Wie Antimaterie-Triebwerke Menschen in nur wenigen Jahren zu anderen Sternen fliegen könnten

• Antimaterie-Triebwerke könnten die Eintrittskarte der Menschheit für interstellare Reisen sein.
• Wenn Antimaterieteilchen mit normaler Materie in Kontakt kommen, entsteht eine Menge Energie.
• Diese Energie könnte uns, wenn wir lernen, sie zu nutzen, in nur wenigen Wochen zu Pluto bringen.

Interstellare Reisen sind nur etwas, was die Menschheit in der Science-Fiction erreicht hat – wie die USS Enterprise von Star Trek, die Antimaterie-Triebwerke nutzte, um durch Sternensysteme zu reisen.

Aber Antimaterie ist nicht nur ein Science-Fiction-Thema. Antimaterie existiert wirklich.

Elon Musk hat Antimateriekraft „das Ticket für interstellare Reisen,” und Physiker wie Ryan Weed erforschen, wie man es nutzen kann.

Antimaterie besteht fast genau wie normale Materie aus Teilchen, jedoch mit entgegengesetzter elektrischer Ladung. Das heißt, wenn Antimaterie mit normaler Materie in Kontakt kommt, vernichten sie beide und können enorme Energiemengen erzeugen.

„Die Vernichtung von Antimaterie und Materie wandelt Masse direkt in Energie um“, sagte Weed, Mitbegründer und CEO von Positron Dynamics, einem Unternehmen, das an der Entwicklung eines Antimaterie-Antriebssystems arbeitet, gegenüber Business Insider.

Schon ein Gramm Antimaterie könnte eine Explosion auslösen, die einer Atombombe entspricht. Es ist diese Art von Energie, sagen manche, die uns mit Rekordgeschwindigkeit dorthin bringen könnte, wo noch nie zuvor jemand gewesen ist.

Raumfahrt in Rekordgeschwindigkeit

Der Vorteil all dieser Energie besteht darin, dass sie zum Beschleunigen oder Abbremsen von Raumfahrzeugen mit halsbrecherischer Geschwindigkeit genutzt werden kann.

Machen wir zum Beispiel einen Ausflug zu unserem nächsten Sternensystem, Proxima, etwa 4,2 Lichtjahre entfernt.

Ein Antimaterie-Antrieb könnte theoretisch ein Raumschiff mit 1 g (9,8 Meter pro Quadratsekunde) beschleunigen und uns in nur fünf Jahren nach Proxima bringen, sagte Weed im Jahr 2016. Das ist 8.000-mal schneller, als die Voyager 1 – eines der schnellsten Raumschiffe der Geschichte – für eine Flugreise benötigen würde Hälfte die Entfernung, gem NASA.

Sogar innerhalb unseres eigenen Sonnensystems könnte eine Raumsonde mit Antimaterieantrieb Pluto in 3,5 Wochen erreichen, verglichen mit den 9,5 Jahren, die die NASA-Sonde New Horizons brauchte, um anzukommen, sagte Weed.

Warum wir keine Antimaterie-Motoren haben

Der Grund dafür, dass wir trotz ihrer enormen Fähigkeiten keine Antimaterie-Triebwerke haben, liegt in den Kosten und nicht in der Technologie.

Gerald Jackson, ein Beschleunigerphysiker, der am Fermilab an Antimaterie-Projekten arbeitete, erzählte Forbes im Jahr 2016 dass wir mit ausreichender Finanzierung innerhalb eines Jahrzehnts einen Prototyp eines Antimaterie-Raumfahrzeugs haben könnten.

Die grundlegende Technologie ist vorhanden. Mit den leistungsstärksten Teilchenbeschleunigern der Welt ausgerüstete Physiker haben Antiprotonen und Antiwasserstoffatome hergestellt.

Das Problem ist, dass die Herstellung dieser Art von Antimaterie unglaublich teuer ist. Es gilt als das teuerste Substanz auf der Erde. Jackson gab uns eine Vorstellung davon, wie viel der Bau und die Wartung einer Antimateriemaschine kosten würden.

Jackson ist Gründer, Präsident und CEO von Hbar Technologies, das an einem Konzept für ein Antimaterie-Raumsegel arbeitet, um Raumschiffe abzubremsen, die sich mit 1 % bis 10 % der Lichtgeschwindigkeit fortbewegen – ein nützliches Design für den Eintritt in die Umlaufbahn um einen entfernten Stern. Planet oder Mond, den Sie studieren möchten.

Jackson sagte, er habe einen asymmetrischen Protonenbeschleuniger entworfen, der produzieren könnte 20 Gramm Antimaterie pro Jahr.

„Für ein 10 Kilogramm schweres wissenschaftliches Paket, das sich mit 2 % der Lichtgeschwindigkeit bewegt, werden 35 Gramm Antimaterie benötigt, um das Raumschiff abzubremsen und in die Umlaufbahn um Proxima Centauri zu bringen“, sagte Jackson gegenüber BI.

