ภาพประกอบคอมพิวเตอร์ของไดรฟ์ปฏิสสารที่มีศักยภาพ เครดิตภาพ: Positronics Research LLC คลิกเพื่อดูภาพขยาย
เราทุกคนเล่นเกมในฐานะเด็ก -“ เกมเสือข้ามห้วย” เกี่ยวข้องกับเด็กหนึ่งคนนั่งยอง ๆ บนสี่คนในขณะที่อีกคนหนึ่งวางมือบนไหล่ของคนแรก ค้ำยันกับแรงโน้มถ่วงดึงเด็กที่ยืนนิ่งก้มที่ขาอย่างลึกจากนั้นจึงดันขึ้นไปด้านบนของส่วนแรก ผลลัพธ์? ลูกคนที่สองตอนนี้ squats และอีก froglike กระโดดตามมาในทางกลับกัน ไม่ใช่วิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการไปที่ชุดแกว่ง - แต่ความสนุกมากมายใน บริษัท ที่เหมาะสม!
อย่างไรก็ตามการเล่นต้องกระโจนไม่เหมือนกับ 'bootstrapping' ในขณะที่ bootstrapping ผู้เล่นคนเดียวก้มและคว้าห่วงหนังที่ด้านนอกของรองเท้าทั้งคู่ จากนั้นผู้เล่นก็ออกแรงยกแขนขึ้นอย่างมหาศาล ผลงานกระโดดร่ม - การบู๊ตไม่ได้ทำแบบนี้ไม่สามารถทำได้โดยไม่ต้องกระโดด - มันต่างกันโดยสิ้นเชิง
สถาบัน NASA สำหรับแนวคิดขั้นสูง (NIAC) เชื่อมั่นในการก้าวกระโดด - ไม่ได้อยู่ในสนามเด็กเล่น แต่อยู่ในอวกาศ จากเว็บไซต์ของสถาบันเอง:“ NIAC ส่งเสริมให้ผู้เสนอคิดหลายทศวรรษในอนาคตเพื่อค้นหาแนวคิดที่จะ“ ก้าวกระโดด” วิวัฒนาการของระบบการบินและอวกาศในปัจจุบัน” NIAC กำลังมองหาความคิดที่ดีและยินดีที่จะสนับสนุนพวกเขาด้วยทุนเมล็ดยาวหกเดือนเพื่อทดสอบความเป็นไปได้ก่อนที่จะมีการจัดสรรเงินทุนวิจัยและพัฒนาอย่างจริงจังซึ่งมีให้จาก NASA และที่อื่น ๆ หวังว่าเมล็ดพันธุ์ดังกล่าวจะได้รับอนุญาตให้งอกและการลงทุนในอนาคตจะเพิ่มขึ้นจนครบกำหนด
อย่างไรก็ตาม NIAC ต้องการแยก leapfrogging ออกจาก bootstrapping อย่างไรก็ตาม งานหนึ่งและงานอื่น ๆ ไม่สมเหตุสมผลเลย จากข้อมูลของ NIAC ไดรฟ์โพสิตรอนอาจนำไปสู่การก้าวกระโดดครั้งใหญ่ในวิธีที่เราเดินทางไปทั่วระบบสุริยจักรวาลและอื่น ๆ อาจไม่มี bootstrapping เกี่ยวกับมัน
ลองพิจารณาโพซิตรอน - กระจกคู่ของอิเล็กตรอน - เหมือนมนุษย์แฝดซึ่งเป็นสิ่งที่หายากมาก โพซิตรอนไม่น่าจะรอดจากกระบวนการเกิด ทำไม? เพราะโพสิตรอนและพี่น้องของพวกเขา - อิเล็กตรอน - พบกันซึ่งไม่อาจต้านทานและทำลายได้อย่างรวดเร็วในการระเบิดของรังสีแกมมาที่อ่อนนุ่ม แต่การระเบิดดังกล่าวภายใต้สถานการณ์ที่มีการควบคุมสามารถเปลี่ยนเป็น 'งาน' ในรูปแบบใดก็ได้ที่คุณอาจต้องการทำ
