หากคุณกำลังมองหาการสร้างยานอวกาศอันทรงพลังคงไม่มีอะไรดีไปกว่าปฏิสสาร สถาบันเพื่อแนวคิดขั้นสูงของ NASA กำลังระดมทุนทีมนักวิจัยเพื่อลองและออกแบบยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยปฏิสสารที่สามารถหลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านั้นได้
ส่วนใหญ่ยานอวกาศที่นับถือตนเองในเรื่องนิยายวิทยาศาสตร์ใช้สารต่อต้านเป็นเชื้อเพลิงด้วยเหตุผลที่ดีซึ่งเป็นเชื้อเพลิงที่ทรงพลังที่สุดที่รู้จัก ในขณะที่จำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงเคมีจำนวนมากเพื่อขับเคลื่อนภารกิจของมนุษย์สู่ดาวอังคาร แต่ปฏิสสารเพียงสิบมิลลิกรัมจะทำ (มม. มีน้ำหนักประมาณหนึ่งในพันของขนม M&M ดั้งเดิม)
อย่างไรก็ตามในความเป็นจริงพลังนี้มาพร้อมกับราคา ปฏิสสารบางตัวทำให้เกิดการระเบิดของรังสีแกมม่าพลังงานสูง รังสีแกมม่าเปรียบเสมือนรังสีเอกซ์ของสเตียรอยด์ พวกมันแทรกซึมสสารและสลายโมเลกุลในเซลล์ดังนั้นพวกมันจึงไม่แข็งแรงที่จะอยู่ใกล้ รังสีแกมม่าพลังงานสูงยังสามารถทำให้เครื่องยนต์กัมมันตภาพรังสีโดยแยกส่วนอะตอมของวัสดุเครื่องยนต์
สถาบัน NASA สำหรับแนวคิดขั้นสูง (NIAC) กำลังระดมทุนทีมนักวิจัยที่ทำงานเกี่ยวกับการออกแบบใหม่สำหรับยานอวกาศที่ขับเคลื่อนปฏิสสารที่หลีกเลี่ยงผลข้างเคียงที่น่ารังเกียจนี้ด้วยการผลิตรังสีแกมมาด้วยพลังงานที่ต่ำกว่ามาก
ปฏิสสารนั้นบางครั้งเรียกว่าภาพสะท้อนของวัตถุปกติเพราะในขณะที่มันดูเหมือนกับวัตถุธรรมดาคุณสมบัติบางอย่างจะกลับกัน ตัวอย่างเช่นอิเล็กตรอนปกติอนุภาคที่คุ้นเคยซึ่งมีกระแสไฟฟ้าในทุกสิ่งตั้งแต่โทรศัพท์มือถือไปจนถึงทีวีพลาสมามีประจุไฟฟ้าลบ แอนตี้ - อิเล็กตรอนมีประจุเป็นบวกดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงขนานนามพวกมันว่า "โพสิตรอน"
เมื่อปฏิสสารพบสสารทั้งคู่จะทำลายพลังงานในพริบตา การเปลี่ยนเป็นพลังงานที่สมบูรณ์นี้เป็นสิ่งที่ทำให้ปฏิสสารมีประสิทธิภาพมาก แม้แต่ปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ระเบิดปรมาณูพลังยังมาในอีกไม่กี่วินาทีโดยมีเพียงประมาณสามเปอร์เซ็นต์ของมวลที่ถูกเปลี่ยนเป็นพลังงาน
ยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยปฏิสสารก่อนหน้านี้ได้ออกแบบ antiprotons ซึ่งผลิตรังสีแกมม่าพลังงานสูงเมื่อพวกมันทำลายล้าง การออกแบบใหม่จะใช้โพสิตรอนซึ่งทำให้รังสีแกมม่ามีพลังงานน้อยลงประมาณ 400 เท่า
การวิจัย NIAC เป็นการศึกษาเบื้องต้นเพื่อดูว่าแนวคิดเป็นไปได้หรือไม่ หากดูเหมือนว่าจะมีแนวโน้มและมีเงินทุนเพียงพอสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีให้ประสบความสำเร็จยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยโพซิตรอนจะมีข้อได้เปรียบสองสามประการเกี่ยวกับแผนการที่มีอยู่สำหรับภารกิจของมนุษย์สู่ดาวอังคารที่เรียกว่า
“ ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดคือความปลอดภัยมากขึ้น” ดร. เจอรัลด์สมิ ธ จาก Positronics Research, LLC ในเมืองซานตาเฟประเทศเม็กซิโกกล่าว ภารกิจอ้างอิงปัจจุบันเรียกร้องให้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขับเคลื่อนยานอวกาศไปยังดาวอังคาร สิ่งนี้เป็นที่น่าพอใจเนื่องจากการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ลดเวลาเดินทางไปยังดาวอังคารเพิ่มความปลอดภัยให้กับลูกเรือโดยลดการสัมผัสกับรังสีคอสมิก ยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยสารเคมีนั้นมีน้ำหนักมากกว่าและมีค่าใช้จ่ายมากขึ้นในการเปิดตัว เครื่องปฏิกรณ์ยังให้พลังงานที่เพียงพอสำหรับภารกิจสามปี แต่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีความซับซ้อนดังนั้นสิ่งต่าง ๆ ที่อาจผิดพลาดระหว่างการปฏิบัติภารกิจ “ อย่างไรก็ตามเครื่องปฏิกรณ์โพซิตรอนมีข้อดีเหมือนกัน แต่ค่อนข้างง่าย” สมิ ธ หัวหน้านักวิจัยเพื่อการศึกษา NIAC กล่าว
นอกจากนี้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ยังมีกัมมันตภาพรังสีแม้ว่าเชื้อเพลิงหมดแล้ว หลังจากที่เรือมาถึงดาวอังคารแผนภารกิจอ้างอิงจะต้องนำเครื่องปฏิกรณ์ไปสู่วงโคจรที่จะไม่พบโลกเป็นเวลาอย่างน้อยหนึ่งล้านปีเมื่อรังสีที่เหลือจะลดลงสู่ระดับที่ปลอดภัย อย่างไรก็ตามไม่มีการแผ่รังสีที่เหลืออยู่ในเครื่องปฏิกรณ์โพซิตรอนหลังจากที่ใช้เชื้อเพลิงหมดแล้วดังนั้นจึงไม่ต้องกังวลด้านความปลอดภัยหากเครื่องปฏิกรณ์โพซิตรอนที่ใช้ไปแล้วควรกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลกโดยบังเอิญ
มันจะปลอดภัยกว่าในการเปิดตัวเช่นกัน หากจรวดที่มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ระเบิดมันอาจปล่อยอนุภาคกัมมันตรังสีออกสู่ชั้นบรรยากาศ “ ยานอวกาศโพซิตรอนของเราจะปล่อยรังสีแกมม่าออกมาถ้ามันระเบิด แต่รังสีแกมม่าจะหายไปในทันที จะไม่มีอนุภาคกัมมันตภาพรังสีลอยอยู่บนลม แฟลชจะถูกกักขังอยู่ในพื้นที่ที่ค่อนข้างเล็ก เขตอันตรายจะอยู่ประมาณหนึ่งกิโลเมตร (ประมาณครึ่งไมล์) รอบยานอวกาศ จรวดขนาดใหญ่ที่ใช้สารเคมีมีพื้นที่อันตรายประมาณเท่ากันเนื่องจากลูกไฟขนาดใหญ่ที่เกิดจากการระเบิด” สมิ ธ กล่าว
ข้อดีอีกอย่างที่สำคัญคือความเร็ว ยานอวกาศภารกิจอ้างอิงจะพานักบินอวกาศไปยังดาวอังคารในเวลาประมาณ 180 วัน “ การออกแบบขั้นสูงของเราเช่นแกนกลางก๊าซและแนวคิดเครื่องยนต์ระเหยสามารถนำนักบินอวกาศไปยังดาวอังคารในช่วงครึ่งเวลาและอาจถึงแม้จะใช้เวลาเพียง 45 วัน” เคอร์บีเมเยอร์วิศวกรของ Positronics Research กล่าว
