강력한 우주선을 만들고 싶다면 반물질보다 낫지 않습니다. NASA의 Institute for Advanced Concepts는 연구원들에게 자금을 지원해 반물질로 작동하는 우주선을 설계하고 이러한 문제를 피할 수 있도록합니다.
공상 과학 소설에서 가장 자존심이 강한 우주선은 반물질을 연료로 사용합니다. 이것이 가장 강력한 연료입니다. 화성에 인간의 임무를 추진하기 위해서는 엄청난 양의 화학 연료가 필요하지만, 수십 밀리그램의 반물질 만 할 것입니다 (밀리그램은 원래 M & M 사탕 한 조각의 무게의 약 1/10).
그러나 실제로이 힘에는 가격이 따른다. 일부 반물질 반응은 고 에너지 감마선 폭발을 일으 킵니다. 감마선은 스테로이드의 X 선과 같습니다. 그들은 물질을 침투하고 세포의 분자를 분해하여 주변에 건강하지 않습니다. 고 에너지 감마선은 또한 엔진 재료의 원자를 단편화함으로써 엔진을 방사성으로 만들 수있다.
NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC)는 훨씬 더 낮은 에너지로 감마선을 생성함으로써 이러한 불쾌한 부작용을 피하는 반물질 강화 우주선을위한 새로운 디자인을 연구하는 연구원 팀에 자금을 지원하고 있습니다.
반물질은 보통 물질과 똑같아 보이지만 일부 속성은 바뀌기 때문에 보통 물질의 거울상이라고도합니다. 예를 들어, 휴대폰에서 플라즈마 TV에 이르기까지 모든 전류를 전달하는 익숙한 입자 인 일반 전자는 음전하를 have니다. 반전자는 양전하를 띠기 때문에 과학자들은 그것들을“양전자”라고 불렀습니다.
반물질이 문제를 만났을 때, 둘 다 갑자기 번쩍입니다. 이러한 완전한 에너지 전환은 반물질을 그렇게 강력하게 만듭니다. 원자력 폭탄의 핵 반응조차도 먼 거리에 있으며 질량의 약 3 %만이 에너지로 전환됩니다.
이전의 반물질 강화 우주선 설계는 반양성자 (antiproton)를 사용하여 소멸 될 때 고 에너지 감마선을 생성합니다. 새로운 디자인은 양전자를 사용하여 약 400 배 적은 에너지로 감마선을 만듭니다.
NIAC 연구는 아이디어가 실현 가능한지 확인하기위한 예비 연구입니다. 유망 해 보이고 기술을 성공적으로 개발하는 데 자금이 있다면 양전자 기반 우주선은 화성에 대한 인간 임무에 대한 기존 계획보다 화성 참조 임무라는 몇 가지 이점이 있습니다.
뉴 멕시코 주 산타페에 위치한 Positronics Research, LLC의 Gerald Smith 박사는“가장 중요한 이점은 안전성이 높다는 것입니다. 현재 참조 임무는 우주선을 화성으로 추진할 원자로를 요구합니다. 핵 추진은 화성으로의 이동 시간을 줄이고 우주선에 대한 노출을 줄임으로써 승무원의 안전을 높이기 때문에 바람직합니다. 또한 화학으로 구동되는 우주선의 무게는 훨씬 비싸고 발사 비용은 훨씬 더 비쌉니다. 원자로는 또한 3 년 임무에 충분한 전력을 공급합니다. 그러나 원자로는 복잡하기 때문에 임무 수행 중에 더 많은 문제가 발생할 수 있습니다. NIAC 연구의 수석 연구원 인 Smith는“그러나 양전자 반응기는 동일한 장점을 제공하지만 비교적 단순하다.
또한, 원자로는 연료가 소진 된 후에도 방사성이다. 선박이 화성에 도착한 후, Reference Mission 계획은 원자로가 최소 백만 년 동안 지구를 만나지 않는 궤도로 향하게하고 잔류 방사선이 안전한 수준으로 감소 될 것입니다. 그러나 연료가 다 사용 된 후 양전자 원자로에는 남은 방사선이 없으므로, 사용 된 양전자 원자로가 우연히 지구 대기에 다시 들어가도 안전 문제가 없다고 팀은 밝혔다.
