Учёные пристально изучают любые технологии, не противоречащие законам физики, которые могли бы помочь человечеству достичь дальних уголков космоса. Среди плеяды вариантов межзвёздного привода корабли, использующие аннигиляцию, являются, пожалуй, самыми фантастическими из реальных и самыми реальными из фантастических.
Двигатели, использующие в качестве топлива антивещество, могут обеспечить существенно лучшие энергетические параметры корабля, чем ядерный привод, но в отличие от разнообразных "прокалывателей пространства и времени", аннигиляционный привод вполне можно построить в ближайшие десятилетия. Однако выход найден. Университет Пенсильвании разработал два проекта "дальнобойных" космических кораблей, в которых аннигиляция используется совместно с классическими ядерной и термоядерной реакциями. Такой гибрид, оказалось, сулит массу выгод. Например, выяснилось, что добавление небольшого количества антивещества в зону реакции расщепления позволяет намного полнее использовать потенциал традиционного ядерного (расщепляющегося) топлива.
В общих чертах: всевозможные цепочки превращений адронов, мюонов и пионов протекают тут несколько иначе, повышая КПД процесса. Первый тип двигателя, который использует этот эффект называется Antiproton catalyzed microfission (ACMF), то есть микрореакция расщепления катализируемая антипротонами. Его удельный импульс — 13,5 тысяч секунд.
Разработанному в университете Пенсильвании пилотируемому кораблю по имени ICAN-II, оснащённому движком ACMF, для быстрого 40-дневного перелёта к Марсу потребовалось бы всего 140 нанограммов антивещества (на дорогу в один конец) и несколько тонн обычного ядерного горючего (урана).
Такое количество антивещества уже можно было бы произвести в разумные сроки при постройке необходимых установок. Миниатюрные ядерные заряды (размером с мячики для гольфа) подрывались бы в "камере сгорания" корабля совместно с микроскопическими количествами антивещества. Как и в случае с"Орионом", силу взрывов примет на себя некая амортизирующая конструкция, которая к тому же постепенно испаряется от воздействия мощного излучения, а вылетающие с её поверхности с огромной скоростью атомы создают реактивную тягу.
По замыслу разработчиков, двигатель ACMF использовался бы 800-тонным кораблём для старта с околоземной орбиты к Марсу и для торможения около него.
На Красную планету опустился бы аппарат с традиционным химическим двигателем. Возвращение происходило бы, соответственно, в обратном порядке. Тот же корабль в принципе мог бы доставить людей в систему Юпитера. На всю экспедицию, включая дорогу туда и обратно, и трёхмесячное пребывание у цели, ушло бы 1,5 года. Напомним, тот же срок сейчас рассматривается как продолжительность марсианской пилотируемой миссии, выполняемой на корабле с комбинированным химическим/ионным двигателем.
Второй вариант гибридного звёздного привода называется Antiproton Initiated Microfission/fusion (AIM), то есть — это инициированные антипротонами реакции деления и синтеза. Он очень похож на предшествующий, но здесь уже в зоне реакции идёт и расщепление, и синтез (главное горючее — дейтерий плюс тритий, либо дейтерий плюс Гелий-3).
Удельный импульс AIM — 61 тысяча секунд. На основе этого двигателя разработан эскизный проект беспилотного и сравнительно лёгкого (примерно 30-40 тонн) корабля AIMStar, который мог бы улететь на 10 тысяч астрономических единиц от Солнца и значительно приблизиться к облаку Оорта (хотя оно простирается гораздо дальше) всего за 50 лет, из которых пять лет займёт разгон. Максимальная скорость корабля составит 0,003 от скорости света или 900 километров в секунду. У ракеты на химических ЖРД (реально достижимая скорость 15-25 километров в секунду) на такой полёт ушло бы примерно 2-2,5 тысячи лет. Для полёта к границам межзвёздного пространства зонду AIMStar потребуется от 30 до 130 микрограммов антивещества.
