反物质航天器将如何工作

作者:Kevin Bonsor

像这样的反物质航天器可能有一天可以将火星旅行从11个月缩短到一个月。在这些航天飞机图片中查看当前的太空飞行技术。“width=
像这样的反物质航天器可能有一天可以将火星旅行从11个月缩短到一个月。在这些航天飞机图片中查看当前的太空飞行技术。
照片礼貌NASA

“工程,站在经线驱动器”。经线驱动器是那些科幻技术中的另一种,例如传送时间旅行,有一定的科学依据。只是还没有实现。但是,科学家们正在努力开发类似于企业的物质距离发动机的星际航天器发动机。

发动机可能不会产生超血速度;物理定律阻止了我们这样做,但是我们将能够比目前的推进方法快很多次。物质 - 安装到的引擎将使我们远远超出太阳系,并让我们到达附近星星在很短的时间内,将需要一个航天器液体氢发动机,就像在航天飞机。这就像驾驶Indy赛车和1971年的福特Pinto之间的区别。在Pinto中,您最终会进入终点线,但它将比Indy汽车长10倍。

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在本文中,我们将在太空旅行的未来几十年中凝视,以查看反物质航天器,找出实际是什么反物质以及如何用于高级推进系统。

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什么是反物质?

在蟹状星云的这种复合图像中,物质和反物质几乎被螃蟹脉冲星推进了光速。这些图像来自NASA的Chandra X射线天文台和哈勃太空望远镜。“width=
在蟹状星云的这种复合图像中,物质和反物质几乎被螃蟹脉冲星推进了光速。这些图像来自NASA的Chandra X射线天文台和哈勃太空望远镜。
照片由NASA/盖蒂图像

这不是一个问题。反物质正是您可能认为的,这与正常物质相反,而我们的大多数宇宙是制造的。直到最近,我们宇宙中反物质的存在才被认为只是理论上的。1928年,英国物理学家保罗A.M.狄拉克修订的爱因斯坦著名方程式e =mc²。狄拉克说,爱因斯坦没有考虑方程式中的“ m” - 质量 - 可能具有负面特性和正性。狄拉克方程(E = +或-MC2)允许我们宇宙中存在抗颗粒。此后,科学家证明存在几种抗粒子。

从字面上看,这些抗颗粒是正常物质的镜像。每个抗颗粒的质量与相应的粒子相同,但电荷逆转。这是20世纪的一些反物质发现:

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  • 正义- 具有正电荷而不是负电荷的电子。发现卡尔·安德森1932年,正电子是第一个存在反物质的证据。
  • 反普罗顿- 具有负面的质子而不是通常的正电荷。1955年,伯克利·贝瓦特隆(Berkeley Bevatron)的研究人员产生了抗蛋白原。
  • 反原子- 将正选项和反植物配对,科学家库恩,欧洲核研究组织创建了第一个反原子。创建了九个抗氢原子,每个原子仅持续40纳秒。截至1998年,CERN的研究人员将抗氢原子的产量提高到每小时2,000。

当反物质与正常物质接触时,这些相等但相反的颗粒碰撞以产生爆炸发出的纯辐射,从而从爆炸点出发。光速。造成爆炸的两个颗粒都完全消灭了,留下了其他亚原子颗粒。当反物质和物质相互作用时发生的爆炸会使两个物体的整个质量转移到能量中。科学家认为,这种能量比其他推进方法能产生的能量更强大。

那么,为什么我们没有构建物质 - 抗后分反应引擎呢?开发反物质推进的问题在于,宇宙中缺乏反物质。如果物质和反物质相等,我们可能会看到我们周围的这些反应。由于我们周围不存在反物质,我们看不到这将导致它与物质相撞。

在大爆炸时,颗粒可能超过了抗颗粒。如上所述,颗粒和抗颗粒的碰撞都破坏了两者。而且,由于宇宙中可能有更多的粒子,所以这些都是剩下的。今天,我们宇宙中可能没有天然存在的抗颗粒。但是,科学家在1977年发现了可能存在的星系中心附近的反物质沉积物。如果确实存在,则意味着自然存在反物质,并且需要消除制作我们自己的反物质的需求。

目前,我们将不得不创建自己的反物质。幸运的是,有技术可通过使用高能粒子壁(也称为“原子粉碎机”)来创建反物质。Atom Smashers(例如CERN)是大型隧道,上面衬有强大的超级磁铁,它们以近光的速度旋转以推动原子。当通过该加速器发送原子时,它会将其猛撞到目标中,从而产生粒子。其中一些颗粒是由磁场隔开的反颗粒。这些高能量颗粒加速器每年仅产生一个或两个皮克图。皮克图是克的一万亿。一年内在CERN生产的所有抗蛋白酶都足以在三秒钟内照亮100瓦的电灯灯泡。要去星际目的地,需要大量的抗脂蛋白。

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物质 - 安装引擎

像这个艺术家概念中的反物质航天器一样,可以以惊人的速度使我们超越太阳系。“width=
像这个艺术家概念中的反物质航天器一样,可以以惊人的速度使我们超越太阳系。
宾夕法尼亚州立大学充满活力粒子科学实验室的照片

NASA距离开发一个反物质航天器只有几十年的路程,该航天器可以将燃料成本降低到今天的一小部分。2000年10月,NASA科学家宣布了针对反物质发动机的早期设计,该设计可能会产生巨大的推力,而只有少量的反物质加油。向发动机提供一年旅行的发动机所需的反物质数量火星根据该月发行的推进和权力杂志上的一份报告,可能只有一百万克。

物质 - 抗逆点推进将是有史以来最有效的推进,因为物质和反物质的质量的100%被转化为能量。当物质和反物质碰撞时,其an灭释放的能量释放出约100亿倍的氢和氧燃烧等化学能的能量,这是航天飞机使用的能量。物质 - 抗反应的反应比核电站产生的裂变,比核融合能强的300倍。因此,物质 - 抗焦点发动机有潜力将我们带入更少的燃料。问题是创建和存储反物质。物质安装引擎有三个主要组件:

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  • 磁性存储环- 反物质必须与正常物质分开,因此带有磁场的存储环可以将反物质移动到环上,直到需要创建能量为止。
  • 饲料系统- 当航天器需要更多的功率时,将释放反物质与物质目标相撞,从而释放能量。
  • 电磁火箭喷嘴推进器- 就像地球上的粒子对撞机一样,长磁喷嘴将通过推进器移动物质抗逆点子产生的能量。
航天器上的存储环将容纳反物质。“width=
航天器上的存储环将容纳反物质。
宾夕法尼亚州立大学充满活力粒子科学实验室的照片

大约10克的抗蛋白酶足以将载人的航天器发送到火星一个月内。今天,一个无人的航天器需要将近一年的时间到达火星。在1996年,火星全球测量师花了11个月到达火星。科学家认为,物质 - 抗后期驱动的航天器的速度将使人能够去任何人在太空中没有去过的地方。有可能去木星甚至超越Heliopause,这是太阳的辐射末端。但是,宇航员要求他们的星际飞船的舵手将他们带到扭曲速度还需要很长时间。

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