Wenn es um die Zukunft der Weltraumforschung geht, ist eine der größten Fragen: "Wie und wann werden wir zum nächsten Stern reisen?" Und während Raumfahrtagenturen seit Jahrzehnten über diese Frage nachdenken und Vorschläge unterbreiten, hat keine von ihnen die theoretische Phase überschritten. Ihre Bemühungen konzentrierten sich größtenteils auf mögliche Missionen zum Mars und zum äußeren Sonnensystem.
Aber es gibt einige Leute wie Dr. Gerald Jackson, die daran arbeiten, in naher Zukunft eine interstellare Mission zu ermöglichen. Er und sein Forschungsteam, die in der Vergangenheit von der NASA finanziert wurden, wollen einen Antimaterie-Motor entwickeln, der in der Lage ist, 5% der Lichtgeschwindigkeit zu erreichen (oder zu überschreiten). Zu diesem Zweck haben sie eine Kickstarter-Kampagne gestartet, um ihre Bemühungen zu finanzieren.
In Bezug auf fortschrittliche Antriebskonzepte hat Antimaterie eine Menge zu bieten. Der Antrieb hat die höchste spezifische Energie aller bekannten Verfahren, 100-mal mehr als Spalt- / Fusionsreaktionen und 10-mal mehr als chemische Treibmittel. Es ist auch am sparsamsten und benötigt lediglich Milligramm Antimaterie, um die gleiche Energiemenge wie Tonnen chemischen Kraftstoff zu erzeugen.
Typischerweise beruht dieses theoretische Konzept auf der Kollision zwischen Wasserstoff und Antiwasserstoff (die die gleiche Masse, aber entgegengesetzte Ladung haben), um Schub zu erzeugen. Dieser Prozess setzt Energie und einen Schauer von Partikeln (Pionen und Myonen) frei, die von einer Magnetdüse geleitet werden können, um Schub zu erzeugen.
Und während Labors wie das CERN Antimaterie hergestellt haben und Forschungen zur Lagerung in großem Maßstab durchgeführt werden, gibt es keine Antriebssysteme, die Antimaterie in Schub verwandeln könnten. Dr. Jackson, Absolvent der Cornell University, hofft, dies zu ändern. Vor seinem Eintritt in den privaten Sektor arbeitete Jackson 14 Jahre lang als Beschleunigerphysiker am Fermi National Accelerator Laboratory.
Im Jahr 2002 war er Mitbegründer einer Gesellschaft mit beschränkter Haftung (HBar Technologies), um kommerzielle Märkte für Antimaterie zu erschließen. Im Jahr 2002 vergab das NASA-Institut für fortgeschrittene Konzepte (NIAC) Dr. Jackson und sein Unternehmen 75.000 US-Dollar für die Entwicklung eines Missionskonzepts, das innerhalb von 10 Jahren 250 AUs Weltraum mit einer Kraftstoffversorgung von 10 kg durchqueren könnte.
Diese Spezifikationen erforderten im Wesentlichen die Schaffung einer Antimaterie-Rakete, die innerhalb eines Jahrzehnts bis zur Heliopause fliegen konnte. Das Ergebnis war ein Antriebskonzept, das sich auf einen Strahl stützte, der fokussierte Antiprotonen auf ein Segel abfeuerte, um einen Antrieb zu erzeugen. Dieses Segel würde einen Durchmesser von 5 Metern haben und auf der einen Seite aus einem Carbonrücken und auf der anderen Seite aus Uranfolie bestehen (15 bzw. 296 Mikrometer dick).
Wenn ein Antiprotonenimpuls gegen einen kleinen Abschnitt der Uranseite vernichtet wird, verursacht die resultierende Spaltung einen Impuls. Wie Dr. Jackson dem Space Magazine per E-Mail erklärte:
„Beachten Sie, dass Antiprotonen eine negative elektrische Ladung haben, ähnlich wie ein Elektron. Wenn die Antiprotonen in das Segel eintreten, verdrängen sie ein Elektron, das einen Urankern umkreist. Da Antiprotonen und Elektronen keine Quantenzahlen gemeinsam haben, fällt das Antiproton sofort in den atomaren Grundzustand ab, was eine hohe Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung zwischen dem Antiproton und entweder einem Proton oder einem Neutron im Kern verursacht.
