Лазерная абляция астероидов
Лазерная абляция астероидов — это предлагаемый метод отклонения астероидов , включающий использование лазерной установки для изменения орбиты астероида . Лазерная абляция работает путем нагревания вещества настолько, чтобы обеспечить выброс газообразного материала либо посредством сублимации (твердого тела в газ), либо испарения (жидкости в газ). Для большинства астероидов этот процесс происходит в диапазоне температур 2700–3000 К (2430–2730 ° C; 4 400–4 940 ° F). Выбрасываемый материал создает тягу , которая в течение длительного периода времени может изменить траекторию астероида. [1] В качестве доказательства концепции в небольшом масштабе Трэвис Браширс, исследователь из Лаборатории экспериментальной космологии Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, возглавляемой доктором Филипом Лубином, уже экспериментально подтвердил, что лазерная абляция может раскрутить и раскрутить астероид. [2]
Необходимость отклонения астероида
[ редактировать ]Современные люди, или Homo Sapiens , существуют уже около 200 000 лет. Для сравнения: динозавры выжили на Земле более 100 миллионов лет, прежде чем астероид Чикскулуб уничтожил их. Астероиды по-прежнему потенциально могут представлять серьезную угрозу для каждого крупного города на Земле и даже для всего нашего вида. [3] [ ненадежный источник? ]
Челябинский метеорит
[ редактировать ]В феврале 2013 года Челябинский Метеор взорвался на высоте 30 километров над западом России. Метеор, весивший около 6,8 килотонн (15 × 10 6 фунт), по оценкам, двигался со скоростью 18 км/с (40 000 миль в час) и вошел в атмосферу Земли под углом 20 градусов. [4] Взрыв был в 20–30 раз сильнее, чем бомба, сброшенная на Хиросиму; В результате ударной волны разбились окна на земле и было ранено около 1500 человек. Из-за относительно небольшого угла метеора он взорвался высоко в атмосфере Земли. Однако если бы метеор достиг поверхности Земли или взорвался ниже в атмосфере, результаты могли бы быть катастрофическими.
Обнаружение
[ редактировать ]Несмотря на усилия НАСА по обнаружению объектов, сближающихся с Землей (ОСЗ), Челябинский метеор остался незамеченным. В последние годы НАСА в партнерстве с Европейским космическим агентством активизировало свои усилия по отслеживанию всех ОСЗ, которые потенциально могут пересечь орбиту Земли. [5] На своем веб-сайте НАСА разместило общедоступный список всех известных ОСЗ, которые представляют потенциальный риск столкновения. [6] Однако список остается неполным, и вопрос, что делать в случае неминуемого удара, остается без ответа.
Политика отклонения
[ редактировать ] | этой статьи Фактическая точность оспаривается . ( Май 2016 г. ) |
Лазерная абляция является многообещающим методом, поскольку позволяет перенаправить астероид, не разбивая его на более мелкие части, каждая из которых может представлять свою угрозу для Земли. Ядерный ударник — еще один предложенный метод отклонения астероидов, но он менее перспективен, чем лазерная абляция, как по политическим, так и по техническим причинам:
- Взрыв астероида может привести к образованию множества меньших фрагментов астероида, каждый из которых может быть столь же разрушительным, как и более крупный астероид. [ сомнительно – обсудить ]
- Взрыв атомной бомбы высоко в атмосфере Земли может привести к непредвиденным последствиям. [ сомнительно – обсудить ]
- Договор о космосе — это договор времен холодной войны, подписанный в 1967 году, который запрещает оружие. [ соответствующий? ] массового поражения от размещения в космосе. Это эффективно [ нужна ссылка ] блокирует любую исследовательскую группу от экспериментальной проверки метода ядерного ударника. [ сомнительно – обсудить ]
Лазерная абляция уже проходит экспериментальные испытания в лабораториях как метод отклонения астероидов, и есть планы начать испытания на Международной космической станции (МКС) и на низкой околоземной орбите .
Предотвращение столкновения с астероидом
[ редактировать ]Лазерная абляция короткого действия используется для проверки и исследования эффективности мощного теплового рентгеновского импульса, который будет излучаться при взрыве ядерного взрывного устройства, расположенного на астероиде. Исследования с этой целью были проведены в 2015 году путем воздействия на обычные фрагменты метеорита настроенными лазерными импульсами, предоставленными Национальной лабораторией Сандия . [7]
В эксплуатации
[ редактировать ]- Лазерная решетка фокусируется на целевом астероиде.
- Лазер нагревает поверхность астероида до чрезвычайно высоких температур: 3000 К (2730 °C; 4940 °F). [1]
- Материал на поверхности астероида удаляется и выбрасывается за пределы астероида.