시작하는 것이 더 안전합니다. 원자로를 운반하는 로켓이 폭발하면 방사성 입자가 대기로 방출 될 수 있습니다. “우리 양전자 우주선은 폭발하면 감마선이 번쩍 일 것입니다. 그러나 감마선은 즉시 사라질 것입니다. 바람에 표류 할 방사성 입자는 없습니다. 플래시는 또한 비교적 작은 영역으로 제한됩니다. 위험 지역은 우주선 주위에서 약 1 킬로미터 (약 0.5 마일) 정도입니다. 일반적인 대형 화학 동력 로켓은 폭발로 인한 큰 불 덩어리로 인해 거의 같은 크기의 위험 지대를 가지고 있습니다.”라고 Smith는 말했습니다.
또 다른 중요한 장점은 속도입니다. Reference Mission 우주선은 약 180 일 만에 우주 비행사를 화성으로 데려 갈 것입니다. 포지 트로닉스 리서치 (Positronics Research)의 엔지니어 인 커비 메이어 (Kirby Meyer)는“가스 코어 및 절제 엔진 개념과 같은 우리의 고급 설계는 우주 비행사를 절반으로, 그리고 아마도 45 일도 채 안되어 화성으로 데려 갈 수있다”고 말했다.
고급 엔진은 과열로 작동하여 효율성 또는 "특정 임펄스"(Isp)를 증가시킵니다. Isp는 로켓의 "갤런 당 마일"입니다. Isp가 높을수록 연료 공급을 사용하기 전에 더 빨리 갈 수 있습니다. NASA의 우주 왕복선 주 엔진과 같은 최고의 화학 로켓은 약 450 초에서 최대치입니다. 즉, 1 파운드의 연료는 450 초 동안 1 파운드의 파운드를 생성합니다. 핵 또는 양전자 반응기는 900 초 이상을 만들 수 있습니다. 서서히 기화하여 추력을 발생시키는 제거 엔진은 5,000 초까지 올라갈 수 있습니다.
양전자 우주선을 현실로 만들기위한 기술적 과제 중 하나는 양전자를 생산하는 비용입니다. 정상적인 문제에 대한 놀라운 효과로 인해 반물질이 많지 않습니다. 우주에서는 우주 광선이라고 불리는 고속 입자의 충돌로 생성됩니다. 지구상에서는 입자 가속기, 원자를 함께 분쇄하는 거대한 기계로 만들어야합니다. 기계는 일반적으로 우주가 깊고 근본적인 수준에서 어떻게 작동하는지 발견하는 데 사용되지만 반물질 공장으로 활용할 수 있습니다.
Smith는“인간 화성 임무에 필요한 10 밀리그램의 양전자를 생산하기위한 대략적인 추정치는 현재 개발중인 기술을 사용하여 약 2 억 5 천만 달러입니다. 이 비용은 비싸 보이지만 무거운 화학 로켓을 발사하기위한 추가 비용 (현재 발사 비용은 파운드당 약 $ 10,000)이나 연료를 공급하고 원자로를 안전하게 만드는 비용과 비교하여 고려해야합니다. 스미스는“핵 기술에 대한 경험을 바탕으로 양전자 생산 비용이 더 많은 연구를 통해 감소 할 것으로 예상하는 것이 합리적이라고 생각한다.
또 다른 과제는 작은 공간에 충분한 양의 양전자를 저장하는 것입니다. 그것들은 정상적인 문제를 없애기 때문에 병 속에 담을 수는 없습니다. 대신, 전기장과 자기장을 포함해야합니다. Smith는“우리는 전담 연구 개발 프로그램을 통해 이러한 과제를 극복 할 수 있다고 확신합니다.
만약 그렇다면, 아마도 화성에 도달 한 최초의 인간은 우리의 공상 과학 꿈의 우주에 걸쳐 우주선을 발사 한 것과 같은 근원에 의해 구동되는 우주선에 도착할 것입니다.
원본 출처 : NASA 뉴스 릴리스
