Sekiranya anda ingin membina kapal angkasa yang hebat, tidak ada yang lebih baik daripada antimateri. Institut Konsep Lanjutan NASA membiayai pasukan penyelidik untuk mencuba dan merancang kapal angkasa bertenaga antimateri yang dapat mengelakkan beberapa masalah tersebut.
Sebilangan besar kapal bintang yang menghormati diri dalam cerita fiksyen sains menggunakan bahan anti sebagai bahan api untuk alasan yang baik - ini adalah bahan bakar paling kuat yang diketahui. Walaupun banyak bahan bakar kimia diperlukan untuk mendorong misi manusia ke Marikh, hanya puluhan miligram antimateri yang akan dilakukan (satu miligram kira-kira seperseribu berat sekeping gula-gula M&M yang asli).
Namun, pada hakikatnya kekuatan ini hadir dengan harga. Beberapa tindak balas antimateri menghasilkan letupan sinar gamma tenaga tinggi. Sinar gamma seperti sinar-X pada steroid. Mereka menembusi bahan dan memecah molekul dalam sel, sehingga tidak sihat berada di sekitar. Sinar gamma bertenaga tinggi juga dapat menjadikan mesin menjadi radioaktif dengan memecah atom bahan mesin.
Institut Konsep Lanjutan NASA (NIAC) membiayai pasukan penyelidik yang mengusahakan reka bentuk baru untuk kapal angkasa bertenaga antimateri yang mengelakkan kesan sampingan yang buruk ini dengan menghasilkan sinar gamma dengan tenaga yang jauh lebih rendah.
Antimateri kadang-kadang disebut gambar cermin bahan normal kerana walaupun kelihatan seperti bahan biasa, beberapa sifat terbalik. Contohnya, elektron normal, zarah biasa yang membawa arus elektrik dalam semua perkara dari telefon bimbit hingga TV plasma, mempunyai cas elektrik negatif. Anti-elektron mempunyai muatan positif, oleh itu para saintis menggelarnya sebagai "positron".
Apabila antimateri bertemu jirim, kedua-duanya memusnahkan sekejap tenaga. Penukaran tenaga menjadi sempurna inilah yang menjadikan antimateri begitu kuat. Bahkan reaksi nuklear yang menggerakkan bom atom datang dalam beberapa saat, dengan hanya sekitar tiga peratus jisimnya ditukarkan menjadi tenaga.
Reka bentuk kapal angkasa bertenaga antimateri sebelumnya menggunakan antiproton, yang menghasilkan sinar gamma bertenaga tinggi ketika mereka memusnahkan. Reka bentuk baru akan menggunakan positron, yang membuat sinar gamma dengan tenaga sekitar 400 kali lebih sedikit.
Penyelidikan NIAC adalah kajian awal untuk melihat apakah idea itu dapat dilaksanakan. Sekiranya kelihatan menjanjikan, dan dana tersedia untuk berjaya mengembangkan teknologi, kapal angkasa bertenaga positron akan memiliki beberapa kelebihan daripada rancangan yang ada untuk misi manusia ke Mars, yang disebut Mars Reference Mission.
"Kelebihan yang paling ketara adalah keselamatan," kata Dr. Gerald Smith dari Positronics Research, LLC, di Santa Fe, New Mexico. Misi Rujukan semasa meminta reaktor nuklear untuk mendorong kapal angkasa ke Marikh. Ini wajar kerana penggerak nuklear mengurangkan masa perjalanan ke Marikh, meningkatkan keselamatan kru dengan mengurangkan pendedahan mereka terhadap sinar kosmik. Juga, kapal angkasa berkuasa kimia mempunyai berat lebih banyak dan memerlukan kos lebih banyak untuk dilancarkan. Reaktor ini juga memberikan tenaga yang cukup untuk misi tiga tahun. Tetapi reaktor nuklear itu kompleks, jadi lebih banyak perkara yang berpotensi menjadi salah semasa misi. "Bagaimanapun, reaktor positron menawarkan kelebihan yang sama tetapi relatif sederhana," kata Smith, penyelidik utama untuk kajian NIAC.