เอ็นจิ้นขั้นสูงทำได้โดยการใช้ความร้อนซึ่งจะเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพหรือ“ แรงกระตุ้นเฉพาะ” (Isp) Isp คือ "ไมล์ต่อแกลลอน" ของจรวด: ยิ่ง Isp ยิ่งสูงเท่าไหร่คุณก็ยิ่งสามารถใช้เชื้อเพลิงได้เร็วขึ้นเท่านั้น จรวดเคมีที่ดีที่สุดเช่นเครื่องยนต์หลักของกระสวยอวกาศของนาซ่าสูงสุดอยู่ที่ประมาณ 450 วินาทีซึ่งหมายความว่าเชื้อเพลิงหนึ่งปอนด์จะสร้างแรงขับหนึ่งปอนด์เป็นเวลา 450 วินาที เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หรือโพซิตรอนสามารถสร้างได้มากกว่า 900 วินาที เครื่องยนต์ระเหยซึ่งค่อยๆระเหยตัวเองเพื่อสร้างแรงขับสามารถไปได้สูงถึง 5,000 วินาที
หนึ่งความท้าทายทางเทคนิคในการสร้างยานอวกาศโพซิตรอนให้เป็นจริงคือต้นทุนในการผลิตโพสิตรอน เนื่องจากปฏิสสารที่น่าตื่นเต้นในเรื่องปกติจึงไม่มีปฏิสสารอยู่รอบตัว ในอวกาศมันถูกสร้างขึ้นในการชนกันของอนุภาคความเร็วสูงที่เรียกว่ารังสีคอสมิก บนโลกนั้นจะต้องมีการสร้างขึ้นในเครื่องเร่งอนุภาคซึ่งเป็นเครื่องจักรอันยิ่งใหญ่ที่รวมตัวกันเป็นอะตอม โดยปกติแล้วเครื่องจักรจะใช้ในการค้นพบว่าจักรวาลทำงานในระดับลึกและเป็นพื้นฐาน แต่สามารถถูกควบคุมให้เป็นโรงงานปฏิสสารได้
“ การประมาณคร่าวๆในการผลิตโพสิตรอน 10 มิลลิกรัมที่จำเป็นสำหรับภารกิจของมนุษย์บนดาวอังคารนั้นคือประมาณ 250 ล้านดอลลาร์โดยใช้เทคโนโลยีที่อยู่ระหว่างการพัฒนา” สมิ ธ กล่าว ค่าใช้จ่ายนี้อาจดูเหมือนสูง แต่จะต้องพิจารณากับค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมเพื่อเปิดตัวจรวดสารเคมีที่หนักกว่า (ค่าใช้จ่ายในการเปิดตัวในปัจจุบันประมาณ 10,000 ดอลลาร์ต่อปอนด์) หรือต้นทุนเชื้อเพลิงและทำให้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ปลอดภัย “ จากประสบการณ์ของเทคโนโลยีนิวเคลียร์ดูเหมือนว่ามีเหตุผลที่จะคาดว่าต้นทุนการผลิตโพซิตรอนจะลดลงด้วยการวิจัยที่มากขึ้น” สมิ ธ กล่าวเสริม
ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือการเก็บโพซิตรอนให้เพียงพอในพื้นที่ขนาดเล็ก เนื่องจากพวกเขาทำลายล้างเรื่องปกติคุณจึงไม่สามารถบรรจุพวกเขาไว้ในขวดได้ แต่จะต้องมีอยู่ในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กแทน “ เรารู้สึกมั่นใจว่าด้วยโครงการวิจัยและพัฒนาโดยเฉพาะความท้าทายเหล่านี้สามารถเอาชนะได้” สมิ ธ กล่าว
ถ้าเป็นเช่นนั้นบางทีมนุษย์คนแรกที่ไปถึงดาวอังคารจะมาถึงยานอวกาศซึ่งขับเคลื่อนโดยแหล่งข้อมูลเดียวกันที่ยิงยานอวกาศไปทั่วจักรวาลในฝันนิยายวิทยาศาสตร์ของเรา
แหล่งที่มาดั้งเดิม: NASA News Release