Все эти проекты возможны, прежде всего, потому, что люди уже научились хранить сколько-нибудь значимое количество антипротонов в течение долгого срока. Например, 100 миллиардов штук в течение недели. Или несколько меньшее количество — месяцы.
Этих параметров ещё не достаточно для построения корабля, но в общих чертах уже ясно, как достичь желаемых параметров "баков" для антивещества, которые будут выполнены в виде криогенных электромагнитных ловушек. По оценке специалистов университета Пенсильвании, такие корабли человечество смогло бы начать строить в ближайшие три десятилетия. Разумеется, оценка затрагивает только научные и технические возможности человечества и не учитывает политические или финансовые проблемы.
ru.itera.wikia.com
Скорость движения обычных ракет существенным образом зависит от скорости истечения рабочего тела. Ни химические, ни ядерные реакции, известные в настоящее время, не позволяют достичь скоростей истечения, достаточных для разгона космического судна до околосветовой скорости. В качестве одного из вариантов решения проблемы предлагается использование в качестве рабочего вещества ракеты элементарные частицы, движущиеся со световой или околосветовой скоростью. Таким образом антивещество способно высвободить примерно в миллиард раз больше энергии, чем обычное ракетное топливо.
Для получения таких частиц можно использовать аннигиляцию материи и антиматерии. Например, взаимодействие электронов и позитронов порождает гамма-излучение, которое используется для создания реактивной тяги в конструкциях так называемых фотонных ракет (см. Фотонный двигатель).
Андрей Сахаров, человек, разработавший в 1950-х гг. для Советского Союза водородную бомбу, рассуждал, что в начале Вселенной, во время Большого взрыва, возникла лёгкая асимметрия в количестве вещества и антивещества. Её причиной стало нарушение зарядовой и чётной симметрии(СР-симметрии). В конечном итоге, все атомы нашей сегодняшней Вселенной представляют собой останки титанического столкновения вещества и антивещества.
Эта теория допускает существование небольших количеств антивещества, возникшего естественным образом. Если нам удастся обнаружить его запасы, стоимость производства топлива для двигателей на антивеществе резко упадёт.
Искать места скопления естественного антивещества можно следующим методом. Когда электрон встречается с позитроном, оба аннигилируют, излучая при этом пару гамма-квантов с энергией около 0.511 МэВ или выше. В поисках гамма-лучей с такой энергией, можно отыскать следы присутствия естественного антивещества.
Для поисков антивещества естественного происхождения в 2006 г. На орбиту был выведен спутник PAMELA, разработанный совместными усилиями России, Италии, Германии и Швеции и предназначенный для поисков сохранившихся участков антивещества. Предыдущие попытки такого рода ограничивались использованием высотных аэростатов и шаттлов, то есть сбор данных продолжался не более недели. PAMELA же будет работать на орбите по крайней мере три года. Прибор разработан для регистрации космических лучей как от обычных источников, таких как сверхновые, так и от неожиданных и необычных, таких как звезды, состоящие целиком из антивещества. Говоря более конкретно, PAMELA будет искать след антигелия, который может возникать в недрах антизвёзд. Сегодня большинство физиков уверены, что в результате Большого взрыва вещество и антивещество во Вселенной аннигилировали почти полностью, но прибор PAMELA будет работать, исходя из другого предположения — что в этой аннигиляции не участвовали целые области Вселенной с преобладанием антивещества, где оно и сегодня существует в виде антизвёзд.
Институт перспективных концепций NASA достаточно серьёзно воспринимает идею сбора антивещества в космосе, о чём свидетельствует грант на пилотный проект по изучению этой идеи.[1] Основой предполагаемого устройства для сбора антивещества служат три концентрические сферы, изготовленные из проволочной сетки. Внешняя сфера диаметром 16 км должна быть положительно заряжена; она будет отталкивать положительно заряженные протоны, но притягивать отрицательно заряженные антипротоны. Антипротоны, прошедшие через первую сферу, будут замедляться, проходя через вторую, и останавливаться на подходе к внутренней сфере диаметром 100 м. Там антипротоны будут захватываться магнитным полем и смешиваться с позитронами для получения антиводорода.