Juga, reaktor nuklear radioaktif walaupun bahan bakarnya habis. Setelah kapal tiba di Mars, Rencana Misi merancang untuk mengarahkan reaktor ke orbit yang tidak akan menemui Bumi sekurang-kurangnya satu juta tahun, ketika sisa radiasi akan dikurangkan ke tahap yang selamat. Namun, tidak ada radiasi yang tersisa dalam reaktor positron setelah bahan bakar habis, jadi tidak ada masalah keselamatan jika reaktor positron yang habis digunakan secara tidak sengaja memasuki atmosfera Bumi, menurut pasukan.
Ia juga akan lebih selamat dilancarkan. Sekiranya roket yang membawa reaktor nuklear meletup, ia dapat melepaskan zarah radioaktif ke atmosfera. "Kapal angkasa positron kami akan melepaskan kilatan sinar gamma jika meletup, tetapi sinar gamma akan hilang dalam sekejap. Tidak akan ada zarah radioaktif yang melayang di atas angin. Kilat juga akan terbatas pada kawasan yang agak kecil. Zon bahaya akan berada sekitar satu kilometer (sekitar setengah batu) di sekitar kapal angkasa. Roket bertenaga kimia besar biasa mempunyai zon bahaya dengan ukuran yang hampir sama, kerana bola api besar yang akan dihasilkan dari letupannya, ”kata Smith.
Kelebihan lain yang ketara ialah kelajuan. Kapal angkasa Reference Mission akan membawa angkasawan ke Marikh dalam kira-kira 180 hari. "Reka bentuk canggih kami, seperti teras gas dan konsep mesin ablatif, dapat membawa angkasawan ke Mars pada separuh masa itu, dan bahkan mungkin hanya dalam waktu 45 hari," kata Kirby Meyer, jurutera Positronics Research mengenai kajian itu.
Enjin canggih melakukan ini dengan berjalan panas, yang meningkatkan kecekapan atau "dorongan khusus" (Isp). Isp adalah "batu per galon" roket: semakin tinggi Isp, semakin cepat anda dapat pergi sebelum menggunakan bekalan bahan bakar anda. Roket kimia terbaik, seperti mesin utama Space Shuttle NASA, maksimum sekitar 450 saat, yang bermaksud satu paun bahan bakar akan menghasilkan satu pon daya tuju selama 450 saat. Reaktor nuklear atau positron dapat menghasilkan lebih dari 900 saat. Mesin ablatif, yang perlahan-lahan menguap untuk menghasilkan daya tuju, boleh bergerak setinggi 5.000 saat.
Satu cabaran teknikal untuk menjadikan kapal angkasa positron menjadi kenyataan adalah kos untuk menghasilkan positron. Oleh kerana kesannya yang luar biasa pada bahan normal, tidak banyak antimateri duduk di sekitar. Di angkasa, ia diciptakan dalam perlanggaran zarah berkelajuan tinggi yang disebut sinar kosmik. Di Bumi, ia mesti dibuat dalam pemecut zarah, mesin besar yang menghancurkan atom bersama-sama. Mesin biasanya digunakan untuk mengetahui bagaimana alam semesta berfungsi pada tahap dasar yang dalam, tetapi mesin ini dapat dimanfaatkan sebagai kilang antimateri.
"Anggaran kasar untuk menghasilkan 10 miligram positron yang diperlukan untuk misi Mars manusia adalah sekitar 250 juta dolar menggunakan teknologi yang sedang dikembangkan," kata Smith. Kos ini mungkin kelihatan tinggi, tetapi perlu dipertimbangkan dengan kos tambahan untuk melancarkan roket kimia yang lebih berat (kos pelancaran semasa adalah sekitar $ 10,000 per paun) atau kos untuk bahan bakar dan keselamatan reaktor nuklear. "Berdasarkan pengalaman dengan teknologi nuklear, nampaknya masuk akal untuk mengharapkan biaya produksi positron turun dengan lebih banyak penelitian," tambah Smith.
Cabaran lain adalah menyimpan positron yang cukup di ruang kecil. Kerana mereka memusnahkan perkara biasa, anda tidak boleh memasukkannya ke dalam botol. Sebaliknya, mereka harus dibendung dengan medan elektrik dan magnet. "Kami merasa yakin bahawa dengan program penyelidikan dan pengembangan yang berdedikasi, cabaran ini dapat diatasi," kata Smith.
Sekiranya demikian, mungkin manusia pertama yang sampai ke Marikh akan tiba di kapal angkasa yang dikuasakan oleh sumber yang sama yang menembakkan kapal angkasa melintasi alam semesta impian fiksyen ilmiah kita.
Sumber Asal: Siaran Berita NASA