Er sagte, der Bau eines Solarkraftwerks für den enormen Energiebedarf der Antimaterieproduktion würde 8 Milliarden US-Dollar kosten und der Betrieb 670 Millionen US-Dollar pro Jahr kosten.

Die Idee ist vorerst genau das. „Derzeit gibt es keine ernsthafte Finanzierung für fortschrittliche Weltraumantriebskonzepte“, sagte Jackson.

Es gibt jedoch auch andere Möglichkeiten, Antimaterie herzustellen. Darauf konzentrierte Weed seine Arbeit.

Weeds Konzept beinhaltet Positronen, die Antimaterie-Version eines Elektrons.

Eine andere Art von Antimaterie-Motor

Positronen „sind mehrere tausend Mal leichter als Antiprotonen und haben bei der Vernichtung nicht ganz so viel Durchschlagskraft“, sagte Weed.

Der Vorteil besteht jedoch darin, dass sie natürlich vorkommen und keinen riesigen Beschleuniger und keine Milliarden von Dollar für die Herstellung benötigen.

Das Antimaterie-Antriebssystem von Weed ist für die Verwendung von Krypton-79 ausgelegt – einer Form des Elements Krypton, das auf natürliche Weise Positronen emittiert.

Das Motorsystem würde zunächst hohe Energie sammeln Positronen aus Krypton-79 und sie dann auf eine Schicht regulärer Materie richten, wodurch Vernichtungsenergie erzeugt wird. Diese Energie würde dann eine starke Fusionsreaktion auslösen, um Schub für das Raumschiff zu erzeugen.

Während die Gewinnung von Positronen möglicherweise kostengünstiger ist als die von stärkerer Antimaterie, ist ihre Nutzung schwierig, da sie sehr energiereich sind und verlangsamt oder „gemildert“ werden müssen. Daher sei der Bau eines Prototyps zum Testen im Weltraum aus Kostengründen immer noch unerreichbar, sagte Weed.

Dies ist bei allen Antimaterie-Antriebskonstruktionen der Fall. Im Laufe der Jahrzehnte haben Wissenschaftler Dutzende Konzepte vorgeschlagen, von denen keines verwirklicht wurde.

Beispielsweise schlug der österreichische Physiker Eugen Sänger 1953 eine „Photonenrakete“ vor, die mit Positronenvernichtungsenergie betrieben werden sollte. Und seit den 80er-Jahren ist von thermischen Antimaterie-Triebwerken die Rede, die Antimaterie nutzen würden, um Flüssigkeiten, Gase oder Plasma zu erhitzen und so für Schub zu sorgen.

„Es ist kein Science-Fiction-Film, aber wir werden ihn nicht fliegen sehen, bis es einen signifikanten ‚Mission-Pull‘ gibt“, sagte Weed über sein Triebwerkskonzept.

Kann es funktionieren?

Um Weeds Konzept im Maßstab eines Raumschiffs zu entwickeln, „steckt der Teufel in den technischen Details“, sagte Paul M. Sutter, Astrophysiker und Moderator des Podcasts „Ask a Spaceman“, gegenüber BI.

„Wir sprechen von einem Gerät, das wirklich enorme Energiemengen nutzt und eine hervorragende Balance und Kontrolle erfordert“, sagte Sutter.

Generell ist diese enorme Energie ein weiteres Hindernis, das uns davon abhält, die Raumfahrt zu revolutionieren. Denn während der Tests „geht etwas schief, das sind große Explosionen“, sagte Steve Howe, ein Physiker, der in den 90er Jahren mit der NASA an Antimaterie-Konzepten arbeitete, gegenüber BI.

„Wir brauchen also die Möglichkeit, Systeme mit hoher Energiedichte irgendwo zu testen, die die Biosphäre nicht gefährden, uns aber dennoch ihre Entwicklung ermöglichen“, sagte Howe, der glaubt, dass der Mond eine gute Testbasis wäre. „Und wenn etwas schief geht, schmilzt man ein Stück des Mondes“ und nicht der Erde, fügte er hinzu.

Antimaterie regt bei jedem, der an ihr arbeitet, die Fantasie an. „Aber wir brauchen verrückte, aber plausible Ideen, um weiter in den Weltraum vorzudringen, also lohnt es sich, einen Blick darauf zu werfen“, sagte Sutter.

Weed teilt diese Meinung und sagt: „Bis es einen zwingenden Grund gibt, wirklich schnell zum Kuipergürtel, zur Sonnengravitationslinse oder Alpha Centauri zu gelangen – oder vielleicht versuchen wir, große Asteroiden zum Abbau zurückzugeben – werden die Fortschritte weiterhin langsam sein.“ dieser Bereich.”

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