Помимо того, что возникают трудности в получении античастиц, серьезной проблемой представляется их хранение, а именно неизбежная аннигиляция при контакте с веществом. К примеру, учёные Европейского центра ядерных исследований(CERN) пытались получить античастицы в ускорителях и удержать их в гелиевых пузырьках.
Проблемой хранения активно занимается и NASA. Так, Д. Джексон и С. Хоув предложили метод хранения антиводорода в форме твердых шариков (d = 150 мкм). Эти шарики могут быть наэлектризованы и подвешены в системе специальных ловушек, действующих по электростатическому принципу. Правда, перспективы реализации этой идеи видятся довольно туманными.
Эта проблема была частично решена учеными CERN. Они создали глубокий вакуум, чтобы избежать столкновения случайных атомов воздуха с антивеществом. Чтобы удержать античастицы, была создана «магнитная бутылка»,[2] состоящая из комбинации магнитных и электрических полей. Однако в ловушке можно удержать лишь ничтожное количество антипротонов и позитронов, иначе она будет разрушена зарядом.
В 1995 г. CERN произвёл настоящую сенсацию — объявил о создании девяти атомов антиводорода. Самой большой преградой к созданию атомов более тяжелых антиэлементов является только цена. Любое государство обанкротилось бы, произведя несколько десятков граммов антиатомов. В настоящее время уровень производства антивещества в мире составляет от одной миллиардной до одной десятимиллиардной доли грамма в год. В 2004 г. несколько триллионных грамма антивещества обошлось CERN в 20 млн долларов. При таких темпах производство 1 грамм антивещества стоил бы 100 квадриллионов долларов и заняло бы 100 млдр. лет непрерывной работы фабрики. Это делает антивещество самым дорогим продуктом на свете.
Эффективность атомной бомбы, несмотря на всю её жуткую мощь, составляет всего около 1 %. В Энергию переходит лишь крохотная часть массы урана. А вот бомба из антиматерии превратит в энергию 100 % своей массы.(Точнее, в полезную взрывную энергию в такой бомбе превратилось бы около 50 % вещества. Оставшаяся часть массы была бы унесена в пространство почти необнаружимыми частицами — нейтрино)
Согласно оценке Джеральда Джексона из компании Hbar Technologies, управляемая аннигиляция вещества и антивещества внутри космического корабля могла бы довести его под солнечным парусом до Плутона при расходе всего лишь в 30 мг антивещества. Чтобы долететь до Альфы Центавра, (ближайшей к нам солнечной системе, на расстоянии около 4 световых лет), звездолёту потребуется 17 г антивещества. Теоретические расчёты американских физиков Ронана Кина и Вей-мин Чжана показывают, что на основе современных технологий возможно создание аннигиляционного двигателя, способного разогнать космический корабль до 70 % от скорости света.
cyclowiki.org
Фотонный двигатель — гипотетический ракетный двигатель, где источником энергии служит тело, которое излучает свет. Фотон имеет импульс, и, соответственно, при истекании из двигателя, свет создаёт реактивную тягу. Теоретически фотонный двигатель может развить максимально возможную для реактивного двигателя тягу в пересчёте на затраченную массу космического аппарата, позволяя достигать скоростей, близких к скорости света, однако практическая разработка таких двигателей, судя по всему, дело достаточно отдалённого будущего.
Чаще всего обсуждаются и упоминаются в научно-фантастической литературе идеи создания такого двигателя с использованием антивещества. Энтузиасты считают, что взаимодействие вещества и антивещества позволяет перевести практически всю вступающую в реакции массу в излучение.
