Güçlü bir uzay gemisi inşa etmek istiyorsanız, antimaddeden daha iyi bir şey yoktur. NASA’nın Gelişmiş Kavramlar Enstitüsü, bu sorunların bazılarından kaçınabilecek, karşımaddeyle çalışan bir uzay aracı tasarlamaya çalışmak için bir araştırma ekibine fon sağlıyor.
Bilim kurgu öykülerindeki kendine saygılı çoğu yıldız gemisi iyi bir nedenden ötürü anti maddeyi yakıt olarak kullanır - bilinen en güçlü yakıttır. Bir insan misyonunu Mars'a itmek için tonlarca kimyasal yakıta ihtiyaç duyulurken, sadece on miligram antimadde bunu yapacaktır (miligram orijinal M&M şekerinin bir parçasının ağırlığının binde biri kadardır).
Ancak, gerçekte bu gücün bir bedeli vardır. Bazı antimadde reaksiyonları yüksek enerjili gama ışınları patlatır. Gama ışınları steroidlerdeki X ışınları gibidir. Maddeye nüfuz ederler ve hücrelerdeki molekülleri parçalara ayırırlar, bu yüzden etrafta olmak sağlıklı değildir. Yüksek enerjili gama ışınları, motor malzemesinin atomlarını parçalayarak da motorları radyoaktif hale getirebilir.
NASA Gelişmiş Kavramlar Enstitüsü (NIAC), daha düşük enerjili gama ışınları üreterek bu kötü yan etkiyi önleyen, antimadde ile çalışan bir uzay gemisi için yeni bir tasarım üzerinde çalışan bir araştırmacı ekibine fon sağlıyor.
Antimadde bazen normal maddenin ayna görüntüsü olarak adlandırılır, çünkü sıradan maddeye benzese de, bazı özellikler tersine çevrilir. Örneğin, cep telefonlarından plazma TV'lere kadar her şeyde elektrik akımı taşıyan normal elektronlar, negatif elektrik yüküne sahiptir. Anti-elektronların pozitif bir yükü vardır, bu yüzden bilim adamları onlara “pozitron” adını verdiler.
Karşımadde madde ile karşılaştığında, her ikisi de bir enerji parıltısında yok olur. Enerjiye bu tam dönüşüm, karşımaddeyi bu kadar güçlü yapan şeydir. Atom bombalarına güç veren nükleer reaksiyonlar bile, kütlelerinin sadece yüzde üçünün enerjiye dönüştüğü uzak bir saniyede gelir.
Önceki antimadde ile çalışan uzay gemisi tasarımlarında imha ettiklerinde yüksek enerjili gama ışınları üreten antiprotonlar kullanılmıştır. Yeni tasarım, yaklaşık 400 kat daha az enerji ile gama ışınları yapan pozitronları kullanacak.
NIAC araştırması, fikrin uygulanabilir olup olmadığını görmek için bir ön çalışmadır. Umut verici görünüyorsa ve teknolojiyi başarılı bir şekilde geliştirmek için fonlar mevcutsa, pozitronla çalışan bir uzay gemisinin Mars'a, Mars Referans Misyonu adı verilen bir insan misyonu için mevcut planlara göre birkaç avantajı olacaktır.
New Mexico'daki Santa Fe'deki Positronics Research, LLC'den Dr. Gerald Smith “En önemli avantajı daha fazla güvenlik” dedi. Mevcut Referans Misyonu, uzay gemisini Mars'a itmek için bir nükleer reaktör çağırıyor. Bu arzu edilir çünkü nükleer tahrik Mars'a seyahat süresini azaltır, kozmik ışınlara maruz kalmalarını azaltarak mürettebatın güvenliğini arttırır. Ayrıca, kimyasal olarak çalışan bir uzay aracı çok daha ağırdır ve fırlatılmasının maliyeti daha yüksektir. Reaktör ayrıca üç yıllık görev için yeterli güç sağlar. Ancak nükleer reaktörler karmaşıktır, bu nedenle görev sırasında potansiyel olarak daha fazla şey ters gidebilir. “Pozitron reaktör aynı avantajları sunuyor ancak nispeten basit,” diyor NIAC araştırmasının baş araştırmacısı Smith.
