رسم توضيحي للكمبيوتر لمحرك مادة مضادة محتملة. رصيد الصورة: Positronics Research LLC. اضغط للتكبير.
لعبنا جميعًا اللعبة كأطفال - تضمنت 'القفزة' طفلًا يجلس القرفصاء على أطرافه الأربعة بينما وضع الثاني يديه على أكتاف الأول. يستعد الطفل الواقف ضد قوة الجاذبية ، وينحني بعمق عند ساقيه ثم يندفع لأعلى وفوق الجزء العلوي من الأول. النتيجة؟ الطفل الثاني الآن يجلس القرفصاء وتتبعه قفزة أخرى شبيهة بالضفدع. ليست الطريقة الأكثر فاعلية للوصول إلى مجموعة التأرجح - ولكن هناك الكثير من المرح في الشركة المناسبة!
ومع ذلك ، فإن Leapfrogging ليس هو نفسه 'bootstrapping'. أثناء عملية التمهيد ، ينحني لاعب واحد ويمسك الحلقات الجلدية على الجزء الخارجي من كلا الحذاءين. يقوم اللاعب بعد ذلك بجهد هائل بالأذرع. يعمل الوثب - لا يعمل التمهيد ، ولا يمكن القيام به دون التنقل - وهو شيء مختلف تمامًا.
يؤمن معهد ناسا للمفاهيم المتقدمة (NIAC) بالقفز - ليس في الملعب بل في الفضاء. من موقع الويب الخاص بالمعاهد: 'تشجع NIAC مقدمي العروض على التفكير في عقود في المستقبل في السعي وراء المفاهيم التي' تقفز 'من تطور أنظمة الطيران الحالية.' تبحث NIAC عن بعض الأفكار الجيدة وهي على استعداد لدعمها بمنح أولية مدتها ستة أشهر لاختبار الجدوى قبل تخصيص أموال البحث والتطوير الجادة - المتاحة من وكالة ناسا وأماكن أخرى -. نأمل أن يُسمح لمثل هذه البذور بالإنبات وأن ينموها الاستثمار المستقبلي حتى النضج.
ومع ذلك ، تريد NIAC الفصل بين القفزات والتمهيد. أحدهما يعمل والآخر لا معنى له على الإطلاق. وفقًا لـ NIAC ، يمكن أن يؤدي محرك البوزيترون إلى قفزة هائلة إلى الأمام في الطريقة التي نسافر بها في جميع أنحاء النظام الشمسي وما وراءه. ربما لا يوجد شيء حول هذا الموضوع.
ضع في اعتبارك البوزيترون - مرآة التوأم للإلكترون - مثل التوائم البشرية ، وهو شيء نادر جدًا. على عكس التوائم البشرية ، من غير المرجح أن ينجو البوزيترون من عملية الولادة. لماذا ا؟ لأن البوزيترونات وإخوتها - الإلكترونات - يجدون بعضهم البعض لا يقاوم ويفيدون بسرعة في موجة من أشعة جاما اللينة. لكن هذا الاندفاع ، في ظل ظروف خاضعة للرقابة ، يمكن تحويله إلى أي شكل من أشكال 'العمل' قد ترغب في القيام به.
بحاجة الى ضوء؟ اخلط بوزيترونًا وإلكترونًا ثم قم بإشعاع الغاز حتى يتوهج. بحاجة للكهرباء؟ امزج زوجًا آخر وقم بإشعاع شريط معدني. هل تحتاج إلى الدفع؟ أطلق أشعة جاما على وقود دافع ، وقم بتسخينه إلى درجات حرارة عالية بشكل غريب ، وادفع المادة الدافعة خارج الجزء الخلفي من الصاروخ. أو أطلق أشعة جاما على صفائح التنجستن في تيار من الهواء ، وقم بتسخين هذا الهواء وتخلص منه من الجزء الخلفي من الطائرة.
تخيل وجود مخزون من البوزيترونات - ماذا يمكنك أن تفعل بها؟ وفقًا لـ Gerald A. Smith ، الباحث الرئيسي في Positronics Research ، LLC في Sante Fe ، نيو مكسيكو ، يمكنك الذهاب إلى أي مكان تقريبًا ، 'كثافة طاقة المادة المضادة أكبر بعشر مرات من المواد الكيميائية وثلاث مرات من حيث الحجم أكبر من الانشطار النووي أو طاقة الاندماج '.
وماذا يعني هذا من حيث الدفع؟ 'وزن أقل ، وزن بعيد ، بعيد ، وزن أقل بكثير.'
باستخدام أنظمة الدفع الكيميائية ، تم العثور على 55 بالمائة من الوزن المرتبط بمسبار Huygens-Cassini المرسل لاستكشاف زحل في خزانات الوقود والمؤكسد الخاصة بالمسبار. وفي الوقت نفسه ، فإن قذف المجسات بوزن 5650 كيلوغرامًا إلى ما وراء الأرض يتطلب مركبة إطلاق تزن حوالي 180 ضعف وزن المركبة كاسيني-هيغنز المزودة بالوقود بالكامل (1،032،350 كلغ).