Тем не менее, надо отметить, что распространённая в литературе формулировка «при аннигиляции выделяются гамма-кванты» в принципе физически неверна. Гамма-кванты прямо выделяются только при электрон-позитронной аннигиляции[1]. В случае аннигиляции покоящейся (не релятивистской) пары протон-антипротон происходит сложно-цепочечная реакция: образование (часто) адронного мезоатома с временем жизни порядка 10−27 секунды, затем распад этого атома (собственно аннигиляция) с образованием пионного комплекса, состоящего из 2—12 (в среднем 5—7) нейтральных (1/3) и заряженных (2/3) пи-мезонов (пионов), затем за время порядка 10−17 секунды нейтральные пионы распадаются с выделением гамма-квантов с пиком энергии в спектре около 70 МэВ, в то время, как заряженные пионы, имеющие значительно большее время жизни, до ~1,5×10−4 секунды, удаляются с околосветовыми скоростями из области реакции (в вакууме и разреженной среде — до 20—40 м, в плотном веществе, например, графите — порядка 0,1—0,2 м) и затем распадаются с образованием мюонов, в свою очередь распадающихся (в основном, 99,998 %, канале распада) на нейтрино и электроны.
Таким образом, при аннигиляции антивещества — то есть вещества, состоящего из антипротонов и позитронов, примерно 1/3 энергии выделится в виде жёсткого гамма-излучения с энергией квантов 511 кэВ (от позитронно-электронной аннигиляции) и 70 МэВ от распада нейтральных пионов, ~1/3 энергии — в виде заряженных частиц с достаточно большим пробегом, а ~1/3 — в виде нейтрино, то есть безвозвратно будет потеряна. И «реальный» ракетный двигатель на антиматерии скорее должен выглядеть, как магнитная ловушка для заряженных частиц, а не как некое «зеркало». Как, например, на кораблях типа «Хиус», описанных в романах А. и Б. Стругацких.[источник не указан 2836 дней].
При такой невысокой массовой отдаче, порядка 23 %[2], эксплуатация фотонного двигателя становится менее выгодной. Значительно повысить его эффективность позволяет использование внешних ресурсов. Прямоточный аннигиляционный фотонный двигатель и магнитные ловушки, собирающие рассеянный в межзвёздной среде водород и гелий, дают возможность существенно уменьшить запасы рабочего вещества. К сожалению, количество антивещества в межзвёздной среде очень мало — порядка одного атома антиводорода или антигелия на 5×106 атомов обычного водорода, что делает невозможным использовать этот внешний ресурс. Поэтому проблема получения большой массы антивещества и его хранения на борту остаётся актуальной и для прямоточного аннигиляционного фотонного двигателя.[3]
В сегодняшнем состоянии идея фотонного реактивного двигателя невероятно далека от технического воплощения. Она содержит ряд проблем, которые сейчас даже теоретически не могут быть решены. Это:
ru-wiki.ru
 Аннигиляционный двигатель, "Механоиды" Вид плазменного двигателя, использующий энергию аннигиляции. За счёт этого он более экономичен и обладает лучшими характеристиками. | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
Отмена Сохранить
ru.mehanoidy.wikia.com
гипотетич. фотонный двигатель, в к-ром источником энергии является аннигиляция в-ва.
Большой энциклопедический политехнический словарь. 2004.
