Antymateria tysiąc razy wydajniejsza od rozszczepienia jądrowego
Czym w ogóle jest antymateria? To lustrzane odbicie zwykłej materii, z cząstkami o przeciwnych ładunkach. Gdy spotka się ona ze swoją „normalną” odpowiedniczką, dochodzi do całkowitej anihilacji. Cała masa obu cząstek zamienia się w czystą energię, zgodnie ze słynnym równaniem Einsteina E=mc². Współczynnik c² to olbrzymia liczba, co sprawia, że energia z anihilacji jest około tysiąca razy większa niż z rozszczepienia jądra atomowego. Taka gęstość energii oznacza, iż naprawdę małe ilości tego paliwa mogłyby wystarczyć na wielkie podróże. Problem w tym, że jego wytworzenie i opanowanie to jeden z najtrudniejszych technologicznych wyzwań.
Czytaj też: Chińska superplatforma odporna na broń jądrową. Gigant technologii czy tajny projekt militarny?
Handmer wskazuje trzy kluczowe obszary, w których potrzebny jest przełom. Po pierwsze – produkcja. Obecne możliwości są bardzo skromne. Ośrodki takie jak CERN potrafią wytworzyć zaledwie tysiące atomów antywodoru dziennie, przy efektywności procesu sięgającej zaledwie 0,000001%. Potrzebne są ogromne akceleratory cząstek. Istnieje jednak pewien promyk nadziei – w CERN udało się ostatnio osiągnąć ośmiokrotny wzrost wydajności dzięki dość prostemu trikowi. Kilka kolejnych takich skoków mogłoby zmienić reguły gry.
Drugim, może nawet większym problemem jest przechowywanie. Antymateria natychmiast unicestwia się w kontakcie ze zwykłą materią. Nie można jej przetrzymywać w butelce. Obiecującą metodą jest tzw. pułapka elektrostatyczna, gdzie maleńka kropla antywodoru jest utrzymywana w zawieszeniu w kriogenicznej komorze próżniowej przy pomocy precyzyjnie kontrolowanych pól elektrycznych. Trzeci filar to konstrukcja samego silnika. Pomysłów jest kilka. Najprostszy wykorzystuje anihilację do podgrzania ogniotrwałego bloku, przez który przepływa paliwo robocze – jego wydajność byłaby zbliżona do rakiet termojądrowych. Ciekawsze są koncepcje bardziej zaawansowane. Można na przykład użyć antyprotonów do zainicjowania reakcji rozszczepienia w uranie-238. Powstałe w ten sposób wysokoenergetyczne cząstki mogłyby efektywniej oddać energię do strumienia napędowego, pozwalając na osiągnięcie parametrów nieosiągalnych dla klasycznych napędów.
Tylko 45 gramów antymaterii na podróż do Plutona
Ile właściwie tego paliwa by potrzebowaliśmy? Okazuje się, że bardzo niewiele. Według obliczeń Handmera, misja na Plutona i z powrotem, trwająca krócej niż dwadzieścia lat, wymagałaby jedynie 45 gramów antymaterii oraz 10 kilogramów uranu-238. Objętość takiego ładunku to zaledwie około pół litra – mniej niż mała butelka wody.
Czytaj też: Naukowcy złamali kod energetycznej wody. Uwięziona staje się potężnym źródłem energii
Nasza wizja przyszłości zakłada, że ludzie podróżują między planetami znacznie szybciej niż nasi przodkowie żeglowali przez oceany, ale żadna istniejąca technologia rakietowa nie jest w stanie tego osiągnąć. Będziemy potrzebować czegoś znacznie bardziej energetycznego, a antymateria jest kluczem – wyjaśnia Handmer
Autor nowej koncepcji wierzy, że skoordynowany program rozwoju, podobny do tego, który dał nam bombę atomową, jest realny. Jego zdaniem, po osiągnięciu wydajności produkcji na poziomie lepszym niż 0,01%, loty na Marsa, Jowisza czy Saturna weszłyby w sferę realnych możliwości, a ich koszt zmieściłby się w obecnych budżetach agencji kosmicznych. Nie wszyscy podzielają ten optymizm. Krytycy zwracają uwagę na fundamentalne trudności. Produkcja antymaterii jest obecnie niewyobrażalnie nieefektywna energetycznie. Dla zobrazowania: pełny zbiornik paliwa rakiety Starship to energia chemiczna rzędu 71,5 teradżuli. Wyprodukowanie równoważnej ilości energii w postaci antymaterii przy dzisiejszej wydajności pochłonęłoby całą energię elektryczną wytwarzaną w Stanach Zjednoczonych przez 153 godziny i kosztowałoby astronomiczne biliony dolarów.