Ayrıca, nükleer reaktörler yakıtları tükendikten sonra bile radyoaktiftir. Gemi Mars'a geldikten sonra, Referans Görev planları, reaktörün, kalan radyasyonun güvenli seviyelere düşürüleceği en az bir milyon yıl boyunca Dünya ile karşılaşmayacak bir yörüngeye yönlendirilmesidir. Bununla birlikte, yakıt tükendikten sonra bir pozitron reaktöründe artık radyasyon yoktur, bu nedenle takıma göre, harcanan pozitron reaktörünün yanlışlıkla Dünya atmosferine tekrar girmesi durumunda herhangi bir güvenlik endişesi yoktur.
Başlatmak da daha güvenli olacak. Bir nükleer reaktör taşıyan bir roket patlarsa, atmosfere radyoaktif partiküller salabilir. “Pozitron uzay aracımız patladığında bir flash gama ışını yayınlayacaktı, ancak gama ışınları bir anda yok olacaktı. Rüzgara sürüklenecek radyoaktif parçacıklar olmayacaktı. Flaş ayrıca nispeten küçük bir alanla sınırlandırılacaktır. Tehlikeli bölge, uzay aracının çevresinde yaklaşık bir kilometre (yaklaşık yarım mil) olacaktır. Sıradan bir büyük kimyasalla çalışan roket, patlamasından kaynaklanacak büyük ateş topu nedeniyle yaklaşık aynı büyüklükte bir tehlike bölgesine sahiptir ”dedi.
Bir diğer önemli avantaj hızdır. Referans Misyon uzay aracı yaklaşık 180 gün içinde astronotları Mars'a götürür. “Gaz çekirdeği ve ablatif motor konseptleri gibi gelişmiş tasarımlarımız astronotları Mars'a o zamanın yarısında ve belki de 45 gün gibi kısa bir sürede götürebilir” dedi.
Gelişmiş motorlar bunu sıcak çalışarak yaparlar, bu da verimliliklerini veya “özgül dürtü” nü (Isp) artırır. Isp, roketçiliğin "galon başına milidir": Isp ne kadar yüksek olursa, yakıt kaynağınızı kullanmadan önce o kadar hızlı gidebilirsiniz. NASA'nın Uzay Mekiği ana motoru gibi en iyi kimyasal roketler yaklaşık 450 saniyede maksimum çıkıyor, bu da bir kiloluk yakıtın 450 saniye boyunca bir pound itme üreteceği anlamına geliyor. Bir nükleer veya pozitron reaktör 900 saniyeden fazla sürebilir. İtme kuvveti üretmek için yavaşça buharlaşan ablatif motor, 5.000 saniyeye kadar çıkabilir.
Pozitron uzay aracını gerçeğe dönüştürmenin teknik zorluklarından biri pozitronları üretme maliyetidir. Normal madde üzerindeki muhteşem etkisi nedeniyle, etrafta çok fazla antimadde yoktur. Uzayda, kozmik ışınlar adı verilen yüksek hızlı parçacıkların çarpışmalarında yaratılır. Yeryüzünde, atomları bir araya getiren muazzam makinelerde parçacık hızlandırıcılarında yaratılmalıdır. Makineler normalde evrenin derin, temel düzeyde nasıl çalıştığını keşfetmek için kullanılır, ancak karşımadde fabrikaları olarak kullanılabilirler.
Smith, “Bir insan Mars misyonu için gereken 10 miligram pozitronu üretmek için kabaca bir tahmin, şu anda geliştirilmekte olan teknolojiyi kullanarak yaklaşık 250 milyon dolar” dedi. Bu maliyet yüksek görünebilir, ancak daha ağır bir kimyasal roket fırlatmanın (mevcut fırlatma maliyetleri pound başına yaklaşık 10.000 $) veya yakıt ve nükleer reaktörün güvenli hale getirilmesi maliyetine karşı düşünülmelidir. Smith, “Nükleer teknolojideki deneyime dayanarak, pozitron üretim maliyetinin daha fazla araştırma ile düşmesini beklemek mantıklı görünüyor” dedi.
Başka bir zorluk, küçük bir alanda yeterince pozitron depolamaktır. Normal maddeleri yok ettikleri için, onları sadece bir şişeye dolduramazsınız. Bunun yerine, elektrik ve manyetik alanlarla çevrelenmeleri gerekir. Smith, “Özel bir araştırma ve geliştirme programı ile bu zorlukların üstesinden gelinebileceğinden eminiz” dedi.
Eğer böyleyse, belki Mars'a ulaşan ilk insanlar, bilim kurgu hayallerimizin evrenleri arasında yıldız gemilerini ateşleyen aynı kaynaktan güç alan uzay gemilerine ulaşacaklardır.
Orijinal Kaynak: NASA Haber Bülteni
