Ilustração do computador de uma unidade potencial de antimatéria. Crédito da imagem: Positronics Research LLC. Clique para ampliar.
Todos nós jogamos o jogo quando crianças - "saltar" envolveu uma criança agachada de quatro, enquanto uma segunda colocou as mãos nos ombros da primeira. Apoiada contra a força da gravidade, a criança em pé dobra profundamente as pernas e depois empurra para cima e por cima da primeira. O resultado? O segundo filho agora se agacha e o outro salto semelhante a um sapo segue por sua vez. Não é a maneira mais eficiente de chegar ao balanço - mas muito divertido na companhia certa!
Leapfrogging, no entanto, não é o mesmo que "bootstrapping". Durante a inicialização, um único jogador se dobra e agarra os laços de couro na parte externa das duas botas. O jogador então faz um tremendo esforço para cima com os braços. Leapfrogging funciona - o bootstrap não funciona, apenas não pode ser feito sem saltar - algo completamente diferente.
O Instituto de Conceitos Avançados da NASA (NIAC) acredita em avançar - não no playground, mas no espaço aeroespacial. No próprio site do instituto: “O NIAC incentiva os proponentes a pensar décadas no futuro em busca de conceitos que“ saltarão ”a evolução dos atuais sistemas aeroespaciais”. O NIAC está procurando algumas boas idéias e está disposto a apoiá-las com doações de sementes de seis meses para testar a viabilidade antes que fundos sérios de pesquisa e desenvolvimento - disponíveis na NASA e em outros lugares - sejam alocados. Esperamos que essas sementes germinem e que investimentos futuros as cresçam até a maturidade.
No entanto, o NIAC quer separar o salto da inicialização do bootstrap. Um funciona e o outro não faz sentido algum. De acordo com o NIAC, o impulso pósitron pode levar a um salto gigantesco na maneira como viajamos pelo sistema solar e além. Provavelmente não há como iniciar isso.
Considere o gêmeo espelho de pósitron dos gêmeos humanos semelhantes a elétrons, uma coisa muito rara. Ao contrário dos gêmeos humanos, é improvável que um pósitron sobreviva ao processo de nascimento. Por quê? Porque os pósitrons e seus irmãos - elétrons - se acham irresistíveis e se aniquilam rapidamente em uma explosão de raios gama suaves. Mas essa explosão, em circunstâncias controladas, pode ser convertida em qualquer forma de 'trabalho' que você queira fazer.
Precisa de luz? Misture um pósitron e um elétron e depois irradie um gás para a incandescência. Precisa de eletricidade? Misture outro par e irradie uma tira de metal. Precisa de impulso? Atire esses raios gama em um propulsor, aqueça-o a temperaturas incrivelmente altas e empurre o propulsor para fora da parte traseira do foguete. Ou então, atire esses raios gama em placas de tungstênio em uma corrente de ar, aqueça esse ar e jogue-o fora na parte traseira de uma aeronave.
Imagine ter um suprimento de pósitrons - o que você poderia fazer com eles? De acordo com Gerald A. Smith, Pesquisador Principal da Positronics Research, LLC de Sante Fe, Novo México, você pode ir a qualquer lugar: “a densidade de energia da antimatéria é dez ordens de magnitude maior que a química e três ordens de magnitude maior que a fissão nuclear. ou energia de fusão. "
E o que isso significa em termos de propulsão? "Menos peso, muito, muito, muito menos peso."
Usando sistemas de propulsão quimicamente baseados, 55% do peso associado à sonda Huygens-Cassini enviada para explorar Saturno foi encontrado nos tanques de combustível e oxidante da sonda. Enquanto isso, para lançar as sondas com 5650 kg de peso além da Terra, era necessário um veículo de lançamento pesando cerca de 180 vezes o do próprio Cassini-Huygens, totalmente abastecido (1.032.350 kg).
Usando apenas os números do Dr. Smith - e considerando apenas o impulso de manobra necessário para a Cassini-Huygens usando aniquilação de elétrons pós-elétrons, os 3100 kg de propulsor químico que sobrecarregavam a sonda original de 1997 poderiam ser reduzidos a meros 310 microgramas de elétrons e pósitrons - menos matéria do que o encontrado em uma única gota atomizada de névoa da manhã. E com essa redução em massa, o peso total de lançamento de Canaveral para Saturno poderia ser facilmente reduzido por um fator de dois.
Mas a aniquilação de elétrons pósitrons é como ter bastante ar, mas absolutamente nenhuma gasolina? seu carro não ganha muito oxigênio sozinho. Os elétrons estão por toda parte, enquanto os pósitrons não estão disponíveis naturalmente na Terra. De fato, onde ocorrem - perto de horizontes de eventos de buracos negros ou por curtos períodos de tempo após a entrada de partículas de alta energia na atmosfera da Terra - eles logo encontram um desses elétrons onipresentes e ficam fotônicos. Por esse motivo, você deve fazer o seu próprio.
Digite o acelerador de partículas
Empresas como a Positronics Research, liderada pelo Dr. Smith, estão trabalhando em tecnologias inerentes ao uso de aceleradores de partículas - como o Stanford Linear Accelerator (SLAC), localizado em Menlo Park, Califórnia. Os aceleradores de partículas criam pósitrons usando técnicas de produção de pares elétron-pósitron. Isso é feito esmagando um feixe de elétrons relativisticamente acelerado em um alvo denso de tungstênio. O feixe de elétrons é então convertido em fótons de alta energia que se movem através do tungstênio e se transformam em conjuntos correspondentes de elétrons e pósitrons. O problema que o Dr. Smith e outros criaram pósitrons é mais fácil do que capturar, armazenar, transportar e usá-los de maneira eficaz.
Enquanto isso, durante a produção em pares, tudo o que você realmente fez é acumular muita energia ligada à terra em quantidades extremamente pequenas de combustível altamente volátil - mas extremamente leve. Esse processo em si é extremamente ineficiente e apresenta grandes desafios técnicos relacionados à acumulação de antipartículas suficientes para alimentar uma espaçonave capaz de viajar para o Grande Além a velocidades que tornam possível a sonda espacial grande - e as viagens espaciais humanas - possíveis. Como tudo isso é provável?
Segundo o Dr. Smith, “por muitos anos os físicos extraíram pósitrons dos alvos de tungstênio colidindo os pósitrons com a matéria, diminuindo-os em cerca de mil para usar em microscópios de alta resolução. Esse processo é terrivelmente ineficiente; apenas um milionésimo dos pósitrons sobrevive. Para viagens espaciais, precisamos aumentar a eficiência da desaceleração em pelo menos um fator de mil. Após quatro anos de trabalho duro com armadilhas eletromagnéticas em nossos laboratórios, estamos nos preparando para capturar e resfriar cinco trilhões de pósitrons por segundo nos próximos anos. Nossas metas de longo alcance são cinco trilhões de pósitrons por segundo. A esse ritmo, poderíamos abastecer nosso primeiro voo com pósitron para o espaço em questão de horas. ”
Embora seja verdade que um mecanismo de aniquilação de pósitrons também exija propulsão (normalmente na forma de gás hidrogênio comprimido), a quantidade de propulsor em si é reduzida para quase 10% da exigida por um foguete convencional - já que não é necessário nenhum oxidante para reagir com o combustível. Enquanto isso, naves futuras podem realmente ser capazes de extrair propulsor do vento solar e do meio interestelar. Isso também deve levar a uma redução significativa no peso de lançamento dessas naves espaciais.
Escrito por Jeff Barbour
