Antimateria - Combustibilul Viitorului

ANTIMATERIA. Antimateria este, in opinia tuturor, combustibilul viitorului. Si, este reala. Cantitati extrem de mici sunt produse chiar pe Pamant. Este cea mai scumpa substanta, costul ei fiind estimat la aproximativ 65 trilioane dolari pe gram!

Antimateria ar fi cel mai bun combustibil posibil. Densitatea de energie urca pana la 9x10^16 J/kg! Anihilarea materie-antimaterie duce la completa transformare a masei lor in energie, si nu doar o parte a acesteia, ca in cazul fuziunii sau fisiunii. Pentru a pune in miscare toate navele spatiale ale NASA, ar fi necesare doar 100 miligrame de antimaterie!

Antimateria este formata, ca si materia, din particule elementare, insa sarcina electrica, precum si celelalte numere cuantice, sunt inversate. Antimateria nu exista in natura in general, deoarece se anihileaza imediat cu materia obisnuita. De aceea, trebuie produsa. Pastrarea se face usor, in camp magnetic.

Exista doua posibilitati, sa folosim reactia electron-pozitron, sau anihilarea proton-antiproton. Prima produce raze gamma puternice, imposibil de controlat. A doua anihilare produce particule incarcate electric (in special pioni cu viteza apropiata de cea a luminii), care poti fi directionati cu ajutorul unui camp magnetic. Aceasta din urma reactie prezinta masa ramasa in urma procesului, nu este o anihilare completa ca in cazul electron-pozitron, deci energia obtinuta este ceva mai redusa.

Un mare avantaj al unui motor cu antimaterie este acela ca nu este nevoie de un reactor, anohilarea producandu-se spontan. Exista patru designuri de rachete cu antimaterie:

- Nucleu solid - Anihilarea apare in interiorul unui nucleu solid, incalzind carburantul (hidrogen) care este ejectat. Impulsul specific este destul de mic , 1.000 s.

- Nucleu gazos - Anihilarea se produce chiar in interiorul carburantului. Exista raze gamma ce nu pot fi controlate. Impulsul specific este de aproximativ 2.500 s.

- Nucleu de plasma - Anihilarea unei cantitati mai mari de antimaterie in interiorul carburantului folosit, pentru a creste temperatura si a forma plasma. Exista si aici mici cantitati de radiatii gamma. Impulsul specific se poate situa intre 5.000 si 100.000 s.

- Nucleu cu fascicul de particule - Anihilare directa, pionii controlati de camp magnetic si folositi direct drept masa propulsoare. Impulsul specific poate fi mai mare de 10.000.000 s.

Cu o racheta propulsata de antimaterie, calatoria pana la Marte ar dura intre 24 h si 2 saptamani, cel mai probabil undeva la mijloc. In conditiile actuale de folosire a rachetelor chimice, aceasta calatorie este estimata la 1-2 ani.

Exista probleme si in cazul antimateriei. Cea mai complicata pare sa fie chiar producerea acesteia. Desi avem nevoie de doar cateva miligrame, sau cateva kilograme pentru a ajunge pana la Alpha Centauri, cea mai apropiata stea de Soare, aflata la 4,2 a.l., pe Terra, in acceleratoare de particule, se produc anual doar 1-10 nanograme de antiprotoni.

Pe langa aceasta problema, mai intervine si stocarea. Exista o capcana de antiprotoni, ce poate stoca 10^10 antiprotoni timp de o saptamana, folosind o superpozitie de campuri magnetice si electrice. Urmatoarea etapa va fi captarea a 10^12 antiprotoni, insa se estimeaza ca pentru propulsia cu antimaterie este necesara stocarea a 10^20 antiprotoni.

Impulsul specific descrie eficienta unei rachete, reprezinta impulsul (schimbarea de moment) pe unitate de combustibil. Cu cat este mai mare, cu atat mai putin combustibil este necesar pentru a atinge un anumit moment dorit.

CALATORIILE INTERSTELARE

Cand este vorba de calatoriile interstelare, distantele de care vorbim devin realmente uriase, este aproape imposibil sa ne dam seama cu adevarat cat de imense sunt. Cea mai apropiata stea de Sistemul Solar este Proxima Centauri, ce face parte din sistemul triplu Alpha Centauri, aflata la 4,2 a.l., sau 40 trilioane km. Aceasta inseamna ca, mergand cu viteza luminii, ne va lua 4,2 ani s-o atingem. Cea mai apropiata stea cu un sistem planetar este si mai departe, la 10 a.l., Epsilon Eridani.

Navele spatiale construite pentru a face fata calatoriilor interplanetare vor lua in considerare doar tipurile de propulsie ce pot dezvolta o viteza de un procent apreciabil din viteza luminii, ca velele cu laser, fuziunea nucleara sau propulsia cu antimaterie. Astfel aceasta calatorie ca dura cateva zeci de ani. Cu rachetele ce le detinem astazi, aceasta calatorie ar dura in jur de 900.000 ani.

Pentru rachetele newtoniene, limitarea de baza este cantitatea de combustibil necesara calatoriei. Cu cat aceasta este mai lunga, avem nevoie de o cantitate mai mare, dar pentru a propulsa toata aceasta masa, este necesara consumarea din acelasi combustibil. Rachetele chimice ar avea nevoie, pentru acest tip de calatorie, de o cantitate de combustibil mai mare ca masa intregului Univers!

Chiar in cazul in care am dispune de motorul cu antimaterie, ce teoretic poate atinge pana la 90% din viteza luminii, pentru a explora doar o mica parte din vecinatatea noastra, in acest colt de galaxie, timpul calatoriilor ar fi prea lung. Deci trebuie cautate solutii care sa treaca peste limitarea impusa de viteza luminii.

In cazul in care vom calatori cu viteze foarte mari, va interveni si dilatarea timpului. Astronautii vor percepe ca au trecut cateva zeci de ani, insa pe Terra timpul va curge altfel, si la intoarcere vor descoperi ca au trecut deja multe generatii in lipsa lor. Mai mult, la intoarcere vor descoperi poate ca alte metode mult mai rapide de calatorie spatiala au fost dezvoltate, iar timpul lor a fost de fapt pierdut.

O alta problema este comunicarea, mai ales in cazul in care misiunea este robotizata complet. Nu se pot face corectii, timpul de asteptare in comunicare devenind prea lung, de ordinul anilor. Aceste misiuni, robotizate sau umane, vor trebui sa aiba un inalt grad de autonomie. Mai mult, va trebui sa existe posibilitatea de a folosi combustibil colectat din spatiu.