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.