Американские физики разработали схему практически реализуемого двигателя на антиматерии, который позволит разогнать космический корабль до 70% от скорости света, и опубликовали ее в статье, размещенной в электронной библиотеке Корнеллского университета.
МОСКВА, 15 мая - РИА Новости. Американские физики разработали схему практически реализуемого двигателя на антиматерии, который позволит разогнать космический корабль до 70% от скорости света, и опубликовали ее в статье, размещенной в электронной библиотеке Корнеллского университета.
Двигатели, работающие на энергии аннигиляции антиматерии, давно привлекали внимание любителей научной фантастики и многих ученых. За последние годы ученые разработали несколько проектов такого устройства, максимальная скорость которых должна составить примерно треть от скорости света. Реализация и испытания таких двигателей на сегодняшний день практически невозможна, так как пока не существует надежных методов получения и хранения больших объемов антиматерии.
Ронан Кин (Ronan Keane) из академии "Вестерн Резерв" в городе Хадсон (США) и его коллега Вей-мин Чжан (Wei-Ming Zhang) из Государственного университета города Кента (США) смогли в два раза увеличить максимально возможную скорость двигателя на антиматерии, предложив новую схему, реализация которой в принципе возможна уже сегодня.
Двигатель Кина и Чжана быстрее своих теоретических "конкурентов" благодаря особому устройству сопла. Как объясняют ученые, сопло и камера аннигиляции всех видов двигателей на антиматерии представляют собой комбинацию из нескольких мощных магнитов, улавливающих продукты распада и направляющих их в сторону, противоположную движению космического корабля.
Чем эффективнее будет сопло, тем больше частиц - больше энергии аннигиляции - будет израсходовано на полезную работу и ускорение корабля. Данная характеристика зависит не только от мощности магнитов и их пространственной конфигурации, но и от типа продуктов распада, вырабатываемых во время уничтожения антиматерии.
Для определения оптимальной реакции аннигиляции физики проанализировали возможные варианты распада антиматерии при помощи компьютерной программы Geant4, которая была разработана ЦЕРН для моделирования результатов столкновения различных частиц в ускорителях, в том числе и БАК.
Ученые выяснили, что столкновение антипротонов и протонов должно порождать пучки заряженных пионов - легких частиц, чья масса составляет седьмую часть от "веса" протона.
Моделирование показало, что аннигиляция антиматерии будет порождать пионы, ускоренные до 80% от скорости света, что значительно меньше ранее предсказанных 90%. С другой стороны, магнитное сопло сможет захватывать такие частицы очень эффективно, направляя примерно 85% из них в сторону, противоположную движению корабля.
По словам физиков, такая комбинация из относительно низкой начальной скорости пионов и высокой эффективности сопла позволит достичь 70% от скорости света. Такая скорость позволит экипажу кораблю наблюдать и изучать релятивистские эффекты, предсказанные специальной теорией относительности Эйнштейна.
Как отмечают ученые, относительно небольшая сила магнитного поля - около 12 Тесла - позволяет построить этот двигатель на основе современных технологий. Тем не менее, остается открытой проблема получения и хранения антиматерии в количествах, достаточных даже для самого короткого путешествия через космос.
ria.ru
Короче говоря, двигатель на антиматерии использует сталкивающиеся между собой частицы водорода и антиводорода. Испущенная в процессе аннигиляции энергия сравнима по объемам с энергией взрыва термоядерной бомбы в сопровождении потока субатомных частиц — пионов и мюонов. Эти частицы, которые движутся со скоростью одной третьей от скорости света, перенаправляются в магнитное сопло и вырабатывают тягу.Такой класс ракет будет самым быстрым и самым энергоэффективным из возможных (или невозможных, но предлагаемых). Если обычные химические ракеты требуют тонны топлива, чтобы продвигать космический корабль к месту назначения, двигатель на антиматерии будет делать ту же работу за счет нескольких миллиграмов топлива. Взаимное уничтожение полукилограмма частиц водорода и антиводорода высвобождает больше энергии, чем 10-мегатонная водородная бомба.
Именно по этой причине Институт перспективных концепций NASA исследует эту технологию как возможную для будущих миссий на Марс. К сожалению, если рассматривать миссии к ближайшим звездным системам, сумма необходимого топлива растет в геометрической прогрессии, и расходы становятся астрономическими (и это не каламбур).
