Ilustrasi komputer tentang drive antimateri potensial. Kredit gambar: Positronics Research LLC. Klik untuk memperbesar.
Kita semua memainkan permainan sebagai anak-anak - “leapfrog” melibatkan satu anak berjongkok sambil yang kedua meletakkan tangan mereka di bahu pertama. Bersiap melawan tarikan gravitasi, anak yang berdiri membungkuk di kaki dengan dalam kemudian mendorong ke atas dan di atas yang pertama. Hasil? Anak kedua sekarang berjongkok dan satu lompatan seperti katak mengikuti. Bukan cara paling efisien untuk mencapai set ayunan - tetapi banyak kesenangan di perusahaan yang tepat!
Akan tetapi Leapfrogging tidak sama dengan ‘bootstrap’. Saat bootstrap, pemain tunggal membungkuk dan meraih loop kulit di bagian luar kedua sepatu bot. Pemain kemudian melakukan usaha yang luar biasa ke atas dengan lengan. Leapfrogging berfungsi - bootstrap tidak, itu tidak bisa dilakukan tanpa melompat - hal yang sama sekali berbeda.
Institut NASA untuk Konsep Lanjutan (NIAC) percaya pada leapfrogging - tidak bukan di taman bermain tetapi di luar angkasa. Dari situs web institut itu sendiri: “NIAC mendorong para pengusul untuk memikirkan dekade ke masa depan dalam mengejar konsep-konsep yang akan“ melompati ”evolusi sistem dirgantara saat ini.” NIAC sedang mencari beberapa ide bagus dan bersedia mendukung mereka dengan hibah benih selama enam bulan untuk menguji kelayakan sebelum dana penelitian dan pengembangan yang serius - tersedia dari NASA dan di tempat lain - dialokasikan. Semoga benih-benih semacam itu dibiarkan berkecambah dan investasi masa depan menumbuhkannya hingga jatuh tempo.
NIAC ingin memisahkan leapfrogging dari bootstrap. Yang satu bekerja dan yang lainnya tidak masuk akal. Menurut NIAC, drive positron dapat menyebabkan lompatan besar ke depan dalam cara kita melakukan perjalanan ke seluruh tata surya dan seterusnya. Mungkin tidak ada bootstrap tentang hal itu.
Anggap positron - kembaran cermin dari kembar manusia yang mirip-elektron, hal yang sangat langka. Tidak seperti kembar manusia, positron tidak mungkin selamat dari proses kelahiran. Mengapa? Karena positron dan saudara kandungnya - elektron - menemukan satu sama lain tak tertahankan dan dengan cepat musnah dalam semburan sinar gamma lunak. Tetapi ledakan itu, dalam keadaan yang terkendali, dapat dikonversi menjadi segala bentuk 'pekerjaan' yang mungkin ingin Anda lakukan.
Butuh cahaya? Campur positron dan elektron kemudian iradiasi gas ke pijar. Butuh listrik? Campurkan pasangan lain dan iradiasi strip logam. Perlu dorong? Tembak sinar gamma itu ke dalam propelan, panaskan ke suhu yang sangat tinggi dan dorong propelan keluar dari bagian belakang roket. Atau, tembak sinar gamma itu ke lempengan tungsten di aliran udara, panaskan udara itu dan buang keluar dari belakang pesawat.
Bayangkan memiliki persediaan positron - apa yang bisa Anda lakukan dengan mereka? Menurut Gerald A. Smith, Peneliti Utama untuk Penelitian Positronics, LLC dari Sante Fe, New Mexico, Anda dapat pergi ke mana saja, “kepadatan energi antimateri sepuluh kali lipat lebih besar daripada bahan kimia dan tiga kali lipat lebih besar daripada fisi nuklir atau energi fusi. "
Dan apa artinya ini dalam hal propulsi? "Lebih sedikit berat, jauh, jauh, jauh lebih sedikit berat."
Menggunakan sistem propulsi berbasis kimia, 55 persen dari berat terkait dengan probe Huygens-Cassini dikirim untuk menjelajahi Saturnus ditemukan di tangki bahan bakar dan pengoksidasi probe. Sementara itu untuk melemparkan probe seberat 5650 kg di luar Bumi, diperlukan sebuah kendaraan peluncur berbobot sekitar 180 kali dari Cassini-Huygens yang berbahan bakar penuh itu sendiri (1.032.350 kg).