ต้องการแสงหรือไม่ ผสมโพสิตรอนและอิเล็กตรอนแล้วฉายรังสีก๊าซเพื่อ incandescence ต้องการไฟฟ้าหรือไม่ ผสมอีกคู่หนึ่งและฉายรังสีแถบโลหะ ต้องการแรงผลักดันหรือไม่ ยิงรังสีแกมม่าเหล่านั้นไปเป็นเชื้อเพลิงขับเคลื่อนความร้อนให้กับอุณหภูมิที่สูงจากต่างประเทศและผลักจรวดออกไปทางด้านหลังของจรวด หรือยิงรังสีแกมม่าเหล่านั้นไปยังแผ่นทังสเตนในกระแสอากาศความร้อนนั้นและทิ้งมันไว้ที่ด้านหลังของเครื่องบิน
ลองนึกภาพว่ามีโพสิตรอนจำนวนหนึ่ง - คุณทำอะไรกับพวกเขาบ้าง ตามที่เจอรัลด์เอ. สมิ ธ นักวิจัยหลักของ Positronics Research, LLC ของ Sante Fe, New Mexico คุณสามารถไปได้ทุกที่ "ความหนาแน่นพลังงานของแอนทายแมทเทอร์นั้นใหญ่กว่าสารเคมีสิบคำสั่ง หรือพลังงานฟิวชั่น”
และนี่หมายถึงอะไรในแง่ของการขับเคลื่อน “ น้ำหนักน้อยลงมากไกลน้อยกว่า”
การใช้ระบบขับเคลื่อนทางเคมีนั้นมีน้ำหนัก 55 เปอร์เซ็นต์ที่เกี่ยวข้องกับโพรบ Huygens-Cassini ที่ส่งไปสำรวจดาวเสาร์ซึ่งพบในถังเชื้อเพลิงและถังออกซิไดเซอร์ของโพรบ ในขณะเดียวกันการขว้างโพรบที่มีน้ำหนักมากกว่า 5650 กิโลกรัมออกไปจากโลกนั้นจำเป็นต้องมียานพาหนะสำหรับส่งยานพาหนะที่มีน้ำหนักถึง 180 เท่าของแคสสินี - ฮุยเจนส์ที่บรรจุเชื้อเพลิงเต็มที่ (1,032,350 กิโลกรัม)
การใช้ตัวเลขของดร. สมิ ธ เพียงอย่างเดียว - และเมื่อพิจารณาถึงแรงขับที่จำเป็นสำหรับ Cassini-Huygens โดยใช้การทำลายล้างโพซิตรอน - อิเล็กตรอนทำให้น้ำหนักโมเลกุลของสารเคมีที่ 3100 กิโลกรัมลดลงจากเดิม 1997 โพรบสามารถลดลงเพียง 310 ไมโครกรัมของอิเล็กตรอนและโพสิตรอน มากกว่าที่พบในละอองหมอกยามเช้าเพียงหยดเดียว และด้วยการลดมวลนี้น้ำหนักการปล่อยทั้งหมดจาก Canaveral ถึง Saturn สามารถลดลงได้อย่างง่ายดายด้วยปัจจัยสองประการ
แต่การทำลายล้างโพซิตรอนอิเล็กตรอนนั้นเหมือนมีอากาศมาก แต่ไม่มีน้ำมันใช่ไหม? รถของคุณจะไม่ได้อยู่กับออกซิเจนเพียงอย่างเดียว อิเล็กตรอนมีอยู่ทุกหนทุกแห่งในขณะที่โพซิตรอนไม่สามารถหาได้ตามธรรมชาติ อันที่จริงมันเกิดขึ้นใกล้หลุมดำของเหตุการณ์หรือในช่วงเวลาสั้น ๆ หลังจากอนุภาคพลังงานสูงเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลกในไม่ช้าพวกเขาก็พบหนึ่งในอิเล็กตรอนที่แพร่หลายและไปโทนิค ด้วยเหตุนี้คุณต้องทำด้วยตัวเอง
เข้าสู่เครื่องเร่งอนุภาค
