Jika Anda ingin membangun pesawat ruang angkasa yang kuat, tidak ada yang lebih baik dari antimateri. Institute for Advanced Concepts NASA mendanai tim peneliti untuk mencoba dan merancang pesawat ruang angkasa bertenaga antimateri yang dapat menghindari beberapa masalah tersebut.
Sebagian besar kapal luar angkasa yang menghargai diri sendiri dalam cerita fiksi ilmiah menggunakan anti-materi sebagai bahan bakar untuk alasan yang baik - bahan bakar yang paling kuat dikenal. Sementara berton-ton bahan bakar kimia diperlukan untuk mendorong misi manusia ke Mars, hanya puluhan miligram antimateri yang dapat digunakan (satu miligram kira-kira seperseribu berat permen M&M asli).
Namun, pada kenyataannya kekuatan ini datang dengan harga. Beberapa reaksi antimateri menghasilkan ledakan sinar gamma energi tinggi. Sinar gamma seperti sinar-X pada steroid. Mereka menembus materi dan memecah molekul dalam sel, sehingga mereka tidak sehat berada di sekitar. Sinar gamma berenergi tinggi juga dapat membuat mesin radioaktif dengan memecah atom-atom dari bahan mesin.
NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) mendanai tim peneliti yang bekerja pada desain baru untuk pesawat ruang angkasa bertenaga antimateri yang menghindari efek samping yang buruk ini dengan menghasilkan sinar gamma dengan energi yang jauh lebih rendah.
Antimateri kadang-kadang disebut gambar cermin dari materi normal karena walaupun terlihat seperti materi biasa, beberapa sifatnya terbalik. Sebagai contoh, elektron normal, partikel yang dikenalnya yang membawa arus listrik dalam segala hal mulai dari ponsel hingga TV plasma, memiliki muatan listrik negatif. Anti-elektron memiliki muatan positif, sehingga para ilmuwan menjuluki mereka "positron".
Ketika antimateri bertemu materi, keduanya musnah dalam sekejap energi. Konversi lengkap menjadi energi inilah yang membuat antimateri begitu kuat. Bahkan reaksi nuklir yang menyalakan bom atom berada di urutan kedua, dengan hanya sekitar tiga persen dari massanya yang dikonversi menjadi energi.
Desain pesawat ruang angkasa anti-materi sebelumnya menggunakan antiproton, yang menghasilkan sinar gamma berenergi tinggi ketika mereka dimusnahkan. Desain baru akan menggunakan positron, yang membuat sinar gamma dengan energi sekitar 400 kali lebih sedikit.
Penelitian NIAC adalah studi pendahuluan untuk melihat apakah ide tersebut layak. Jika terlihat menjanjikan, dan dana tersedia untuk berhasil mengembangkan teknologi, pesawat ruang angkasa bertenaga positron akan memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan rencana yang ada untuk misi manusia ke Mars, yang disebut Misi Referensi Mars.
"Keuntungan paling signifikan adalah lebih banyak keamanan," kata Dr. Gerald Smith dari Positronics Research, LLC, di Santa Fe, New Mexico. Referensi Referensi saat ini menyerukan reaktor nuklir untuk mendorong pesawat ruang angkasa ke Mars. Ini diinginkan karena tenaga nuklir mengurangi waktu perjalanan ke Mars, meningkatkan keselamatan bagi awak dengan mengurangi paparan sinar kosmik. Juga, sebuah pesawat luar angkasa yang ditenagai secara kimia berbobot lebih banyak dan lebih mahal untuk diluncurkan. Reaktor juga menyediakan tenaga yang cukup untuk misi tiga tahun. Tetapi reaktor nuklir itu kompleks, sehingga lebih banyak hal yang berpotensi salah selama misi. "Namun, reaktor positron menawarkan keuntungan yang sama tetapi relatif sederhana," kata Smith, ketua peneliti untuk studi NIAC.
Juga, reaktor nuklir bersifat radioaktif bahkan setelah bahan bakarnya habis. Setelah kapal tiba di Mars, rencana Misi Referensi adalah untuk mengarahkan reaktor ke orbit yang tidak akan bertemu Bumi setidaknya satu juta tahun, ketika radiasi residu akan dikurangi ke tingkat yang aman. Namun, tidak ada radiasi sisa dalam reaktor positron setelah bahan bakar habis, sehingga tidak ada masalah keamanan jika reaktor positron yang dihabiskan harus secara tidak sengaja masuk kembali ke atmosfer Bumi, menurut tim.
