Антиречовинні двигуни показують потенціал для міжзоряних польотів

12 серпня 2026 р. 13:05

12 серпня 2026 р. 13:05

Антиречовина давно стала звичною деталлю наукової фантастики, але за версією багатьох дослідників вона справді може стати основою майбутніх міжзоряних місій. Стаття на Universe Today описує, як антиречовинні двигуни теоретично здатні забезпечити небачену швидкість та паливну ефективність, але водночас стикаються з колосальними технічними та економічними бар’єрами.

У цьому матеріалі йдеться про одну з найекзотичніших ідей для міжзоряних подорожей — використання annihиляції «речовина–антиречовина» як джерела тяги. На відміну від ядерного поділу чи синтезу, тут уся маса пари частинка–античастинка перетворюється на енергію згідно з формулою Ейнштейна E = mc².

Що таке антиречовина і як її відкрили

Для кожної елементарної частинки існує античастинка з такою ж масою, але протилежним електричним зарядом і магнітним моментом. Для атома водню, що складається з протона й електрона, «дзеркальним» аналогом є антиводень, утворений антипротоном і позитроном (позитивно зарядженим електроном).

Перші передбачення про «негативні» частинки з’явилися наприкінці XIX століття, а математичне обґрунтування дало становлення квантової фізики. У 1928 році британський фізик Пол Дірак (Paul A.M. Dirac) застосував спеціальну теорію відносності до рівняння Шредінгера для електронів і показав, що повинні існувати антиелектрони. У 1930 році Роберт Оппенгеймер (Robert Oppenheimer) інтерпретував ці рівняння як доказ існування позитронів.

У 1932 році Карл Андерсон (Carl D. Anderson) вперше спостеріг позитрони в космічних променях за допомогою камери Вільсона і згодом отримав за це Нобелівську премію. До 1955 року Еміліо Сегре (Emilio Segrè) та Овен Чемберлен (Owen Chamberlain) підтвердили існування антипротонів на прискорювачі Bevatron. Від 1990-х років дослідники CERN навчились створювати й утримувати атоми антиводню протягом тисяч секунд, але в надзвичайно малих кількостях.

Три основні підходи до антиречовинної тяги

Розроблені з середини XX століття концепції антиречовинних двигунів умовно ділять на три великі групи: «променеві» (beam-core), теплові й антиречовинно-каталізовані мікроподіл-термоядерні системи.

1. Променеві (beam-core) та фотонні ракети. Тут annihиляція речовини та антиречовини породжує заряджені піони або високоенергетичні фотони (гамма-кванти), які спрямовуються магнітним соплом для створення тяги й досягнення релятивістських швидкостей.

У 1953 році німецький фізик Еуген Зенгер (Eugene Sänger) запропонував «фотонну ракету», де гамма-промені від annihиляції електронів і позитронів мали відбиватися «дзеркалом» із електронного газу. Така конструкція виявилась нереальною: газ мав би мати щільність, подібну до білих карликів, щоб відбивати настільки енергійне випромінювання.

У 1985 році фізик і письменник Роберт Форуард (Robert L. Forward) розробив концепцію двигуна на annihиляції протонів і антипротонів. У цьому випадку утворюються заряджені піони, які можна відхиляти магнітним полем. Комп’ютерні моделювання 1980-х показали, що такі системи теоретично здатні розганяти корабель до 0,33–0,58 швидкості світла .

У 2001 році Даррел Сміт (Darrel Smith) і Джонатан Веббі (Jonathan Webby) з Університету аеронавтики Ембрі-Ріддл описали фотонну ракету масою близько 400 тонн, з яких 170 тонн становила б антиречовина. За розрахунками, апарат міг би досягти 0,5 c і долетіти до Проксими Центавра трохи більше ніж за вісім років.

У 2003 році Роберт Фрісбі (Robert Frisbee) з Лабораторії реактивного руху NASA запропонував новий варіант антиречовинного двигуна із замороженим воднем та магнітно левітованими кульками антиводню при майже абсолютному нулі. Така система, за його оцінками, теж могла б розганятися до 0,5 c, але потребувала б близько 815 000 тонн антиречовини — практично немислимий запас палива.

2. Теплові антиречовинні ракети. Вони використовують annihиляцію для надзвичайного нагріву звичайного робочого тіла, наприклад водню, що створює високу тягу для швидких перельотів у межах Сонячної системи.

Фрідварт Вінтерберг (Friedwardt Winterberg) у роботі 2011 року описав схему, де в суміші водню та антиводню («амбіплазмі») створюється сильний електрон-позитронний струм. Його «стискання» магнітним полем приводить до колапсу плазми до надвисокої густини і миттєвої annihиляції, що дає вузький пучок гамма-випромінювання. Він, у свою чергу, взаємодіє з магнітними полями камери і створює тягу.

За оцінками різних авторів, такі системи могли б отримати питомий імпульс від 1020 до 7140 секунд і швидкість вильоту газу 10–70 км/с . Це занадто повільно для польотів до зірок, зате цього вистачило б, щоб дістатися Марса приблизно за дев’ять днів.

3. Антиречовинно-каталізований мікроподіл/термоядерний синтез (ACMF). У цих концепціях крихітні кількості антиречовини запускають мікровибухи поділу й синтезу в паливних капсулах.

У палети, що містять дейтерій та уран-235, впорскують антипротони. У зоні контакту відбувається annihіляція, що сильно нагріває й стискає паливо, запускаючи каскад мікроподіл-термоядерних реакцій. Заряджені частинки, які при цьому утворюються, спрямовують магнітним соплом і перетворюють на тягу.