Dengan menggunakan angka Dr. Smith saja - dan hanya mempertimbangkan dorongan manuver yang diperlukan untuk Cassini-Huygens menggunakan pemusnahan positron-elektron, 3100 kg propelan kimia yang membebani probe asli 1997 dapat direduksi menjadi hanya 310 mikrogram elektron dan positron - tidak masalah dari yang ditemukan dalam setetes kabut pagi. Dan dengan pengurangan massa ini, total bobot peluncuran dari Canaveral ke Saturnus dapat dengan mudah dikurangi dengan faktor dua.
Tapi pemusnahan positron-elektron seperti memiliki banyak udara tetapi sama sekali tidak ada bensin? mobil Anda tidak akan mendapatkan oksigen sendirian. Elektron ada di mana-mana, sementara positron tidak tersedia secara alami di Bumi. Bahkan di mana mereka benar-benar terjadi - dekat cakrawala peristiwa lubang hitam atau untuk waktu singkat setelah partikel berenergi tinggi memasuki atmosfer Bumi - mereka segera menemukan salah satu dari elektron yang ada di mana-mana dan menjadi fotonik. Untuk alasan ini Anda harus membuatnya sendiri.
Masukkan akselerator partikel
Perusahaan seperti Positronics Research, dipimpin oleh Dr. Smith, sedang mengerjakan teknologi yang melekat dalam penggunaan akselerator partikel - seperti Stanford Linear Accelerator (SLAC) yang berlokasi di Menlo Park, California. Akselerator partikel membuat positron menggunakan teknik produksi pasangan elektron-positron. Ini dilakukan dengan menghancurkan berkas elektron yang dipercepat secara relativistik menjadi target tungsten padat. Sinar elektron kemudian diubah menjadi foton energi tinggi yang bergerak melalui tungsten dan berubah menjadi set elektron dan positron yang cocok. Masalah sebelum Dr. Smith dan yang lainnya membuat positron lebih mudah daripada menjebak, menyimpan, mengangkut, dan menggunakannya secara efektif.
Sementara itu selama produksi berpasangan, semua yang telah Anda lakukan benar-benar mengemas seluruh energi yang terikat pada bumi menjadi sejumlah kecil bahan bakar yang sangat mudah menguap - namun sangat ringan. Proses itu sendiri sangat tidak efisien dan memperkenalkan tantangan teknis utama terkait dengan mengumpulkan cukup anti-partikel untuk memberi daya pada pesawat ruang angkasa yang mampu melakukan perjalanan ke Great Beyond dengan kecepatan yang memungkinkan penyelidikan ruang angkasa yang besar - dan perjalanan ruang angkasa manusia - menjadi mungkin. Bagaimana semua ini mungkin terjadi?
Menurut Dr. Smith, “selama bertahun-tahun fisikawan telah memeras positron dari target tungsten dengan menabrak positron dengan materi, memperlambatnya hingga seribu atau lebih untuk digunakan dalam mikroskop resolusi tinggi. Proses ini sangat tidak efisien; hanya sepersejuta positron bertahan. Untuk perjalanan ruang angkasa kita perlu meningkatkan efisiensi perlambatan setidaknya dengan faktor seribu. Setelah empat tahun bekerja keras dengan perangkap elektromagnetik di laboratorium kami, kami bersiap untuk menangkap dan mendinginkan lima triliun positron per detik dalam beberapa tahun mendatang. Sasaran jangka panjang kami adalah lima kuadriliun positron per detik. Dengan kecepatan ini, kita bisa mempercepat penerbangan berbahan bakar positron pertama kita ke ruang angkasa dalam hitungan jam. ”
Meskipun benar bahwa mesin pemusnahan positron juga membutuhkan propellent (biasanya dalam bentuk gas hidrogen terkompresi), jumlah propelan itu sendiri berkurang hingga hampir 10 persen dari yang dibutuhkan oleh roket konvensional - karena tidak ada oksidator yang diperlukan untuk bereaksi dengan bahan bakar. Sementara itu, kerajinan masa depan mungkin sebenarnya bisa meraup propelan dari angin matahari dan medium antarbintang. Ini juga harus mengarah pada pengurangan yang signifikan dalam berat peluncuran pesawat ruang angkasa tersebut.
Ditulis oleh Jeff Barbour
