Нещодавно у рамках проекту Icarus Interstellar, що ставить своєю метою створення у 2012 році реалізованого концепту міжзоряного корабля, з'явилося кілька публікацій, що стосуються можливості розробки апарата, який розвиває субсвітлову швидкість на основі реактивного імпульсу, що одержується при анігіляції антиматерії.

Причому вперше був запропонований відносно реалістичний і ефективний спосіб генерації антиматерії прямо на борті корабля, з використанням одного лише вакууму - а точніше, його поляризації.

Як відомо, предмет, що долетів найдалі від Землі, виготовлений людиною, - це «Вояджер-1», запущений у 1977 році і який віддаляється від нас зі швидкістю 16 км/с. Такою неспішною ходою він дістався б до найближчої зірки через 70 тис. років. Дещо непрактично, не вважаєте? Але які альтернативи?

NASA, наприклад, розробляє Solar Probe («Сонячний зонд»), який після серії гравітаційних маневрів направиться до зірки з рекордною швидкістю трохи більше 200 км/с. Такий зонд міг би долетіти до найближчої зірки всього за 6450 років. Загалом, рівняння Ціолковського у дії, тобто космічні подорожі на потрібній швидкості не лише недосяжні, а й взагалі неуявні?

Концепт VARIES ділить корабель на дві частини: позаду - розгінний блок, попереду – житловий відсік, складений зі сферичних модулів. (Тут і нижче ілюстрації Adrian Mann.)

Не зовсім так. Теоретично виходом із проблеми могло б стати використання найбільш енергоємного з відомих людству енергоносіїв - антиматерії. Саме її Icarus Interstellar і пропонує використовувати у «Міжзоряній дослідницькій ракетній системі на основі одержання антиматерії з вакууму» (Vacuum to Antimatter-Rocket Interstellar Explorer System, VARIES). Проблема лише у тому, що в усьому світі за рік виробляється всього 10 нанограмів антиречовини, і про налагоджену технологію такого виробництва поки говорити не приходиться (антиматерія утворюється як побічний продукт роботи великих прискорювачів). Втім, створення вловлювачів для втримання антиречовини йде досить успішно: у 2010 році фізикам вперше вдалося короткочасно спіймати атоми антиречовини у вловлювачі Пеннінга, вбудованій всередину вловлювача Іоффе - Пітчарда. У цілому було спіймано 38 атомів, які втримувалися 172 мс. А вже у травні 2011-го результати вдалося значно поліпшити, захопивши 309 антипротонів, які втримувалися 1000 с.

Незважаючи на проблеми з виробництвом антиречовини, надія на використання такого виду палива для міжзоряного корабля поки жива. Адже є ще народження електрон-позитронних пар, передвіщене Дж. С. Швінгером близько півстоліття тому, і воно дійсно спокушає нас думкою про те, що справа міжзоряних перельотів не така безнадійна. Пояснимо: при досягненні певної щільності електричного поля наступає так звана швінгерівська інтенсивність - стан, при якому швінгерівський ліміт перевищений і електрон-позитронні пари з'являються безпосередньо з вакууму, самого доступного ресурсу відкритого космосу.

Короткий відступ. На відміну від теоретичного вакууму - абсолютної порожнечі, - реальний вакуум порожній лише умовно. Скільки не відкачуй атоми та інше із замкнутого простору, у силу принципу невизначеності Гейзенберга у ньому завжди зможуть існувати віртуальні частинки, у тому числі заряджені частинки у парі зі своєю античастинкою (петля на діаграмі Фейнмана). Така петля (і пари частинка - античастинка) може існувати лише надзвичайно короткий час, у межах квантової невизначеності. Але якщо на вакуум впливає зовнішнє поле, то за рахунок його енергії можливе народження реальних пар частинок - античастинок. При їх анігіляції може виділятися суттєва кількість енергії, що ймовірно не переважає енергію, витрачену на прикладання зовнішнього поля до вакууму. Саме цей процес розробники концепції VARIES і називають Vacuum to Antimatter (одержання антиматерії з вакууму).

Для досягнення такої інтенсивності потрібні відносно потужні аттосекундні (одна квінтильйонна доля секунди) лазерні імпульси, дуже близькі по своїх параметрах до тих, які ми маємо сьогодні. Але ж показники лазерних надкоротких імпульсів зараз постійно зростають. Як обґрунтовано передбачають автори відповідного дослідження, що працюють по проекту Icarus Interstellar, досягнення швінгерівської інтенсивності - питання буквально найближчих років.

На фінальній стадії польоту VARIES може розгорнути сонячні батареї для підживлення електричного поля, що породжує античастинки з вакууму.

Таке народження реальних частинок із вакууму не порушує закону збереження енергії, оскільки відбувається за рахунок енергії електричного поля, тобто антиматерія все рівно потребує для свого виробництва енергії, і багато. При одержанні антиматерії за допомогою такого енергетичного поля витрати повинні приблизно дорівнювати енергоємності антиречовини, що добувається, що значно краще сьогоднішніх показників (1 г позитронів теоретично коштує близько $25 млрд).

Смисл такого підходу до постачання паливом космічного корабля зрозумілий: маса палива, яке транспортується, мала, адже воно добувається під час польоту. З огляду на те, що у будь-якому іншому проекті (крім сонячного/мікрохвильового вітрила) маса палива буде складати більше 90% загальної маси корабля, подібний підхід дасть радикальну економію ресурсів. Інший момент: найвища щільність енергії у антиречовині (при анігіляції одного кілограма виділяється енергії, як при сорокамегатонному термоядерному вибуху) дозволяє розігнати космічний корабель до субсвітлових швидкостей, у той час як всі розрахунки по термоядерному двигуну, наприклад, показують, що навіть для досягнення несучим його космічним кораблем 12% від швидкості світла маса останнього внаслідок величезної потреби у паливі повинна перевищити 50 тис. тонн.

Але ж і VARIES доведеться нести із собою паливо, інакше звідки взятися енергії для електричного поля швінгерівської інтенсивності? Загалом кажучи, це не обов'язково. Постачання енергією при розгоні VARIES можливе за рахунок лазерних імпульсів із супутників на навколоземній орбіті, ну а при гальмуванні біля зірки-цілі (і розгоні від неї до Землі, якщо він знадобиться) енергія може бути отримана за рахунок розгортання величезних сонячних батарей. Однак більш ефективним варіантом представляється нагромадження на кораблі частинок антиматерії ще при відправленні з Сонячної системи, поки енергопостачання від лазерних імпульсів не втрачене: це дозволить залишити вдома важкі сонячні батареї кілометрових розмірів.

Зрозуміло, реалізація проекту зіткнеться з масою технічних труднощів, проте не можна не відзначити, що перед нами перша (і теоретично цілком здорова) ініціатива такого роду, що не має принципово непереборних проблем.

Джерело: InfoNova.org.ua

За матеріалами: science.compulenta.ru