Захват астероида

Захват астероида — это выведение астероида на орбиту вокруг более крупного планетарного тела. Когда астероиды, небольшие каменистые тела в космосе, захватываются, они становятся естественными спутниками . ^[1] в частности, либо луна неправильной формы , если она захвачена навсегда, либо временный спутник .

Все астероиды, входящие на орбиту или в атмосферу Земли, до сих пор были природными явлениями; однако американские инженеры работают над методами телероботизированного космического корабля для извлечения астероидов с использованием химического или электрического двигателя. Эти два типа захвата астероидов можно разделить на естественные и искусственные.

Естественный захват астероида — это баллистический захват свободного астероида на орбиту вокруг тела, такого как планета, за счет гравитационных сил.
Искусственный захват астероида предполагает намеренное приложение силы для вывода астероида на определенную орбиту.

искусственных Извлечение астероидов может предоставить ученым и инженерам информацию о составе астероидов, поскольку известно, что астероиды иногда содержат редкие металлы, такие как палладий и платина. Попытки поиска астероидов включают в себя НАСА миссии по перенаправлению астероидов, проводившиеся в 2013 году. Эти попытки были отменены в 2017 году. ^[2]

Естественно захваченные астероиды

Захват астероида происходит, когда астероид «промахивается» по планете при падении к ней, но у него больше нет достаточной скорости, чтобы уйти с орбиты планеты. В этом случае астероид захватывается и выходит на устойчивую орбиту вокруг планеты, не проходящую через атмосферу планеты. Однако астероиды иногда сталкиваются с планетами. По оценкам, небольшие астероиды падают на Землю каждые 1000–10 000 лет. ^[3]

Размер и физические характеристики орбиты зависят от массы планеты. Приближающийся астероид почти всегда входит в сферу влияния планеты по гиперболической траектории относительно планеты. астероида Кинетическая энергия , когда он сталкивается с планетой, слишком велика, чтобы его можно было вывести на ограниченную орбиту под действием гравитации планеты; его кинетическая энергия больше, чем его абсолютная потенциальная энергия по отношению к планете, а это означает, что его скорость выше скорости убегания . Однако траектория астероида может быть нарушена другой массой, которая может уменьшить его кинетическую энергию. Если в результате скорость астероида станет ниже локальной скорости убегания, его траектория изменится с гиперболы на эллипс, и астероид будет захвачен.

Когда траектория меняется со временем, астероиды могут столкнуться. Учитывая, что пояс астероидов между Марсом и Юпитером содержит около 1,9 миллиона астероидов, астрономы подсчитали, что астероиды небольшого размера сталкиваются друг с другом примерно раз в год. ^[4] Удар может изменить траекторию астероида, отправив его в сферу влияния планеты.

Технология захвата астероидов

Электрическая двигательная установка

Традиционные химические ракеты хорошо работают в условиях плотной атмосферы, но электрическая двигательная установка имеет более высокий КПД, чем химическая двигательная установка. Ионный двигатель , например, имеет КПД 90 процентов. ^[5] в то время как эффективность химического двигателя составляет около 35 процентов. ^[6] В космосе нет атмосферного сопротивления . Поскольку доставка топлива к астероиду стоит дорого, для доставки тяжелого астероида требуется чрезвычайно эффективный двигатель, например электрический, или двигатель, который использует собственную массу астероида в качестве реакционной массы. ^[7]

Роботизированное оружие

Согласно миссии НАСА по перенаправлению астероидов, спутник захватит валун и вернется на заданную орбиту. Роботизированные руки используются для различных целей, включая захват валуна. Canadarm 2 — пример усовершенствованной роботизированной руки, используемой в космосе. Canadarm 2 не только помогает стыковать грузовые корабли с Международной космической станцией, но и осуществляет техническое обслуживание станции. ^[8] Развитие роботизированного оружия помогает захватывать искусственные астероиды для точного сбора образцов на поверхности астероида.

Лунный облет

Облет Луны также можно использовать для захвата астероида. ^[9] Орбиты астероидов до и после пролета Луны имеют разные константы Якоби . Когда константа Якоби его орбиты достигнет определенного значения, астероид будет захвачен. Области захвата различных констант Якоби перед пролетом могут быть представлены численно, и эти области захвата можно использовать для определения того, может ли астероид быть захвачен при пролете Луны, что в конечном итоге будет подтверждено с помощью модели эфемерид . ^[9]

Мотивы захвата

Планетарная защита

Миссии по захвату астероидов потенциально могут обеспечить значительный прогресс во многих областях, касающихся планетарной защиты от объектов, сближающихся с Землей : ^[10]

Привязка : миссии по захвату позволят разработать более надежные возможности привязки, которые помогут космическим кораблям лучше прикрепляться к астероидам, предоставляя тем самым больше возможностей для отклонения околоземных объектов (ОСЗ).
Структурная характеристика : миссии по захвату помогут инженерам улучшить возможности структурной характеристики. Одной из наиболее зрелых технологий отклонения ОСЗ является кинетический удар, но ее эффективность крайне непредсказуема из-за отсутствия знаний о состоянии и структуре ОСЗ. Если мы сможем лучше понять материал и структуру поверхности ОСЗ, мы сможем с помощью кинетического удара перенаправить его с большей уверенностью.
Пылевая среда : ученые получат знания о пылевой среде ОСЗ и лучше поймут силы, которые могут вызвать левитацию и оседание пыли. Эти знания помогут при разработке некоторых подходов к перенаправлению ОСЗ, таких как гравитационный тягач и обычный ракетный двигатель.