Согласно отчету, подготовленному к 39-й конференции AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference и Exhibit, двухступенчатая ракета на антивеществе потребует больше 815 000 метрических тонн топлива, чтобы добраться до Проксимы Центавра за 40 лет. Это относительно быстро. Но цена… Хотя один грамм антивещества производит невероятное количество энергии, производство одного только грамма потребует 25 миллионов миллиардов киловатт-часов энергии и выльется в триллион долларов. В настоящее время общее количество антивещества, которое было создано людьми, составляет меньше 20 нанограммов.Возможный способ обойти это — создать судно, которое будет создавать антивещество с последующим его использованием в качестве топлива. Эта концепция, известная как Vacuum to Antimatter Rocket Interstellar Explorer System (VARIES), была предложена Ричардом Обаузи из Icarus Interstellar. Опираясь на идею переработки на месте, корабль VARIES должен использовать крупные лазеры (запитанные огромными солнечными батареями), создающие частицы антивещества при выстреле в пустой космос.
Подобно концепции с термоядерным ПВРД, это предложение решает проблему перевозки топлива за счет его добычи прямо из космоса. Но опять же, стоимость такого корабля будет чрезвычайно высокой, если строить его нашими современными методами. Мы просто не в силах создавать антивещество в огромных масштабах. А еще нужно решить проблему с радиацией, поскольку аннигиляция материи и антиматерии производит вспышки высокоэнергетических гамма-лучей.Они не только представляют опасность для экипажа, но и для двигателя, чтобы те не развалились на субатомные частицы под воздействием всей этой радиации. Короче говоря, двигатель на антивеществе совершенно непрактичен с учетом наших современных технологий.
spacebestnews.blogspot.com
Подробно:
Владимир Каланов,сайт "Знания-сила".
Антиматерия, кроме того, что является сугубо искусственной субстанцией на Земле, имеет еще и самую высокую стоимость за 1 грамм - около 62,5 триллионов долларов. Кроме всего прочего, хранилище для антиматерии представляет собой достаточно сложный контейнер, имеющий в своей основе магнитную ловушку.
Такая высокая цена обусловлена большими затратами энергии для получения антиматерии, например, всего 10 нанограмм антипротонов - как раз столько получают в лаборатории Ферми (Chicago) на ускорителе за весь год. Антипротон образуется после столкновения двух очень высокоэнергетичных положительных протонов.
Как известно, при соединении антивещества с обычным веществом происходит аннигиляция и выделяется огромное количество энергии - по сути всё вещество превращается в энергию. Идеальное топливо для космических ракет, не так ли? Можно ведь очень точно регулировать количество энергии. Очень здорово, но только стоимость антиматерии не позволяет её использовать для двигателей.
Однако, учёные из исследовательского центра NASA (Propulsion Research Center) в Хантсвилле (Huntsville, Alabama) придумали, как использовать антиматерию в малых количествах для создания двигателей космического корабля. Возникает вопрос - а почему бы не сделать микровзрыв простым ядерным распадом? Ранее было неизвестно, как перенасытить нейтронами я́дра урана, чтобы произошёл распад с выделением энергии. В малых количествах, разумеется. В больших - известно. Однако, сейчас ключ решения этой проблемы был найден и коротко описывается следующим образом - в сгусток антипротонов (т.е. в плазму) "впрыскивают" смесь из дейтерия (тяжелый водород), урана-238 и гелия-3 (легкий гелий). При этом, антипротоны обеспечивают уникальный тип реакции распада - производится в 6 раз больше свободных нейтронов, чем при обычной реакции распада. Получившейся энергии хватает, чтобы начать реакцию синтеза. Нейтроны инициируют взрыв гелиево-водородной смеси, производя реакцию термоядерного синтеза. Т.е. как бы водородная бомба в миниатюре. Что, собственно, и требовалось.
Такой тип реакции получил и своё название - Инициированный Антиматерией Микросинтез (antimatter initiated microfusion - AIM).
На рисунке видна схема космического корабля, имеющего двигатели именно на этой основе. Слева - сами двигатели с магнитными соплами, справа - модуль оборудования и модуль экипажа. Для обеспечения полётов внутри Солнечной системы потребуется, по прикидкам учёных, от 1 до 100 микрограмм антиматерии. Количество обуславливает скорость в конце ускорения - она может достигнуть и 1000 км/с - этого будет достаточно, чтобы астронавты долетели до края Солнечной системы не состарившись (антиматерия позволит, например, совершить полёт к Марсу всего за 3 месяца). Однако, даже такое количество антиматерии всё равно является слишком огромным, чтобы говорить о полетах хотя бы в ближайшие 50 лет. Исследователи лаборатории Ферми утверждают, что они приложат все усилия, чтобы удваивать количество производимой антиматерии каждый год. Впрочем, время покажет, когда это произойдёт.