аннигиляционный ракетный двигатель — anihiliacinis raketinis variklis statusas T sritis Gynyba apibrėžtis Hipotetinis fotoninis raketinis variklis, naudojantis medžiagos anihiliacijos, t. y. dalelių ir antidalelių sąveikos ir virtimo fotonais (elektromagnetinio lauko kvantais),… … Artilerijos terminų žodynas
Аннигиляционный ракетный двигатель — гипотетический фотонный ракетный двигатель, в котором выделение энергии должно происходить в результате аннигиляции вещества, т. е. взаимодействия частиц и античастиц с полным их переходом в фотоны … Большая советская энциклопедия
Фотонный двигатель — (квантовый) гипотетический реактивный двигатель, где источником энергии служит тело, которое излучает свет. Фотон имеет импульс, и, соответственно, при истекании из двигателя, свет создает реактивную тягу. Теоретически фотонный двигатель… … Википедия
anihiliacinis raketinis variklis — statusas T sritis Gynyba apibrėžtis Hipotetinis fotoninis raketinis variklis, naudojantis medžiagos anihiliacijos, t. y. dalelių ir antidalelių sąveikos ir virtimo fotonais (elektromagnetinio lauko kvantais), energiją. atitikmenys: angl.… … Artilerijos terminų žodynas
annihilation rocket engine — anihiliacinis raketinis variklis statusas T sritis Gynyba apibrėžtis Hipotetinis fotoninis raketinis variklis, naudojantis medžiagos anihiliacijos, t. y. dalelių ir antidalelių sąveikos ir virtimo fotonais (elektromagnetinio lauko kvantais),… … Artilerijos terminų žodynas
Primus (Вавилон-5) — «Вавилон 5» Линейный крейсер класса Primus космофлота Республики Центавра Повреждённый линейный крейсер класса «Праймус» (Primus). Общая информация … Википедия
Праймус (Вавилон-5) — «Вавилон 5» Линейный крейсер класса Primus космофлота Республики Центавра Повреждённый линейный крейсер класса «Праймус» (Primus). Общая информация Мир: Прима Центавра, колонии Республики Центавр Статус … Википедия
Примус (Вавилон-5) — «Вавилон 5» Линейный крейсер класса Primus космофлота Республики Центавра Повреждённый линейный крейсер класса «Праймус» (Primus). Общая информация Мир: Прима Центавра, колонии Республики Центавр Статус … Википедия
dic.academic.ru
Реферат на тему:
Фотонный двигатель (квантовый) — гипотетический реактивный двигатель, где источником энергии служит тело, которое излучает свет. Фотон имеет импульс, и, соответственно, при истекании из двигателя, свет создает реактивную тягу. Теоретически фотонный двигатель может развить максимальную тягу из расчёта на затраченную массу космического аппарата, позволяя достигать скоростей, близких к скорости света, однако практическая разработка таких двигателей, судя по всему, дело достаточно отдалённого будущего.
Чаще всего обсуждаются и упоминаются в научно-фантастической литературе идеи создания такого двигателя с использованием антивещества. Энтузиасты считают, что взаимодействие вещества и антивещества позволяет перевести практически всю вступающую в реакции массу в излучение.
Тем не менее, надо отметить, что распространенная в литературе формулировка «при аннигиляции выделяются гамма-кванты» в принципе физически неверна. Гамма-кванты прямо выделяются только при электрон-позитронной аннигиляции. В случае аннигиляции покоящейся (не релятивистской) пары протон-антипротон происходит сложно-цепочечная реакция: образование (часто) адронного мезоатома с временем жизни порядка 10−27 секунды, затем распад этого атома (собственно аннигиляция) с образованием пионного комплекса, состоящего из 2-12 (в среднем 5-7) нейтральных (1/3) и заряженных (2/3) пи-мезонов (пионов), затем за время порядка 10−17 секунды нейтральные пионы распадаются с выделением гамма-квантов с пиком энергии в спектре около 70 МэВ, в то время, как заряженные пионы, имеющие значительно много большее время жизни, до ~1,5×10−4 секунды, удаляются с околосветовыми скоростями из области реакции (в вакууме и разреженной среде — до 20-40 м, в плотном веществе, например, графите — порядка 0,1-0,2 м) и затем распадаются с образованием мюонов, в свою очередь распадающихся (в основном, 99,998 %, канале распада) на нейтрино и электроны. Таким образом, при аннигиляции антивещества — то есть в-ва состоящего из антипротонов и позитронов, примерно 1/3 энергии выделится в виде жесткого гамма-излучения с энергией квантов 511 кэВ (от позитронно-электронной аннигиляции) и 70 МэВ от распада нейтральных пионов, ~1/3 энергии — в виде заряженных частиц с достаточно большим пробегом, а ~1/3 — в виде нейтрино, то есть безвозвратно будет потеряна. И «реальный» ракетный двигатель на антиматерии скорее должен выглядеть, как магнитная ловушка для заряженных частиц, а не как некое «зеркало».