- Третий закон Ньютона гласит, что любому действию есть равное противодействие. Когда материал превращается в газ, он отталкивается от астероида и, согласно третьему закону Ньютона, также отталкивает астероид обратно с равной силой, называемой толчком .
- Второй закон Ньютона гласит, что сила равна произведению массы на ускорение или F=ma. Хотя тяга астероида ничтожна по сравнению с массой астероида, согласно второму закону Ньютона все равно будет небольшое ускорение.
- Со временем небольшое ускорение астероида существенно меняет его траекторию . Как только астероид больше не сможет столкнуться с Землей, лазер можно будет отключить.
- Отклонение астероида с помощью лазерной абляции, вероятно, займет от 1 до 10 лет, в зависимости от ряда факторов . [8]
Предлагаемые системы
[ редактировать ]Существует два типа предлагаемых систем лазерной абляции астероидов: автономная система и автономная система. Основное отличие заключается в размере и положении используемой лазерной матрицы. [1] [8]
Дистанционная система
[ редактировать ]Противостоящая система представляет собой большую лазерную решетку, которая будет вращаться вокруг Земли или, возможно, Луны. Его размер будет варьироваться от примерно размера МКС до примерно в 10 раз больше. Система сможет отклонять даже самые крупные астероиды, диаметр которых может достигать сотен километров. [9] а также в идеале иметь возможность нацеливаться на несколько астероидов одновременно, если это необходимо. Хотя эта система будет наиболее эффективной против широкого спектра угроз, ее размер и, как следствие, стоимость делают ее нереалистичным вариантом в ближайшем будущем. Внедрение системы такого типа, вероятно, потребует сотрудничества и сотрудничества множества правительств и агентств. [8]
Лазерная сила
[ редактировать ]Более мощный лазер может создать большую тягу к астероиду. Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре экспериментально смоделировали время, необходимое для перенаправления астероида среднего размера, используя лазеры различной мощности. Самым сильным из протестированных лазеров гипотетически может потребоваться менее года, чтобы перенаправить астероид на безопасное расстояние от Земли, тогда как самым слабым лазерам может потребоваться до 10 лет. [8]
- Преимущество слабого лазера заключается в том, что для его питания требуется меньше энергии и, как следствие, он стоит дешевле, чем более мощный лазер.
- Преимущество мощного лазера заключается в том, что он не зависит от нашей способности предсказывать последствия на годы вперед. Астероиды сложно отследить, а их последствия еще труднее предсказать; сильный лазер обеспечивает большую защиту.
Выбор оптимальной мощности лазера — это вопрос баланса стоимости, энергопотребления и желаемого уровня защиты.
Источник питания
[ редактировать ]Обычно такие системы требуют значительного количества энергии. Для космических систем это может потребовать либо какой-либо ядерной энергии, либо энергии от космического спутника солнечной энергии. Многие сторонники космической солнечной энергии полагают, что одним из преимуществ такой инфраструктуры является способность отклонять астероиды и кометы и изменять их траекторию для эксплуатации посредством добычи полезных ископаемых на астероидах , а также для лазерного паруса на основе межзвездного движения .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Любин, Филип (апрель 2015 г.). Эффективная планетарная защита с использованием направленной энергии (PDF) . 4-я конференция IAA по планетарной обороне.
- ^ Группа экспериментальной космологии UCSB (31 июля 2015 г.), Дискообразный астероид, раскручивающий и раскручивающий , получено 29 января 2016 г.
- ^ «Как (и почему) SpaceX колонизирует Марс — подождите, но почему» . waitbutwhy.com . 16 августа 2015 года . Проверено 7 февраля 2016 г.
- ^ Каплан, Карен (27 марта 2013 г.). «Русский метеор, «камень смерти из космоса», звезды на «Новой» » . Лос-Анджелес Таймс . ISSN 0458-3035 . Проверено 1 февраля 2016 г.
- ^ «Офис НАСА по координации обнаружения астероидов и уменьшению опасности» . НАСА/Лаборатория реактивного движения . 7 января 2016 г. Проверено 1 февраля 2016 г.
- ^ «Текущие риски воздействия» . neo.jpl.nasa.gov . Архивировано из оригинала 31 декабря 2014 года . Проверено 1 февраля 2016 г.
- ^ Надис, Стив (21 января 2015 г.). «Как остановить астероид-убийцу» . Откройте для себя журнал .
- ^ Jump up to: а б с д Любин, Филип (август 2013 г.). «Планетарная защита направленной энергии» (PDF) . SPIE Optics + Photonics, Сан-Диего . Проверено 6 февраля 2016 г.
- ^ «Астероиды – факты и информация об астероидах» . Space.com . Проверено 7 февраля 2016 г.