توضيح الكمبيوتر لمحرك مضاد للمادة المحتمل. حقوق الصورة: Positronics Research LLC. اضغط للتكبير.
لقد لعبنا جميعًا اللعبة كأطفال - "قفزة" تضمنت طفلًا واحدًا يجلس على جميع الأربع بينما وضع الثاني أيديهم على أكتاف الأول. يستعد الطفل الواقف عند شد الجاذبية ، ثم ينحني عند الساقين بعمق ثم يرتفع لأعلى وفوق الجزء الأول. النتائج؟ الطفل الثاني يتقرف الآن ويتبعه قفزة أخرى مثل الضفادع. ليست الطريقة الأكثر فعالية للوصول إلى مجموعة التأرجح - ولكن الكثير من المرح في الشركة المناسبة!
ومع ذلك ، فإن Leapfrogging ليس هو نفسه "bootstrapping". أثناء عملية الإقلاع ، ينحني لاعب واحد ويلتقط الحلقات الجلدية من الخارج من كلا الجزئين. يقوم اللاعب بعد ذلك بمجهود هائل للأعلى مع الذراعين. أعمال Leapfrogging - البوت بوت لا ، لا يمكن القيام به دون قفز - شيء مختلف تمامًا.
يؤمن معهد ناسا للمفاهيم المتقدمة (NIAC) بالقفز السريع - ليس في الملعب ولكن في الفضاء. من الموقع الإلكتروني الخاص بالمعهد: "يشجع الاتحاد الدولي للملاحة الجوية المُقدِّمين على التفكير بعقود في المستقبل بحثًا عن مفاهيم من شأنها" تخطي "تطور أنظمة الفضاء الحالية". تبحث NIAC عن بعض الأفكار الجيدة وهي على استعداد لدعمها بمنح البذور لمدة ستة أشهر لاختبار الجدوى قبل تخصيص أموال جادة للبحث والتطوير - متوفرة من وكالة ناسا وأماكن أخرى. نأمل أن يسمح لهذه البذور أن تنبت ويزرعها الاستثمار في المستقبل حتى النضج.
يريد NIAC فصل القفزة عن الإقلاع ، على أي حال. يعمل أحدهما والآخر لا معنى له على الإطلاق. وفقًا لـ NIAC ، يمكن أن يؤدي محرك البوزيترون إلى قفزة عملاقة للأمام في طريقة سفرنا في جميع أنحاء النظام الشمسي وما بعده. ربما لا يوجد أي إقلاع عن ذلك.
خذ بعين الاعتبار توأم المرآة البوزيتروني لتوائم الإنسان التي تشبه الإلكترون ، وهو أمر نادر جدًا. على عكس التوائم البشرية ، من غير المحتمل أن ينجو البوزيترون من عملية الولادة. لماذا ا؟ لأن البوزيترونات وإخوتهم - الإلكترونات - يجدون بعضهم البعض لا يقاومون ويهلكون بسرعة في سلسلة من أشعة غاما الناعمة. لكن هذا الانفجار ، في ظل ظروف خاضعة للرقابة ، يمكن تحويله إلى أي شكل من أشكال "العمل" الذي قد ترغب في القيام به.
هل تحتاج إلى ضوء؟ اخلط بوزيترون وإلكترون ثم إشعاع الغاز إلى اللمعان. هل تحتاج إلى كهرباء؟ امزج زوجًا آخر وقم بإشعاع شريط معدني. هل تحتاج إلى الدفع؟ اطلاق النار على أشعة جاما في دافع ، وتسخينه إلى درجات حرارة عالية بشكل غريب ودفع الوقود خارج الجزء الخلفي من الصاروخ. أو يمكنك تصوير أشعة جاما في صفائح تنجستن في تيار من الهواء ، وتسخين ذلك الهواء والتخلص منه من الجزء الخلفي من الطائرة.
تخيل أن لديك إمدادات من البوزيترونات - ماذا يمكنك أن تفعل بها؟ وفقًا لـ Gerald A. Smith ، باحث رئيسي لبحوث Positronics ، LLC في Sante Fe ، نيو مكسيكو ، يمكنك الذهاب إلى أي مكان تقريبًا ، "كثافة الطاقة من المادة المضادة أكبر بعشر مرات من المادة الكيميائية وثلاث مرات من الحجم أكبر من الانشطار النووي. أو طاقة الاندماج. "
وماذا يعني هذا من حيث الدفع؟ "وزن أقل ، وزن بعيد ، وزن أقل بكثير."
باستخدام أنظمة الدفع الكيميائية ، تم العثور على 55 في المائة من الوزن المرتبط بمسبار Huygens-Cassini الذي تم إرساله لاستكشاف زحل في خزانات وقود المؤكسد. وفي الوقت نفسه ، لإلقاء المسابير 5650 كجم من الوزن خارج الأرض ، تطلبت مركبة إطلاق تزن حوالي 180 مرة من كاسيني-هيجنز ذات الوقود الكامل (1032350 كجم).