Здесь представлены некоторые фотографии экспериментов и схемы. Т-обра́зный конденсатор позволяет создать сонапра́вленные электрические силы, действующие на пластины конденсатора.
Детектирование силы на весах. Красный и серый провода (выход высоковольтного генератора) соединены тонкими провода́ми с Т-обра́зным конденсатором. Напряжение включено и стрелка весов отклоняется.
Эксперимент воспроизведён группой из Франции, 21 Мая 2000 года.
Разумеется, потребуется несколько лет работы над технологическими деталями проекта, но это не принципиальный вопрос, а проблема финансирования и обеспечения материалами. Известные патенты T.T.Brown 1927-1965 годов сегодня открыты для внедрения. Основная идея может быть выражена в нескольких словах: движущая сила создается за счет асимме́трии структуры электрического поля, его градиента, обусла́вливаемого суперпозицией или формой электродов, а также градиентом свойств диэлектрика. Данная идея была опи́сана в авторских работах, например, доклад 1998 года на конференции "Пространство, Время и Гравитация" в Санкт-Петербурге.
В данной версии в пластиковом диске, который находится между плоским (справа) и цилиндрическим (слева) электродами, создается градиент электрического поля и его асимме́трия обуславливает движущую силу. Источник 3 ки́ловольт соединён с конденсатором только одним проводом. направление силы - справа налево.
При обсуждении идеи уединенного асимметричного терминала (полусферического конденсатора) часто возникает вопрос: где вторая плата конденсатора? Для тех, кто знаком с работами Н.Тесла, вопроса не существует. Для общего понимания задачи достаточно классического представления о потенциале заря́женного тела и нулевом потенциале точки, удаленной на бесконечное расстояние. Таким образом, мы приходим к выводу о том, что движущая сила, действующая на заря́женную полусферу или другой асимметричный конденсатор, приложена между ней и всеми удаленными точками нулевого потенциала.
Поскольку изменение величины потенциала с расстоянием является сво́йством самого́ пространства, то градиент электрического поля вокруг заря́женной полусферы можно рассматривать, как градиент давления среды́ на тело. Далее можно перейти к рассмотрению явлений эфи́родинамики, по аналогии с аэродинамикой и гидродинамикой.
znaniya-sila.narod.ru
Для полетов к далеким звездам земным космическим кораблям понадобятся мощные двигатели. Один из них, работающий на антиматерии, уже изобрели инженеры некоммерческого проекта Icarus Interstellar, собирающиеся покинуть Солнечную систему в 2100 году. Впрочем, устройству еще предстоит пройти многочисленные тесты и доработки. Двигатель, получивший название Varies (по первым буквам английского названия "вакуумная антиматериально-ракетная межзвездная исследовательская система"), будет использовать в качестве топлива антиматерию, извлекаемую из вакуума высокоэнергетическим лазером.
По мысли изобретателей, межзвездному кораблю предстоит разгоняться до скорости, приближающейся к скорости света. Для этого используется антиматерия из бортовых запасов, созданная в земных лабораториях. Долетев до заданной звезды, корабль автоматически затормозит и выйдет на устойчивую орбиту вокруг нее. Чтобы пополнить запас топлива, необходимый для возвращения на Землю, понадобится несколько сотен квадратных километров солнечных батарей, сообщают Discovery News. Они обеспечат работу лазера, который добудет из окружающего корабль вакуума антиматерию.
Дело в том, что, по мнению участников проекта, вакуум на квантовом уровне представляет собой не пустоту, а скопление "потенциальных" частиц обычного и антивещества. Разделить их можно при посредстве лазерного излучения, что уже было успешно продемонстрировано в лабораторных опытах.
Стоит отметить, что современные космические аппараты постепенно наращивают свою скорость и без использования экзотических физических гипотез. Так, разрабатываемый NASA зонд Solar Probe на некоторых этапах своего полета будет двигаться со скоростью около 200 километров в секунду. Это еще не скорость света, который перемещается на 300 тысяч километров в секунду, но уже намного больше привычных величин.
info.sibnet.ru
Новости космоса становятся всё жарче: НАСА собирается использовать антиматерию в космических кораблях будущего.
Реакции слияния ядер, инициированные пучками частиц антиматерии, могут начать приводить в движение сверхвысокоскоростные космические корабли, отправляемые в длительные путешествия, уже к середине этого века, говорят исследователи.
