С помощью двигателей на антиматерии пилотируемая экспедиция могла бы достичь Марса всего за полтора месяца, потратив буквально ничтожное количество топлива.

Как известно, антиматерия состоит из частиц, которые отличаются от своих обычных «родственников» противоположным зарядом. Так «антипод» электрона — позитрон — во всем похож на него, но имеет положительный заряд, а антипротон, напротив, заряжен отрицательно. При столкновении две противоположные частицы аннигилируют, выделяя высокоэнергетические гамма-кванты. Другими словами, встреча материи и антиматерии приводит к полному преобразованию их массы в энергию, в полном соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна (E = mc2). Этот делает антиматерию самым эффективным видом топлива: в нескольких миллиграммах подобного вещества содержится энергии достаточно для того, чтобы слетать на Марс и обратно.

Идею двигателя на антиматерии впервые выдвинул немецкий физик Ойген Зенгер (Eugen Sänger) в 1953 г. Этот исследователь, долгое время работавший на нацистскую Германию, оставил после себя массу интереснейших разработок. В двигателе Зенгера гамма-лучи, получающие в результате аннигиляции антивещества и обыкновенной материи, должны были отражаться от специального зеркала, толкая корабль в нужном направлении. Правда, как в те времена, так и сегодня создать подобные зеркала не представляется возможным: пока что не существует материалов, способных эффективно отражать гамма-излучение — оно пронизывает насквозь любой экран.

Тем не менее, двигатель на антиматерии возможен, и его разработкой сегодня занимаются самые разнообразные научные организации. К их числу принадлежит компания Positronics Research, которую финансирует Институт передовых концепций (NIAC) NASA. Специалисты этой компании считают, что топливом для двигателей должны стать не антипротоны, как неоднократно предлагалось ранее, а позитроны — «анти-электроны». При аннигиляции антипротонов выделяются гамма-кванты более высоких энергий, однако использовать их для движения корабля оказывается весьма затруднительно. Они представляют большую опасность для экипажа и требуют тяжелых систем защиты. Аннигиляция позитронов рождает гамма-излучение с энергией примерно в 400 раз меньшей, позволяя и облегчить корабль, и упростить конструкцию самой двигательной установки.

В Positronics Research предложены три варианта компоновки двигателя. Первый вариант предполагает использование камеры сгорания с тугоплавкой вольфрамовой матрицей, выполняющей роль теплообменника. С высокой частотой в камеру впрыскиваются небольшие порции позитронов, до поры до времени хранившихся в специальных магнитных ловушках. Сталкиваясь с электронами, они аннигилируют, нагревая вольфрамовую матрицу. Параллельно в камеру подается рабочее тело, например водород. Вступая в контакт с теплообменником, он раскаляется и вылетает наружу через сопла — так же, как это в обычных реактивных двигателях. К преимуществам данной конструкции следует отнести ее простоту и технологичность. Вместе с тем, конечная эффективность установки будет существенно ниже теоретического предела, поскольку скорость вылетающих из сопла газов ограничена температурой плавления вольфрама.

Второй вариант предусматривает непосредственный нагрев рабочего тела гамма-лучами, без использования теплообменника. Это решение позволяет обойти температурное ограничение, свойственное конструкции с вольфрамовой матрицей. Обратной стороной медали являются возможные проблемы с перегревом самой камеры: ее стенки могут просто прогореть.

Наконец, существует и третий подход, основанный на феномене абляции — уноса частиц с поверхности твердого тела обтекающим его потоком горячих газов. Правда, в данном случае речь идет не о газах, а о гамма-лучах, которые будут бомбардировать специальную пластину, выбивая из нее частицы вещества. Таким образом, в роли рабочего тела выступит твердый экран, постепенно истончающийся в процессе полета. Эта концепция также не лишена недостатков: половина гамма-фотонов пролетит мимо экрана, а значит, КПД подобной установки ограничен 50%.

Ученым еще предстоит решить массу проблем, связанных с получением и хранением антиматерии, однако специалисты Positronics Research отмечают, что и в этой области последнее время заметен существенный прогресс. По их оценкам, первый полет к Марсу на позитронном приводе может состояться уже в 2030 г.

Читайте также: «Химия далеко не увезет».

По публикации The Future of Things