باستخدام أرقام الدكتور سميث وحدها - وبالنظر فقط إلى قوة المناورة المطلوبة لـ Cassini-Huygens باستخدام إبادة البوزيترون والإلكترون ، يمكن تقليل 3100 كلغ من الوقود الكيميائي الذي يثقل كاهل مسبار 1997 الأصلي إلى 310 ميكروغرام فقط من الإلكترونات والبوزيترونات - مادة أقل من تلك الموجودة في قطرة واحدة من رذاذ الصباح. ومع هذا الانخفاض في الكتلة ، يمكن بسهولة تقليل إجمالي وزن الإطلاق من Canaveral إلى Saturn بمعامل اثنين.
لكن إبادة البوزيترون-الإلكترون تشبه امتلاك الكثير من الهواء ولكن لا يوجد بنزين على الإطلاق؟ سيارتك لن تحصل على الأكسجين وحده. الإلكترونات في كل مكان ، في حين أن البوزيترونات غير متاحة بشكل طبيعي على الأرض. في الواقع حيث تحدث - بالقرب من آفاق حدث الثقب الأسود أو لفترات قصيرة من الوقت بعد دخول جزيئات الطاقة العالية إلى الغلاف الجوي للأرض - سرعان ما يجدون واحدة من تلك الإلكترونات في كل مكان ويذهبون ضوئيًا. لهذا السبب عليك أن تصنع بنفسك.
أدخل معجل الجسيمات
تعمل شركات مثل Positronics Research ، التي يرأسها د. سميث ، على التقنيات المتأصلة في استخدام مسرعات الجسيمات - مثل مسرع ستانفورد الخطي (SLAC) الموجود في مينلو بارك ، كاليفورنيا. تعمل مسرعات الجسيمات على إنشاء البوزيترونات باستخدام تقنيات إنتاج زوج الإلكترون والبوزترون. يتم ذلك عن طريق تحطيم شعاع إلكترون متسارع نسبيًا إلى هدف تنغستن كثيف. ثم يتم تحويل الحزمة الإلكترونية إلى فوتونات عالية الطاقة تتحرك عبر التنغستن وتتحول إلى مجموعات متطابقة من الإلكترونات والبوزيترونات. المشكلة قبل الدكتور سميث والآخرين الذين يخلقون البوزيترونات أسهل من احتجازها وتخزينها ونقلها واستخدامها بفعالية.
في هذه الأثناء أثناء إنتاج الزوج ، كل ما فعلته حقًا هو تعبئة الكثير من الطاقة المرتبطة بالأرض في كميات صغيرة للغاية من الوقود شديد التقلب - ولكن خفيف الوزن للغاية -. هذه العملية نفسها غير فعالة للغاية وتقدم تحديات تقنية رئيسية تتعلق بتراكم ما يكفي من الجسيمات المضادة لتشغيل مركبة فضائية قادرة على السفر إلى Great Beyond بسرعات تجعل المسبار الفضائي الكبير - والسفريات البشرية - ممكنًا. كيف من المحتمل أن يحدث كل هذا؟
وفقًا للدكتور سميث ، "ظل علماء الفيزياء لسنوات عديدة يضغطون على البوزيترونات من أهداف التنغستن عن طريق اصطدام البوزيترونات بالمادة ، مما يبطئها بألف أو نحو ذلك لاستخدامها في المجاهر عالية الدقة. هذه العملية غير فعالة بشكل مروع ؛ مليون واحد فقط من البوزترونات على قيد الحياة. للسفر إلى الفضاء نحتاج إلى زيادة الكفاءة في التباطؤ بما لا يقل عن ألف عامل. بعد أربع سنوات من العمل الشاق مع المصائد الكهرومغناطيسية في مختبراتنا ، نستعد لالتقاط وتبريد خمسة تريليونات بوزيترونات في الثانية في السنوات القليلة القادمة. أهدافنا بعيدة المدى هي خمسة تريليونات بوزيترونات في الثانية. على هذا المعدل ، يمكننا أن نزيد من رحلتنا الأولى التي تعمل بالوقود البوزيتروني إلى الفضاء في غضون ساعات ".
في حين أنه من الصحيح أن محرك إبادة البوزيترون يتطلب أيضًا دافعًا (عادة في شكل غاز هيدروجين مضغوط) ، فإن كمية الوقود نفسه يتم تقليلها إلى ما يقرب من 10 في المائة من تلك التي يتطلبها صاروخ تقليدي - نظرًا لعدم الحاجة إلى مؤكسد للتفاعل بالوقود. وفي الوقت نفسه ، قد تكون المركبة المستقبلية قادرة بالفعل على استخلاص مادة دافعة من الريح الشمسية والوسط النجمي. ومن المفترض أن يؤدي ذلك أيضًا إلى انخفاض كبير في وزن إطلاق هذه المركبة الفضائية.
كتبه جيف بربور