Корабли с термоядерными двигателями смогут добраться до Юпитера за 4 месяца, открывая таким образом путь к внешней Солнечной системе человеческим экспедициям, согласно отчёту НАСА за 2010 г.Чтобы сделать эту технологию доступной, учёным придётся преодолеть немало препятствий - в частности связанных с получением и хранением антиматерии, - но некоторые эксперты полагают, что она может быть готова уже к середине столетия.
Сила ядерного синтеза потрясает воображение
Топливо для такого корабля с термоядерными двигателями будет, вероятно, состоять из маленьких гранул, содержащих дейтерий и тритий, - тяжёлые изотопы водорода, которые содержат один или два нейтрона соответственно в своих ядрах. (В ядре обычного атома водорода нет ни одного нейтрона.)
Внутри каждой гранулы это топливо будет окружено другим веществом, возможно, ураном. Поток антипротонов - эквивалентов протона в антиматерии, обладающих электрическим зарядом, равным -1, а не +1, - будет направлен на эти гранулы.
Когда антипротоны будут соприкасаться с урановыми ядрами, они будут аннигилировать, создавая продукты высокоэнергетического распада, которые запустят реакции ядерного синтеза в топливе.
Такие реакции - к примеру слияние ядер дейтерия и трития, ведущее к образованию одного атома гелия-4 и одного нейтрона, - высвобождают огромное количество энергии, которую можно использовать для того, чтобы заставить космический корабль двигаться в нескольких разных направлениях.
"Энергия, выделяющаяся в ходе таких реакций, может быть использована для нагрева горючего или создания импульса при помощи магнитного удержания плазмы и магнитного сопла", - говорится в отчёте за 2010 г., озаглавленном "Пределы современных технологий: Революционные прорывы в исследовании космоса", который НАСА выпустило при поддержке The Tauri Group и ряда экспертов.
Основная идея заключается в следующем: в ходе проекта "Дедал", исследования, проводившегося Британским межпланетным обществом в 1970-е гг., было предложено использование термоядерного ракетного двигателя для межзвёздных космических кораблей. Однако тогда предполагалось, что слияние ядер, рассматриваемое в проекте "Дедал", должно быть инициировано пучками электронов, а не антипротонов.
И всё же что-то нам ещё мешает
Хотя ядерный синтез, запущенный при помощи пучков антипротонов, представляет собой весьма заманчивую технологию, всё же учёным предстоит ещё немало работы до претворения этих замыслов в жизнь.
Возможно, самым сложным станет получение антипротонов - которые могут быть созданы в ускорителях частиц - в достаточных количествах и хранение их достаточно долгое время, необходимое для совершения продолжительного путешествия.
Согласно отчёту "Пределы современных технологий", на полёт до Юпитера может потребоваться около 1,16 г антипротонов. Это, конечно, не очень пугающая цифра, но нужно принять во внимание, что в настоящее время производственные мощности позволяют получать лишь миллиардные доли грамма этого вещества.
Но всё же объёмы производимых антипротонов стремительно возрастают, и поэтому можно надеяться, что следующий крупный научный прорыв, связанный с космическими двигательными установками, случится ещё до наступления 2060 г.
cosmos.mirtesen.ru
1 г. назад
Современные ракетные двигатели неплохо справляются с задачей выведения техники на орбиту, но совершенно...
1 г. назад
Подпишись http://bit.ly/SUBTOKOSMO ➥Группа VK - https://vk.com/kosmo_official ➥Наш второй канал HUBBLE - https://goo.gl/LPFwRW Сотрудничество/Ре..
3 г. назад
Антивещество или антиматерия известна как самая дорогая субстанция на Земле. Но что же она собой представл...
6 г. назад
Я решил исследовать, можно ли использовать антиматерию / антивещество как источник энергии для фотонного...
2 г. назад
http://ntdtv.ru/ Двигатели будущего: из Лондона в Сидней за 4 часа. Сесть в супербыстрый самолёт и облететь полземли...
3 г. назад
В подмосковном НПО «Энергомаш» - создают лучшие в мире ракетные двигатели, которые уже много лет выводят...
2 г. назад
10 ИНТЕРЕСНЫХ ФАКТОВ ОБ АНТИМАТЕРИИ Инстаграм Дарьи: https://www.instagram.com/darya_today/ СИГНЫ В КОНЕЦ ВИДОСИКА: ...
2 г. назад
Спасибо за просмотр, мои хорошие!) ▻ВК ПАБЛИК : http://vk.com/Ridddlers ▻ТВИТТОР : https://twitter.com/Ridddlers ▻РЕКЛАМА и СОТРУДН...
2 г. назад
Специалисты NASA объясняют что такое ядерные двигатели и зачем они нужны. Перевёл и озвучил Саша Нырков ...
