Магнитные сопла: Кусочек будущего
Общеизвестно, что встреча частиц вещества и антивещества заканчивается их аннигиляцией с выделением колоссальной энергии — относительное ее количество в тысячи раз больше, чем у ядерной реакции и в миллиарды больше, чем при сжигании углеводородов. Ничего удивительного в том, что антиматерия стала «топливом мечты» для конструкторов и фантастов.
Основной проблемой перед ее использованием остается еще более фантастическая дороговизна «антитоплива»: антиматерия, на самом деле, самая дорогая субстанция, которая имеется в распоряжении человечества. Получение миллиграмма позитронов обходится примерно в 25 млн американских долларов.
Однако время от времени ученые откладывают решение этой ключевой задачи и рассматривают иные аспекты создания двигателей на «антитяге», расправляясь с различными деталями их возможной конструкции и использования. Занялись этим и физики Ронан Кини (Ronan Keane) и Вэй-Мин Чзан (Wei-Ming Zhang).
Стоит напомнить, что скорость, которую способна развивать ракета, зависит от скорости истечения газа, соотношения общей массы носителя к массе топлива и массы других факторов. Из них авторы рассмотрели только первый фактор: скорость, с которой частицы, порожденные аннигиляцией протонов с антипротонами, покидают «камеру сгорания». Процесс этот почти наверняка будет контролироваться магнитным полем, которое позволит направлять частицы в нужном направлении, сквозь сопло. В конечном итоге скорость истечения определяется первоначальным вектором скорости вылетающих частиц и особенностями конструкции сопла.
Ранее теоретические расчеты показали, что притом что соответствующие частицы сами по себе способны набирать 90% световой скорости и даже больше, «магнитные сопла» смогут достигать лишь 36% эффективности, что позволит разгонять частицы до примерно 30% скорости света. Это, конечно, впечатляет — но совсем непохоже на мечты, вдохновленные антиматерией.
Более точные результаты получены Кини и Чзаном с использованием новейшей программы GEANT4, и они вселяют больше надежд. Хотя оказалось, что полученные таким путем частицы могут развивать максимум около 80% скорости света, сами по себе сопла могут достигать большей эффективности, так что скорость истечения частиц из них способна подниматься до 70% световой.
Дальше — больше: судя по данным Кини и Чзана, для достижения этих показателей потребуется использовать магнитное поле в 12 Тл. Эта цифра достаточно велика, но она вполне достижима с технологиями уже сегодняшнего дня.
Разумеется, проблема получения антиматерии как топлива, остается. Однако если получать его слишком дорого, то почему б его не добывать? Существуют сведения о том, что в некотором отдалении наша планета окружена целым поясом античастиц («Много-много позитронов»), которые авторы предлагают улавливать и доставлять на Землю. Правда, они забывают, что в области с условным громким названием «пояс антипротонов» детекторы обнаружили за два года работы целых 28 античастиц, что в принципе не так уж и мало, но для ракет явно недостаточно.
По публикации MIT Technology Review / Physics arXiv Blog