強力な宇宙船を作ろうとしているなら、反物質に勝るものはありません。 NASAのAdvanced Concepts for Instituteは、これらの問題のいくつかを回避できる反物質動力の宇宙船を設計するために、研究者のチームに資金を提供しています。
SFストーリーのほとんどの自尊心のある宇宙船は、正当な理由で反物質を燃料として使用しています。これは、知られている最も強力な燃料です。火星への人間の使命を推進するために数トンの化学燃料が必要ですが、反作用物質はたった数十ミリグラムです（ミリグラムは元のM＆Mキャンディーの重量の約1000分の1です）。
ただし、実際にはこの力には代償が伴います。一部の反物質反応は、高エネルギーのガンマ線の爆風を生成します。ガンマ線はステロイドのX線のようなものです。それらは物質に浸透し、細胞内の分子を分解するため、周りにいるのは健康ではありません。高エネルギーガンマ線はまた、エンジン材料の原子を断片化することにより、エンジンを放射性にすることができます。
NASA Institute for Advanced Concepts（NIAC）は、はるかに低いエネルギーでガンマ線を生成することによってこの厄介な副作用を回避する、反物質で動く宇宙船の新しい設計に取り組んでいる研究者のチームに資金を提供しています。
反物質は通常の物質の鏡像と呼ばれることがあります。これは、通常の物質のように見えますが、いくつかの特性が逆になっているためです。たとえば、通常の電子は、携帯電話からプラズマテレビまであらゆるものに電流を流す身近な粒子であり、負の電荷を帯びています。反電子は正の電荷を帯びているため、科学者たちはそれらを「陽電子」と呼んでいます。
反物質が物質と出会うとき、両方が一瞬のエネルギーで全滅します。このエネルギーへの完全な変換は、反物質を非常に強力にするものです。原子爆弾を動かす核反応でさえ、わずか2分の1であり、その質量の約3パーセントだけがエネルギーに変換されます。
以前の反物質駆動宇宙船の設計では、反陽子を使用していました。反陽子は、消滅すると高エネルギーのガンマ線を生成します。新しい設計では陽電子を使用し、ガンマ線を約400分の1のエネルギーで生成します。
NIACの研究は、アイデアが実現可能かどうかを確認するための予備調査です。有望であると思われ、技術を成功裏に開発するための資金が利用可能な場合、陽電子駆動の宇宙船は、火星への人類のミッションに関する既存の計画（火星参照ミッション）に比べていくつかの利点があります。
「最も重要な利点は安全性の向上です」とニューメキシコ州サンタフェにあるPositronics Research、LLCのジェラルド・スミス博士は述べました。現在のリファレンスミッションは、火星に宇宙船を推進するために原子炉を要求しています。核推進は火星までの移動時間を短縮し、宇宙線への曝露を減らすことで乗組員の安全性を高めるため、これは望ましいことです。また、化学的に動力を与えられた宇宙船は、はるかに重く、打ち上げに多くの費用がかかります。原子炉はまた、3年間のミッションに十分な電力を供給します。しかし、原子炉は複雑であるため、ミッション中に問題が発生する可能性があります。 「しかし、陽電子炉は同じ利点を提供しますが、比較的単純です」と、NIAC研究の主任研究者であるスミスは述べました。
また、原子炉は燃料を使い切った後も放射性を持っています。船が火星に到着した後、リファレンスミッションの計画では、原子炉を少なくとも100万年間地球に遭遇しない軌道に誘導し、残留放射線を安全なレベルに減らします。しかし、チームによると、燃料が使い果たされた後の陽電子炉には放射能が残っていないため、使用済み陽電子炉が誤って地球の大気圏に再突入しても、安全上の懸念はありません。
起動する方が安全です。原子炉を搭載したロケットが爆発すると、放射性粒子が大気中に放出される可能性があります。 「私たちの陽電子宇宙船は、爆発すると一瞬のガンマ線を放出しますが、ガンマ線は瞬時に消えてしまいます。風に漂う放射性粒子はないでしょう。フラッシュも比較的小さな領域に限定されます。危険ゾーンは、宇宙船の周囲約1キロ（約0.5マイル）になります。爆発によって生じる大きな火の玉のために、通常の大型の化学動力ロケットにはほぼ同じサイズの危険ゾーンがあります」とスミス氏は述べています。
もう1つの大きな利点は速度です。参照ミッションの宇宙船は、約180日で宇宙飛行士を火星に連れて行きます。ポジトロニクスリサーチのエンジニアであるカービィマイヤー氏は、「ガスコアやアブレーションエンジンのコンセプトなどの高度な設計により、半分の時間で宇宙飛行士を火星に運ぶことができます。
高度なエンジンは、ホットで実行することでこれを行い、効率または「特定のインパルス」（Isp）を向上させます。 Ispはロケット工学の「ガロンあたりのマイル数」です。Ispが高いほど、燃料供給を使い切る前に速く移動できます。 NASAのスペースシャトルのメインエンジンのような最高の化学ロケットは、約450秒で最大出力になります。つまり、1ポンドの燃料で1ポンドの推力が450秒間発生します。原子炉または陽電子炉は、900秒以上かかることがあります。ゆっくりと蒸発して推力を生み出すアブレイティブエンジンは、5,000秒もの高さになる可能性があります。
陽電子宇宙船を実現するための1つの技術的課題は、陽電子を製造するためのコストです。通常の物質に対するその壮大な影響のために、周りに座っている反物質は多くありません。宇宙では、宇宙線と呼ばれる高速粒子の衝突で作成されます。地球上では、原子を一緒に粉砕する巨大な機械である粒子加速器で作成する必要があります。機械は通常、宇宙が深層で基本的なレベルでどのように機能するかを発見するために使用されますが、反物質工場として利用することもできます。
「人間の火星ミッションに必要な10ミリグラムの陽電子を生成するための大まかな見積もりは、現在開発中の技術を使用して約2億5000万ドルです」とSmith氏は述べています。このコストは高そうに見えるかもしれませんが、より重い化学ロケットを発射するための追加コスト（現在の発射コストはポンドあたり約10,000ドルです）または原子炉に燃料を供給して安全にするためのコストと比較して検討する必要があります。 「核技術の経験に基づくと、陽電子の生産コストがより多くの研究で下がると予想することは合理的であるように思われます」とスミスは付け加えました。
もう1つの課題は、小さなスペースに十分な陽電子を保管することです。彼らは通常の物質を全滅させるので、瓶に詰め込むだけではいけません。代わりに、それらは電界と磁界に閉じ込められる必要があります。 「専用の研究開発プログラムがあれば、これらの課題を克服できると確信しています」とスミス氏は述べています。
もしそうなら、おそらく火星に到達した最初の人間は、空想科学小説の夢の宇宙全体に宇宙船を発射したのと同じ情報源を搭載した宇宙船に到着するでしょう。
元のソース：NASAニュースリリース