В сегодняшнем состоянии идея фотонного реактивного двигателя невероятно далека от технического воплощения. Она содержит ряд проблем, которые сейчас даже теоретически не могут быть решены: Это:
Если справедливы некоторые варианты теорий Великого объединения, такие, как модель 'т Хоофта — Полякова, то можно построить фотонный двигатель, не использующий антивещество, так как магнитный монополь гипотетически может катализировать распад протона[1][2] на позитрон и π0-мезон:
π0 быстро распадается на 2 фотона, а позитрон аннигилирует с электроном, в итоге атом водорода превращается в 4 фотона, и нерешённой остаётся только проблема зеркала.
В то же время в большинстве современных теорий Великого объединения магнитные монополи отсутствуют, что ставит под сомнение эту привлекательную идею.
В настоящее время существуют несколько патентов России на фотонный двигатель. Однако они содержат физические ошибки, и в отсутствие эффективных рабочих образцов эти патенты могут рассматриваться лишь как курьёзы:
| Реактивный двигатель с силой тяги, вызываемой реактивной силой струи газа, истекающей из сопла, отличающийся тем, что сила тяги вызывается реактивной силой виртуальных фотонов, излучаемых совокупностью протонов, стабилизируемыми магнитным полем сфероида, при этом излучение виртуальных фотонов подавлено в направлении вектора тяги возвратно-поступательными колебательными движениями в этом направлении локального участка магнитного поля сфероида, вызываемыми источником колебаний. |
Согласно одной из гипотез, аномальное ускорение космических аппаратов «Пионер-10» и «Пионер-11» вызвано анизотропией теплового излучения аппаратов. Если это так, то таким образом зафиксирован эффект, аналогичный фотонному двигателю. Аналогично при определении параметров гравитационного поля Земли из траекторий движения геофизических спутников LAGEOS в расчёты входит давление солнечного света (Солнечный парус) и анизотропия теплового излучения спутников.
wreferat.baza-referat.ru
Фотонный двигатель (квантовый) — прототип реактивного двигателя, где в качестве источника источником энергии используется тело, которое в свою очередь излучает свет. Фотон обладает импульсом, в ходе чего при истекании из двигателя, свет создает реактивную тягу. Гипотетически фотонный двигатель может развить максимальную тягу из расчёта на затраченную массу космического аппарата, позволяя достигать скоростей, близких к скорости света, однако на практике разработка таких двигателей пока что мало осуществима в пределах наших технологий
Чаще всего обсуждаются и описывается в научно-фантастической литературе идеи создания такого двигателя основанного на использовании антивещества. Существует теория, что взаимодействие вещества и антивещества позволяет конвертировать практически всю вступающую в реакции массу в излучение.
Таким образом, при аннигиляции антивещества — то есть вещества, состоящего из антипротонов и позитронов, примерно одна треть энергии выделится в виде жесткого гамма-излучения с энергией квантов 511 кэВ (от позитронно-электронной аннигиляции) и 70 МэВ от распада нейтральных пионов, ~1/3 энергии — в виде заряженных частиц с достаточно большим пробегом, а ~1/3 — в виде нейтрино, то есть безвозвратно будет потеряна. И «реальный» ракетный двигатель на антиматерии скорее должен выглядеть, как магнитная ловушка для заряженных частиц, а не как некое «зеркало» При такой низкой массовой отдаче, порядка 23%, использование фотонного двигателя становится менее выгодной. Существенно увеличить его эффективность позволяет использование внешних ресурсов. Прямоточный аннигиляционный фотонный двигатель и магнитные ловушки, собирающие рассеянный в межзвездной среде водород и гелий, дают возможность существенно уменьшить запасы рабочего вещества. К сожалению количество антивещества в межзвездной среде очень мало - порядка одного атома антиводорода или антигелия на 5*106 атомов обычного водорода, что делает невозможным использовать этот внешний ресурс. Поэтому проблема получения большой массы антивещества и его хранения на борту остается актуальной и для прямоточного аннигиляционного фотонного двигателя.
machinepedia.org
