Использование антиматерии в ракетных двигателях

NASA - Propulsion Research Center

Антиматерия, кроме того, что является сугубо искусственной субстанцией на Земле, имеет еще и самую высокую стоимость за 1 грамм - около 62,5 триллионов долларов. Кроме всего прочего, хранилище для антиматерии представляет собой достаточно сложный контейнер, имеющий в своей основе магнитную ловушку.

Такая высокая цена обусловлена большими затратами энергии для получения, например, всего 10 нанограмм антипротонов - как раз столько получают в лаборатории Ферми (Chicago) на ускорителе за весь год . Антипротон образуется после столкновения двух очень высокоэнергетичных положительных протонов.

Как известно, при соединении антивещества с обычным веществом происходит аннигиляция и выделяется огромное количество энергии - по сути все вещество превращается в энергию. Идеальное топливо для космических ракет, не так ли? Можно ведь очень точно регулировать количество энергии.

Очень здорово, но только стоимость антиматерии не позволяет ее использовать впрямую для двигателей.

Однако, ученые из исследовательского центра NASA (Propulsion Research Center) в Хантсвилле (Huntsville, Alabama) придумали, как использовать антиматерию в малых количествах для создания двигателей космического корабля. Возникает вопрос - а почему бы не сделать микровзрыв простым ядерным распадом? Потому что, было неизвестно, как перенасытить нейтронами ядра урана, чтобы произошел распад с выделением энергии. В малых количествах, разумеется. В больших - известно. Однако, сейчас ключ решения этой проблемы был найден и коротко описывается следующим образом - в сгусток антипротонов (т.е. в плазму) "впрыскивают" смесь из дейтерия (тяжелый водород), урана-238 и гелия-3 (легкий гелий). При этом, антипротоны обеспечивают уникальный тип реакции распада - производится в 6 раз больше свободных нейтронов, чем при обычной реакции распада. Получившейся энергии хватает, чтобы начать реакцию синтеза. Нейтроны инициирует взрыв гелиево-водородной смеси, производя реакцию термоядерного синтеза. Т.е. как бы водородная бомба в миниатюре. Что, собственно, и требовалось.

Такой тип реакции получил и свое название - Инициированный Антиматерией Микросинтез (antimatter initiated microfusion - AIM).

На рисунке видна схема космического корабля, имеющего двигатели именно на этой основе. Слева - сами двигатели с магнитными соплами, справа - оборудования и модуль экипажа. Для обеспечения полетов внутри Солнечной системы потребуется, по прикидкам ученых, от 1 до 100 микрограмм антиматерии. Количество обуславливает скорость в конце ускорения - она может достигнуть и 1000 км/с - этого будет достаточно, чтобы астронавты долетели до края Солнечной системы не состарившись (антиматерия позволит, например, совершить полет к Марсу всего за 3 месяца). Однако, даже такое количество антиматерии все равно является слишком огромным, чтобы говорить о полетах хотя бы в ближайшие 50 лет. Иследователи лаборатории Ферми утверждают, что ониприложат все усилия, чтобы удваивать количество производимой антиматерии каждый год. А в следующем столетии, вероятно, вообще не будет проблем с производством даже 1 микрограмма антиматерии. Впрочем, время покажет, когда это произойдет.