บริษัท ต่างๆเช่น Positronics Research ซึ่งนำโดยดร. สมิ ธ กำลังทำงานเกี่ยวกับเทคโนโลยีที่มีอยู่ในการใช้เครื่องเร่งอนุภาค - เช่น Stanford Linear Accelerator (SLAC) ที่ตั้งอยู่ในเมนโลพาร์คแคลิฟอร์เนีย เครื่องเร่งอนุภาคสร้างโพสิตรอนโดยใช้เทคนิคการผลิตคู่อิเล็กตรอนโพสิตรอน สิ่งนี้ทำได้โดยการชนลำแสงอิเล็กตรอนที่เร่งความเร็วแบบ relativistically ไปยังเป้าหมายทังสเตนที่หนาแน่น ลำแสงอิเล็กตรอนจะถูกแปลงเป็นโฟตอนพลังงานสูงซึ่งเคลื่อนที่ผ่านทังสเตนและเปลี่ยนเป็นชุดอิเล็กตรอนและโพสิตรอนที่เข้าคู่กัน ปัญหาก่อนดร. สมิ ธ และคนอื่น ๆ ที่สร้างโพซิตรอนนั้นง่ายกว่าการดักจับจัดเก็บขนส่งและใช้อย่างมีประสิทธิภาพ
ในระหว่างการผลิตคู่สิ่งที่คุณทำจริง ๆ นั้นบรรจุพลังงานที่ผูกไว้กับโลกจำนวนมากเป็นเชื้อเพลิงที่มีความผันผวนสูง แต่มีน้ำหนักเบามาก - เชื้อเพลิง กระบวนการดังกล่าวนั้นไม่มีประสิทธิภาพอย่างมากและนำเสนอความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญที่เกี่ยวข้องกับการรวบรวมอนุภาคต่อต้านที่เพียงพอเพื่อให้พลังงานแก่ยานอวกาศที่สามารถเดินทางสู่ Great Beyond ด้วยความเร็วที่ทำให้เกิดยานอวกาศขนาดใหญ่ - และอวกาศมนุษย์ - ทั้งหมดนี้มีแนวโน้มที่จะเล่นออกมาเป็นอย่างไร?
ตามที่ดร. สมิ ธ กล่าวว่า“ เป็นเวลาหลายปีที่นักฟิสิกส์ได้บีบโพสิตรอนออกมาจากเป้าหมายทังสเตนโดยการชนโพสิตรอนกับสสารทำให้ช้าลงหนึ่งพันหรือมากกว่านั้นเพื่อใช้ในกล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูง กระบวนการนี้ไร้ประสิทธิภาพอย่างน่ากลัว เพียงหนึ่งในล้านของโพสิตรอนที่รอดชีวิต สำหรับการเดินทางในอวกาศเราจำเป็นต้องเพิ่มประสิทธิภาพการชะลอความเร็วลงอย่างน้อยปัจจัยหนึ่งพัน หลังจากสี่ปีของการทำงานอย่างหนักกับดักแม่เหล็กไฟฟ้าในห้องแล็บของเราเรากำลังเตรียมที่จะจับและโพซิตรอนห้าล้านล้านตัวต่อวินาทีในไม่กี่ปีข้างหน้า เป้าหมายระยะยาวของเราคือห้าโพสิตรอนสี่ล้านล้านต่อวินาที ในอัตรานี้เราสามารถเติมเชื้อเพลิงให้กับเที่ยวบินที่ใช้โพซิตรอนเป็นครั้งแรกในอวกาศภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมง”
ในขณะที่มันเป็นความจริงที่เครื่องยนต์ทำลายล้างโพซิตรอนยังต้องใช้แรงขับ (โดยทั่วไปจะอยู่ในรูปของก๊าซไฮโดรเจนอัด) จำนวนของตัวขับเคลื่อนจะลดลงเหลือเกือบร้อยละ 10 ของที่ต้องการโดยจรวดธรรมดา - เนื่องจากไม่จำเป็นต้องมีปฏิกิริยาออกซิเดชัน ด้วยเชื้อเพลิง ในขณะเดียวกันยานในอนาคตอาจจะสามารถขับเคลื่อนจรวดจากลมสุริยะและตัวกลางระหว่างดวงดาวได้ สิ่งนี้ควรนำไปสู่การลดน้ำหนักการปล่อยยานอวกาศดังกล่าวอย่างมีนัยสำคัญ
เขียนโดย Jeff Barbour
