.
NIAC ønsker imidlertid å skille ut sprangrogging fra bootstrapping. Den ene fungerer og den andre gir ingen mening overhode. I følge NIAC kan positordrivingen føre til et gigantisk sprang fremover i måten vi ferdes gjennom hele solsystemet og utover. Det er sannsynligvis ingen bootstrapping om det.
Tenk på positron - speil tvilling av elektron - som menneskelige tvillinger, en veldig sjelden ting. I motsetning til menneskelige tvillinger, er det lite sannsynlig at en positron overlever fødselsprosessen. Hvorfor? Fordi positroner og søsknene deres - elektroner - finner hverandre uimotståelige og raskt blir tilintetgjort i et utbrudd av myke gammastråler. Men det sprenget, under kontrollerte omstendigheter, kan konverteres til enhver form for ‘arbeid’ du måtte ønske å gjøre.
Trenger du lys? Bland en positron og et elektron og deretter bestråle en gass til glød. Trenger du strøm? Bland et annet par og bestråle en metallstrimmel. Trenger du skyvekraft? Skyt disse gammastrålene inn i et drivmiddel, varme det til utlandsk høye temperaturer og skyv drivstoffet ut bak på raketten. Eller skyter disse gammastrålene inn i wolframplater i en strøm av luft, varme den luften og sprøyt den ut på baksiden av et fly.
Se for deg å ha en tilførsel av positroner - hva kan du gjøre med dem? I følge Gerald A. Smith, prinsippetterforsker for Positronics Research, LLC i Sante Fe, New Mexico, kunne du dra omtrent hvor som helst, "antimateriellens energitetthet er ti størrelsesordener større enn kjemisk og tre størrelsesordener større enn kjernefysjon. eller fusjonsenergi. "
Og hva betyr dette med tanke på fremdrift? "Mindre vekt, langt, langt, langt mindre vekt."
Ved å bruke kjemisk baserte fremdriftssystemer ble 55 prosent av vekten assosiert med Huygens-Cassini-sonden som ble sendt for å utforske Saturn funnet i sondens drivstoff- og oksidasjonsbeholdere. I mellomtiden for å kaste sonderne 5650 kg vekt utover jorden, krevde det et utskytningsbil som veide rundt 180 ganger det som fulldrevne Cassini-Huygens selv (1.032.350 kg).
Ved å bruke Dr. Smiths tall alene - og bare med tanke på den manøvreringsinnsatsen som kreves for Cassini-Huygens ved bruk av positron-elektron-utslettelse, kunne de 3100 kg kjemiske drivstoffet som belastet den originale sonden fra 1997 reduseres til bare 310 mikrogram elektron og positroner - mindre materie enn det som finnes i en enkelt forstøvet dråpe morgentåke. Og med denne reduksjonen i masse kan den totale lanseringsvekten fra Canaveral til Saturn lett reduseres med en faktor på to.
Men positron-elektron utslettelse er som å ha rikelig med luft, men absolutt ingen bensin? bilen din kommer ikke langt på oksygen alene. Elektroner er overalt, mens positroner ikke er naturlig tilgjengelig på jorden. Faktisk der de forekommer - nær sorte hullhendelseshorisonter eller i korte perioder etter at partikler med høy energi kommer inn i jordens atmosfære - finner de snart en av de allestedsnærværende elektronene og blir fotoniske. Av denne grunn må du lage dine egne.
Gå inn i partikkelakseleratoren
Selskaper som Positronics Research, ledet av Dr. Smith, jobber med teknologier som ligger i bruk av partikkelakseleratorer - som Stanford Linear Accelerator (SLAC) som ligger i Menlo Park, California. Partikkelakseleratorer skaper positroner ved bruk av elektron-positron parproduksjonsteknikker. Dette gjøres ved å knuse en relativistisk akselerert elektronstråle inn i et tett wolframmål. Elektronstrålen blir deretter omdannet til fotoner med høy energi som beveger seg gjennom wolfram og blir til matchede sett med elektroner og positroner. Problemet før Dr. Smith og andre oppretter positroner er enklere enn å fange, lagre, transportere og bruke dem effektivt.
I løpet av parproduksjon pakkes alt du virkelig har pakket en hel jordbunden energi i ekstremt små mengder svært flyktig - men ekstremt lett - drivstoff. Selve denne prosessen er ekstremt ineffektiv og introduserer store tekniske utfordringer relatert til å samle opp nok anti-partikler til å drive et romfartøy som er i stand til å reise inn i Great Beyond med hastigheter som muliggjør stor romføler - og menneskelig romfartsbane. Hvordan vil alt dette sannsynligvis spille ut?
I følge Dr. Smith har fysikere i mange år presset positroner ut av wolframmålene ved å kollidere positronene med materie, og dempet dem med tusen eller så for å bruke dem i høyoppløselig mikroskop. Denne prosessen er fryktelig ineffektiv; bare en milliondel av positronene overlever. For romfart må vi øke bremseeffektiviteten med minst en faktor på tusen. Etter fire år med hardt arbeid med elektromagnetiske feller i laboratoriene våre forbereder vi oss på å fange opp og avkjøle fem billioner positron per sekund de neste årene. Våre langdistansemål er fem fir-billion billioner per sekund. Med denne hastigheten kunne vi fylle opp for vår første positrondrevne flytur ut i verdensrommet i løpet av timer. "
Selv om det er sant at en positron-utslettingsmotor også krever drivstoff (typisk i form av komprimert hydrogengass), reduseres mengden drivmiddel i seg selv til nesten 10 prosent av den som kreves av en konvensjonell rakett - siden det ikke er nødvendig med oksydasjonsmiddel for å reagere med drivstoffet. I mellomtiden kan fremtidig håndverk faktisk være i stand til å øse drivstoff opp fra solvinden og det interstellare mediet. Dette bør også føre til en betydelig reduksjon i utskytningsvekten til slikt romfartøy.
Skrevet av Jeff Barbour