Цей підхід ретельно досліджували в Університеті штату Пенсильванія для швидких міжпланетних місій. Згідно зі звітом NASA Institute for Advanced Concepts 2006 року, фізик Стівен Гау (Steven D. Howe) запропонував варіант «антиречовинного вітрила», що працює за таким принципом. Його розрахунки показали, що можна досягти питомого імпульсу близько 1470 секунд , швидкості вильоту близько 14 400 м/с і скоротити переліт до Марса до приблизно 45 днів.

Чому антиречовина така приваблива

Головна перевага антиречовинних двигунів — неймовірна енергоємність. Annihиляція речовини та антиречовини дає близько 10¹⁰ мегаджоулів на кілограм , що приблизно у 10 мільярдів разів перевищує можливості хімічних ракет, у тисячу разів — систем на поділі й утричі сотні — на синтезі.

«Кілограм за кілограм» антиречовинний корабель міг би бути найшвидшим і найпаливоефективнішим із усіх, що коли-небудь пропонували. Для місій, де звичайним ракетам потрібні тонни палива заради невеликого корисного вантажу, антиречовини вистачило б у кількостях, що вимірюються мілі- чи навіть нанограмами.

Виробництво антиречовини: енергетична й фінансова прірва

Однак для міжзоряних польотів потрібні вже не нанограми, а тонни антиречовини, і тут усе ламається. Згідно з оцінками Роберта Фрісбі, двоступеневій ракеті для подорожі до Проксими Центавра за ~40 років знадобилося б понад 815 000 тонн антиречовини .

Офіційні розрахунки показують, що для створення 1 грама антиречовини потрібно щонайменше 9 × 10¹³ джоулів , або 25 мільйонів кіловат-годин. Через низьку ефективність сучасних прискорювачів реальні витрати енергії будуть на порядок вищі — близько 2,5 × 10¹⁶ кВт·год .

Якщо порівняти це з енергією, яку виділяє 1 грам антиречовини (приблизно 1,8 × 10¹⁴ джоулів ), виявиться, що виробництво поглинає значно більше енергії, ніж потім можна отримати. За дуже стриманими оцінками, створення 1 грама антиречовини коштувало б близько 62,5 трильйона доларів , тобто понад половину сучасного світового ВВП.

На додачу, всі великі прискорювачі світу разом узяті, включно з CERN, за десятиліття отримали менше ніж 20 нанограмів антиречовини. Це на багато порядків менше від потрібних міжзоряним кораблям кількостей.

Чи можна «збирати» антиречовину в космосі

Щоб обійти обмеження наземних прискорювачів, у 2005 році Джеральд Джексон (Gerald P. Jackson) та Елейн Маршалл (Elaine T. Marshall) з компанії Hbar Technologies запропонували ідею «збору» антиречовини в космосі. Вони розглядали природні пастки антиречовині у магнітних полях планет і можливість її добування там.

У 2011 році Річард Обусі (Richard Obousy) з Icarus Interstellar запропонував ще один підхід — систему VARIES (Vacuum to Antimatter-Rocket Interstellar Explorer System). У цій концепції корабель мав би великі сонячні масиви, що живлять потужні лазери. Ті, у свою чергу, створювали б пари частинка–античастинка прямо у вакуумі навколо корабля.

Подібно до ідей міжзоряного «рамджета», VARIES розв’язує проблему перевезення величезного запасу палива, але створення настільки потужної і складної установки за сучасних технологій виглядає нереальним. До того ж неясно, чи вдасться отримувати достатню кількість антиречовини, а annihиляції створюватимуть інтенсивне радіаційне поле навколо корабля.

Ознайомитися з відео, присвяченим цій темі, можна за посиланням: .

Головна проблема: як зберігати антиречовину

Навіть якби антиречовину можна було дешевше виробляти або «збирати», її ще потрібно безпечно зберігати. Традиційна ідея утримувати її у вигляді плазми в магнітних пастках виявляється надто енергоємною і малоефективною за щільністю.

Роберт Фрісбі у своїй концепції частково оминув це, запропонувавши використовувати кульки замороженого антиводню, що левітують у магнітних полях при температурах, близьких до абсолютного нуля. Проте для цього знадобився б корабель фантастичних розмірів: двоступенева конструкція довжиною у тисячі кілометрів і лише кілька метрів завширшки — практично «космічний олівець» розміром із планету.

Інші ідеї з замороженими «пелетами» антиводню вимагають попереднього охолодження антипротонів, їх зв’язування з позитронами та захоплення в пастки. Наразі в лабораторіях це вдається зробити лише для поодиноких атомів, і побудова систем, здатних утримувати великі запаси антиречовини, виглядає неймовірно дорогою й складною.

Майбутнє антиречовинних двигунів

Огляд показує, що антиречовинна тяга має величезний потенціал для майбутніх місій до найближчих зірок. Однак ключове слово тут — «майбутніх». За нинішнього рівня технологій немає практичного способу реалізувати такі двигуни: технічні завдання грандіозні, а вартість — астрономічна.

Можливо, у далекій перспективі поєднання нових енергетичних технологій, радикально ефективніших прискорювачів і матеріалознавства зробить антиречовинні системи реальнішими. Поки ж дослідники звертаються до більш приземлених, але здійсненних у найближчі десятиліття ідей — наприклад, до рушіїв на ядерному синтезі, направленій енергії чи сонячних і магнітопарусів, які будуть розглянуті в наступних частинах серії Universe Today.

Наука