Ресурсы астероидов

Добыча астероидов является основной причиной захвата астероида. Относительно бедный ресурсами хондритовый астероид LL содержит 20% железа, а также значительное количество летучих веществ в виде воды, минералов и кислорода. Хотя эти ресурсы можно вернуть на Землю, высокая стоимость транспортировки и обилие ресурсов на Земле означают, что основной целью извлечения астероидов в ближайшем будущем будет их немедленное использование в космосе. ^[11] Ожидается, что добыча полезных ископаемых на астероидах будет дешевле, чем отправка этих ресурсов с Земли. По оценкам НАСА, с использованием обычного химического двигателя доставка одного килограмма массы на высокую лунную орбиту стоит 100 тысяч долларов. Это будет означать, что доставка 500 тонн будет стоить 20 миллиардов долларов. Миссия по захвату астероида, которая доставит такое же количество материала на высокую лунную орбиту, в идеале будет стоить всего 2,6 миллиарда долларов. ^[10]

Дальнейшие исследования

Миссии по захвату искусственных астероидов могут помочь ученым разработать технологии, которые могут быть потенциально полезны для дальнейшего исследования других мест в космосе: ^[12]

Траектория и навигация. Из опыта маневрирования такой большой массы, как астероид, ученые могут получить знания о том, как ориентироваться в гравитационных полях различных небесных тел. Миссии по захвату искусственных астероидов также могут помочь усовершенствовать возможности по доставке большого количества ресурсов, необходимых для дальнейшего исследования космоса.
Методы сбора и хранения проб. Для миссий по захвату искусственных астероидов потребуются образцы астероидов. Это может помочь в разработке методов сбора и хранения проб, которые будут полезны для всех типов миссий по исследованию космоса.
Возможность стыковки. Дальнейшие исследования космоса потребуют гораздо более надежных возможностей стыковки для размещения транспортных средств, жилых помещений и грузовых модулей. Миссии по захвату астероидов помогут инженерам улучшить эти возможности.

База для проживания

Если ученые смогут найти эффективный способ использования таких ресурсов, как вода, кислород и металл, собранных с захваченных астероидов, эти астероиды также могут стать базами для проживания людей. Обильная масса астероида может быть ценна для среды обитания из-за его свойств защиты от радиации. Металлы и другие материалы, добытые на астероиде, могут быть использованы для строительства среды обитания. Если астероид достаточно велик, он может даже обеспечить некоторую гравитацию, которая была бы предпочтительна для обитания человека. ^[11]

Международное сотрудничество

Международная комиссия может контролировать все поиски астероидов и исследования собранных материалов, а также обеспечивать сбалансированное и справедливое распределение полученных материалов. Страны, не имеющие дорогостоящей национальной космической программы, все еще могут проводить исследования. ^[10]

Предложения

НАСА перенаправляет миссию

Целью предложенной НАСА миссии по перенаправлению астероидов было отправить роботизированный космический корабль к большому околоземному астероиду, а затем собрать с его поверхности многотонный валун. ^[13] Астронавты возьмут образцы валуна и вернут их на Землю для дальнейшего научного изучения, а затем перенаправят его на орбиту вокруг Луны, чтобы он не столкнулся с Землей. ^[14] Эта миссия объединяет операции роботизированных и пилотируемых космических кораблей и, в случае успеха, продемонстрирует ключевые возможности, необходимые для путешествия НАСА на Марс. ^[14] Однако Директива № 1 Белого дома о космической политике отменила миссию 11 декабря 2017 года из-за растущих затрат на разработку. ^[14] Технологии, разработанные для этой миссии, такие как солнечные электрические двигатели, обнаружение и определение характеристик небольших околоземных астероидов, а также возможность захвата крупных несотрудничающих объектов в глубоком космосе, будут использоваться в будущих миссиях. ^[14]

Предлагаемые зонды
Захваты для астероидов на концах роботизированных манипуляторов используются для захвата и закрепления 6-метрового валуна на большом астероиде.
Рендеринг транспортного средства для перенаправления астероидов, покидающего астероид после захвата валуна с его поверхности.
«Вариант А» заключался в развертывании контейнера, достаточно большого для захвата свободно летающего астероида диаметром до 8 м (26 футов).