باستخدام أرقام دكتور سميث وحدها - وبالنظر فقط إلى قوة الدفع المطلوبة لكاسيني-هيغنز باستخدام إبادة البوزيترون والإلكترون ، يمكن تقليل 3100 كجم من الوقود الكيميائي الذي يثقل كاهل مسبار 1997 الأصلي إلى مجرد 310 ميكروغرام من الإلكترونات والبوزيترونات - من ذلك الموجود في قطرة واحدة من ضباب الصباح. ومع هذا الانخفاض في الكتلة ، يمكن بسهولة تقليل وزن الإطلاق الكلي من كانافيرال إلى زحل بمقدار ضعفين.
لكن تدمير البوزيترون والإلكترون يشبه وجود الكثير من الهواء ولكن بدون بنزين على الإطلاق؟ لن تحصل سيارتك على الأكسجين وحده. توجد الإلكترونات في كل مكان ، بينما لا تتوفر البوزيترونات بشكل طبيعي على الأرض. في الواقع ، حيث تحدث - بالقرب من آفاق حدث الثقب الأسود أو لفترات قصيرة من الوقت بعد دخول الجسيمات عالية الطاقة إلى الغلاف الجوي للأرض - سرعان ما يجدون أحد تلك الإلكترونات في كل مكان ويذهبون إلى فوتوني. لهذا السبب عليك أن تصنع بنفسك.
أدخل مسرع الجسيمات
تعمل شركات مثل Positronics Research ، برئاسة الدكتور سميث ، على تقنيات متأصلة في استخدام مسرعات الجسيمات - مثل Stanford Linear Accelerator (SLAC) الموجود في مينلو بارك ، كاليفورنيا. تُنتج مسرعات الجسيمات البوزيترونات باستخدام تقنيات إنتاج أزواج الإلكترون والبوزيترون. يتم ذلك عن طريق تحطيم حزمة إلكترونية متسارعة نسبيًا في هدف تنجستن كثيف. يتم بعد ذلك تحويل شعاع الإلكترون إلى فوتونات عالية الطاقة تتحرك عبر التنجستن وتتحول إلى مجموعات متطابقة من الإلكترونات والبوزيترونات. إن المشكلة التي كانت قائمة قبل أن يصنع الدكتور سميث وغيره من البوزيترونات أسهل من محاصرة هذه البوزيترونات وتخزينها ونقلها واستخدامها بشكل فعال.
في غضون ذلك ، أثناء إنتاج الأزواج ، كل ما فعلته حقًا هو تعبئة قدر كبير من الطاقة المرتبطة بالأرض في كميات صغيرة جدًا من الوقود شديد التقلب - ولكنه خفيف الوزن للغاية -. هذه العملية نفسها غير فعالة للغاية وتقدم تحديات تقنية كبيرة تتعلق بتراكم ما يكفي من الجسيمات المضادة لتشغيل مركبة فضائية قادرة على السفر إلى Great Beyond بسرعات تجعل المسبار الفضائي الكبير - والسفر الفضائي البشري - ممكنًا. كيف يمكن أن يحدث كل هذا؟
وفقًا للدكتور سميث ، 'لقد قام الفيزيائيون لسنوات عديدة بإخراج البوزيترونات من أهداف التنجستن عن طريق اصطدام البوزيترونات بالمادة ، مما يؤدي إلى إبطائها بمقدار ألف أو نحو ذلك لاستخدامها في المجاهر عالية الدقة. هذه العملية غير فعالة بشكل رهيب. فقط واحد من المليون من البوزيترونات يبقى على قيد الحياة. بالنسبة للسفر عبر الفضاء ، نحتاج إلى زيادة كفاءة التباطؤ بمقدار ألف على الأقل. بعد أربع سنوات من العمل الجاد مع المصائد الكهرومغناطيسية في مختبراتنا ، نستعد لالتقاط وتبريد خمسة تريليونات بوزيترون في الثانية في السنوات القليلة المقبلة. أهدافنا بعيدة المدى هي خمسة كواد تريليون بوزيترون في الثانية. وبهذا المعدل ، يمكننا تزويدنا بالوقود في رحلتنا الأولى التي تعمل بالوقود البوزيتروني إلى الفضاء في غضون ساعات '.
في حين أنه من الصحيح أن محرك إبادة البوزيترون يتطلب أيضًا دافعًا (عادةً في شكل غاز هيدروجين مضغوط) ، يتم تقليل كمية الوقود الدافع نفسه إلى ما يقرب من 10 في المائة مما يتطلبه الصاروخ التقليدي - نظرًا لعدم الحاجة إلى مؤكسد للتفاعل بالوقود. وفي الوقت نفسه ، قد تكون المركبات المستقبلية قادرة في الواقع على سحب الوقود من الرياح الشمسية والوسط النجمي. يجب أن يؤدي هذا أيضًا إلى انخفاض كبير في وزن الإطلاق لمثل هذه المركبات الفضائية.