„Im Durchschnitt führt ein Spaltereignis zur Bildung von zwei Tochterkernen mit ungefähr gleicher Masse. Diese Töchter bewegen sich mit einer kinetischen Energie von 1 MeV pro Proton oder Neutron in entgegengesetzte Richtungen. Da die Töchter aufgeladen sind, wird derjenige, der weiter ins Segel reist, absorbiert und die Übertragung erfolgt vorwärts. Die andere Tochter fliegt mit einer Abgasgeschwindigkeit von 4,6% der Lichtgeschwindigkeit in den Weltraum. Diese selektive Impulsübertragung ist Schub. “
Leider war der NIAC aufgrund des damaligen Haushaltsumfelds gezwungen, seine Finanzierung abzusagen, nachdem eine zweite Runde gewährt worden war. Aus diesem Grund suchen Dr. Jackson und seine Kollegen jetzt öffentliche Unterstützung, damit sie ihre Arbeit am Versuchssegel beenden und es für die Exposition gegenüber einem Antiprotonenstrahl vorbereiten können.
Ähnlich wie bei Project Starshot (das sie auf ihrer Kampagnenseite anerkennen) möchten Jackson und sein Team einen interstellaren Missionsvorschlag erstellen, der keine Abkürzungen enthält (d. H. Warp-Antrieb, Wurmlöcher, Sternentore usw.). Wie Sie sich vielleicht erinnern, fordert Starshot ein Waferboot und ein lasergesteuertes Lichtsegel, mit denen Geschwindigkeiten von bis zu 20% der Lichtgeschwindigkeit erreicht werden können, um die Reise nach Alpha Centauri in 20 Jahren zu schaffen.
Ebenso könnte ein Antiprotonen-angetriebenes Segel, das eine Geschwindigkeit von 5% der Lichtgeschwindigkeit oder mehr erreichen könnte, in etwa 90 Jahren Alpha Centauri (oder Proxima Centauri) erreichen. Währenddessen würde die Wissenschaft dahinter im Bereich der etablierten Physik bleiben und mit Newtons Bewegungsgesetzen und Einsteins Theorie der speziellen Relativitätstheorie übereinstimmen.
"Der revolutionäre Aspekt des Antimaterie-Segels ist, dass die Antimaterie nicht der Treibstoff ist, sondern die Zündkerze, die Spaltreaktionen auslöst", sagte Jackson. "Da die Spaltreaktionen einen Schub ohne starke Abschirmung oder andere Strukturen erzeugen können, kann die Masse des Antriebssystems mit der Masse des Instrumentenpakets vergleichbar sein."
Um ihr Projekt durchzuhalten, hoffen Jackson und seine Kollegen, 200.000 US-Dollar zu sammeln. Sollten sie sich als erfolgreich erweisen, hoffen sie, Folgekampagnen durchzuführen, um eine Reihe von Validierungsexperimenten, Speicherdemonstrationen und Missionsdetails zu finanzieren. Am Ende ist ihr Ziel nichts weniger als die Verwirklichung des Antimaterieantriebs, von dem sie hoffen, dass er eines Tages die interstellare Mission leiten wird.
"Wir erwarten, dass diese Kampagnen die Daten liefern, die erforderlich sind, um die Menschen davon zu überzeugen, die Produktion von Antimaterie in vollem Umfang und eine tatsächliche Mission für ein nahe gelegenes Sonnensystem zu finanzieren", fügte Jackson hinzu. „Das Ziel dieser frühen interstellaren Missionen ist es, Informationen über diese anderen Sonnensysteme bereitzustellen, z. B. ob sie bewohnbar oder bewohnt sind. In letzterem Fall möchten wir diese Lebensformen in Folgemissionen studieren oder mit ihnen interagieren. Wenn wir bewohnbar und nicht bewohnt sind, brauchen wir ausreichende Informationen, um den Erfolg einer bemannten Migrationsmission sicherzustellen. “
Zum Zeitpunkt der Abfassung dieses Artikels haben Jackson und seine Kollegen 672 US-Dollar von ihrem 200.000-Dollar-Ziel gesammelt. Die Kampagne wurde jedoch erst vor wenigen Tagen gestartet und bleibt weitere 25 Tage geöffnet. Für diejenigen, die daran interessiert sind, ihre Fortschritte zu verfolgen oder Interesse an einer Spende für ihre Sache haben, klicken Sie auf die folgenden Links.