Ссылки

^ «Быстрые факты об астероидах» . НАСА . 24 марта 2015 г. Проверено 30 октября 2020 г.
^ Фауст, Джефф (14 июня 2017 г.). «НАСА закрывает миссию по перенаправлению астероидов» . Космические новости . Проверено 30 октября 2020 г.
^ В. Чой, Чарльз; Харви, Эйлса (22 ноября 2021 г.). «Астероиды: интересные факты и информация об астероидах» . Space.com . Проверено 30 октября 2020 г.
^ «Хаббл наблюдает последствия возможного столкновения с астероидом | Управление научной миссии» . science.nasa.gov . Архивировано из оригинала 09.11.2020 . Проверено 30 октября 2020 г.
^ «Ионная двигательная установка спешит на помощь» . www.esa.int . Проверено 6 ноября 2023 г.
^ «Ионное движение: дальше, быстрее, дешевле» . НАСА . 7 декабря 2004 г. Архивировано из оригинала 11 ноября 2020 г. Проверено 30 октября 2020 г.
^ «ИВ-2» . nss.org . Проверено 27 января 2024 г.
^ Гарсия, Марк (23 октября 2018 г.). «Система дистанционного манипулятора (Canadarm2)» . НАСА . Архивировано из оригинала 8 января 2021 г. Проверено 31 октября 2020 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Гун, Шэнпин; Ли, Цзюньфэн (01 сентября 2015 г.). «Захват астероида с помощью облета Луны» . Достижения в космических исследованиях . 56 (5): 848–858. Бибкод : 2015АдСпР..56..848Г . дои : 10.1016/j.asr.2015.05.020 . ISSN 0273-1177 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Брофи, Джон (2 апреля 2012 г.). Технико-экономическое обоснование поиска астероидов (PDF) . Институт космических исследований Кека.
^ Перейти обратно: ^а ^б Кови, Стивен Д. (май 2011 г.). «Технологии вывода астероидов на околоземную орбиту» . Национальное космическое общество (НСС) . Проверено 30 октября 2020 г.
^ Махони, Эрин (10 марта 2015 г.). «Как миссия НАСА по перенаправлению астероидов поможет людям достичь Марса?» . НАСА . Архивировано из оригинала 04 октября 2019 г. Проверено 30 октября 2020 г.
^ «Роботизированная миссия по перенаправлению астероидов» . Лаборатория реактивного движения . Проверено 30 октября 2020 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Уилсон, Джим (16 апреля 2015 г.). «Что такое миссия НАСА по перенаправлению астероидов?» . НАСА . Проверено 30 октября 2020 г.

[1] «Быстрые факты об астероидах» . НАСА . 24 марта 2015 г. Проверено 30 октября 2020 г.

[2] Фауст, Джефф (14 июня 2017 г.). «НАСА закрывает миссию по перенаправлению астероидов» . Космические новости . Проверено 30 октября 2020 г.

[3] В. Чой, Чарльз; Харви, Эйлса (22 ноября 2021 г.). «Астероиды: интересные факты и информация об астероидах» . Space.com . Проверено 30 октября 2020 г.

[4] «Хаббл наблюдает последствия возможного столкновения с астероидом | Управление научной миссии» . science.nasa.gov . Архивировано из оригинала 09.11.2020 . Проверено 30 октября 2020 г.

[5] «Ионная двигательная установка спешит на помощь» . www.esa.int . Проверено 6 ноября 2023 г.

[6] «Ионное движение: дальше, быстрее, дешевле» . НАСА . 7 декабря 2004 г. Архивировано из оригинала 11 ноября 2020 г. Проверено 30 октября 2020 г.

[7] «ИВ-2» . nss.org . Проверено 27 января 2024 г.

[8] Гарсия, Марк (23 октября 2018 г.). «Система дистанционного манипулятора (Canadarm2)» . НАСА . Архивировано из оригинала 8 января 2021 г. Проверено 31 октября 2020 г.

[:0-9] Перейти обратно: ^а ^б Гун, Шэнпин; Ли, Цзюньфэн (01 сентября 2015 г.). «Захват астероида с помощью облета Луны» . Достижения в космических исследованиях . 56 (5): 848–858. Бибкод : 2015АдСпР..56..848Г . дои : 10.1016/j.asr.2015.05.020 . ISSN 0273-1177 .

[:1-10] Перейти обратно: ^а ^б ^с Брофи, Джон (2 апреля 2012 г.). Технико-экономическое обоснование поиска астероидов (PDF) . Институт космических исследований Кека.

[:2-11] Перейти обратно: ^а ^б Кови, Стивен Д. (май 2011 г.). «Технологии вывода астероидов на околоземную орбиту» . Национальное космическое общество (НСС) . Проверено 30 октября 2020 г.

[12] Махони, Эрин (10 марта 2015 г.). «Как миссия НАСА по перенаправлению астероидов поможет людям достичь Марса?» . НАСА . Архивировано из оригинала 04 октября 2019 г. Проверено 30 октября 2020 г.

[13] «Роботизированная миссия по перенаправлению астероидов» . Лаборатория реактивного движения . Проверено 30 октября 2020 г.

[:3-14] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Уилсон, Джим (16 апреля 2015 г.). «Что такое миссия НАСА по перенаправлению астероидов?» . НАСА . Проверено 30 октября 2020 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]