Ini akan lebih aman untuk diluncurkan juga. Jika roket yang membawa reaktor nuklir meledak, ia dapat melepaskan partikel radioaktif ke atmosfer. “Pesawat ruang angkasa positron kami akan mengeluarkan flash sinar gamma jika meledak, tetapi sinar gamma akan hilang dalam sekejap. Tidak akan ada partikel radioaktif yang terbawa angin. Lampu kilat juga akan terbatas pada area yang relatif kecil. Zona bahaya akan menjadi sekitar satu kilometer (sekitar setengah mil) di sekitar pesawat ruang angkasa. Roket bertenaga kimia besar yang biasa memiliki zona bahaya dengan ukuran yang sama, karena bola api besar yang akan dihasilkan dari ledakannya, ”kata Smith.
Keuntungan penting lainnya adalah kecepatan. Pesawat Misi Referensi akan membawa para astronot ke Mars dalam waktu sekitar 180 hari. "Desain canggih kami, seperti inti gas dan konsep mesin ablatif, dapat membawa astronot ke separuh waktu itu, dan bahkan mungkin dalam waktu 45 hari saja," kata Kirby Meyer, seorang insinyur Positronics Research dalam penelitian ini.
Mesin canggih melakukan ini dengan menjalankan panas, yang meningkatkan efisiensi atau "impuls spesifik" (Isp). Isp adalah "mil per galon" dari peroketan: semakin tinggi Isp, semakin cepat Anda dapat pergi sebelum Anda menggunakan pasokan bahan bakar Anda. Roket kimia terbaik, seperti mesin utama Space Shuttle NASA, maksimal sekitar 450 detik, yang berarti satu pon bahan bakar akan menghasilkan satu pon daya dorong selama 450 detik. Reaktor nuklir atau positron dapat menghasilkan lebih dari 900 detik. Mesin ablatif, yang perlahan menguapkan dirinya untuk menghasilkan daya dorong, bisa mencapai 5.000 detik.
Salah satu tantangan teknis untuk membuat pesawat ruang angkasa positron menjadi kenyataan adalah biaya untuk menghasilkan positron. Karena efeknya yang spektakuler pada materi normal, tidak ada banyak antimateri yang duduk-duduk. Di ruang angkasa, ia diciptakan dalam tabrakan partikel berkecepatan tinggi yang disebut sinar kosmik. Di Bumi, itu harus dibuat dalam akselerator partikel, mesin besar yang menghancurkan atom bersama. Mesin-mesin itu biasanya digunakan untuk menemukan bagaimana alam semesta bekerja pada tingkat yang dalam dan mendasar, tetapi mereka dapat dimanfaatkan sebagai pabrik antimateri.
"Perkiraan kasar untuk menghasilkan 10 miligram positron yang dibutuhkan untuk misi Mars manusia adalah sekitar 250 juta dolar menggunakan teknologi yang saat ini sedang dikembangkan," kata Smith. Biaya ini mungkin tampak tinggi, tetapi harus dipertimbangkan terhadap biaya tambahan untuk meluncurkan roket kimia yang lebih berat (biaya peluncuran saat ini sekitar $ 10.000 per pon) atau biaya untuk bahan bakar dan membuat aman reaktor nuklir. "Berdasarkan pengalaman dengan teknologi nuklir, tampaknya masuk akal untuk mengharapkan biaya produksi positron turun dengan lebih banyak penelitian," tambah Smith.
Tantangan lain adalah menyimpan positron yang cukup di ruang kecil. Karena mereka memusnahkan masalah normal, Anda tidak bisa hanya memasukkannya ke dalam botol. Sebaliknya, mereka harus diisi dengan medan listrik dan magnet. “Kami merasa yakin bahwa dengan program penelitian dan pengembangan yang berdedikasi, tantangan ini dapat diatasi,” kata Smith.
Jika demikian, mungkin manusia pertama yang mencapai Mars akan tiba di pesawat ruang angkasa yang ditenagai oleh sumber yang sama yang menembakkan kapal luar angkasa melintasi alam semesta mimpi fiksi ilmiah kita.
Sumber Asli: Rilis Berita NASA