2 г. назад
ВремяНауки #Антиматерия #НаучныйМинимум Предлагайте темы для роликов тут: https://vk.com/topic-72644920_34515436 Теперь...
2 нед. назад
Антивещество. Что это? Сколько стоит? И запустит ли варп-двигатель? Попробуй ответить на один простой вопрос...
3 г. назад
Кёрбалы, догадываясь о будущем, начинают добычу антиматерии на орбите Кёрбина. Также они эпспериментируют...
10 мес. назад
Структура Вселенной Что есть вещество и антивещество HD Вступайте нашу группу в VK - ПОДПИСАТЬСЯ: Я ВК: ПАБЛ...
2 г. назад
ПОДПИСАТЬСЯ:https://www.youtube.com/channel/UCshQEh8je_k0Yg-h5W8zbQg/featured Я ВК:https://vk.com/adlerrr ПАБЛИК ВК:https://vk.com/fact_blog ...
6 г. назад
По инерции как-то все время думаешь, что антиматерия - что-то далекое, космическое. Но вот процесс, в результа...
2 г. назад
Передача "Байки Бояршинова". Эфир 10.12.2016. Первый образовательный канал. © Телекомпания СГУ ТВ. Другие байки...
3 г. назад
http://t7-inform.ru/s/videonews/20150723140046 Разработка самого маленького в мире двигателя находится на стадии сборки прототи...
2 г. назад
Управляя полями инерции, можно управлять кривизной пространства и передвигаться в космосе без реактивного...
video-kroft.ru
На краудфандинговом сайте Kickstarter запущена кампания по сбору средств на проведение исследований по созданию антивещества.
Фанаты Star Track ("Звездный путь") наверняка помнят, что в вымышленной вселенной на борту космолетов Федерации использовались двигатели, работающие на антиматерии. Теоретически они обладали способностью управлять временем, переводя его вперед или назад в зависимости от поставленной цели. Два физика-энтузиаста, Джеральд Джексон (Gerald Jackson) и Стивен Хоув (Steven Howe), на краудфандинговом сайте Kickstarter заявили о своем намерении создать такой двигатель в реальной жизни.
В течение 13 лет Джексон и Хоув пытались убедить NASA, что реактивный двигатель на антиматерии сделать реально. Еще в 2003 году они обнародовали чертеж солнечного паруса для перемещения под давлением антиматерии, утверждая, что через 20 лет человечество захочет путешествовать на более дальние расстояния в космос и этот способ будет весьма кстати.
Антиматерия является противоположностью обычной материи. В то время как последняя состоит из атомов с положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными частицами, антивещество, напротив, имеет отрицательно заряженное ядро и положительно заряженные частицы. Когда атом антиматерии сталкивается с атомом материи, происходит уничтожение обоих атомов, что приводит к огромному количеству высвобождаемой энергии. Именно эту энергию физики надеются однажды использовать для реактивных двигателей космических кораблей.
Джексон и Хоув во время своей презентации в деталях описали, что даже небольшая ракета с таким двигателем сможет долететь с Земли до альфы Центавра всего за 40 лет. Более того, они утверждают, что даже 17 г антиматерии хватит для того, чтобы состоялся подобный полет и что с помощью антиматерии ракета сможет развивать скорость, равную примерно одной десятой скорости света.
Хотя на данный момент существуют методы создания антиматерии, которые Fermilab и CERN использовали для своих коллайдеров, им удалось получить лишь небольшое ее количество. Как отмечает издание Symmetry Magazine, даже если вся полученная антиматерия была бы уничтожена сразу, ее не хватило бы даже на то, чтобы вскипятить воду для одной чашки чая, не говоря уже о полете в космос. Кроме этого, создание одного грамма антиматерии будет стоить миллионы миллиардов долларов, так как для этого потребуется 25 миллиардов киловатт энергии.
Разработчики надеются собрать на сайте Kickstarter 200 тысяч долларов на проведение дальнейших исследований. При этом они признают, что на создание рабочего двигателя понадобится около 100 тысяч долларов.
Однако, даже если удастся воплотить эту идею, остается еще ряд вопросов, которые придется решать перед тем, как двигатель увидит свет. В первую очередь возникает вопрос о том, как хранить антиматерию в связи с ее нестабильностью – ведь к ней нельзя прикасаться. Если она каким-то образом дотронется до стенок контейнера, в котором хранится, может случиться взрыв, подобный ядерной бомбе.
Тем не менее, если удастся претворить эту идею в жизнь, то уже через 20–30 лет полеты в космос с двигателями на антивеществе станут обычным делом.
www.innoros.ru
