Гравитационный трактор
Гравитационный трактор — это теоретический космический корабль , который будет отклонять другой объект в космосе, обычно потенциально опасный астероид , который может столкнуться с Землей, без физического контакта с ней, используя только ее гравитационное поле для передачи необходимого импульса . [ 1 ] [ 2 ] Гравитационная сила ближайшего космического корабля, хотя и небольшая, способна изменить траекторию гораздо большего астероида, если аппарат проведет достаточно времени рядом с ним; все, что требуется, - это чтобы транспортное средство двигалось в одном направлении относительно траектории астероида и чтобы ни транспортное средство, ни его выброшенная реактивная масса не вступали в прямой контакт с астероидом. Космический корабль-тягач мог либо зависать вблизи отклоняемого объекта, либо вращаться вокруг него, направляя свой выхлоп перпендикулярно плоскости орбиты.
Эта концепция имеет два ключевых преимущества: а именно, что заранее практически ничего не нужно знать о механическом составе и структуре астероида; и что относительно небольшое количество используемой силы позволяет чрезвычайно точно манипулировать и определять орбиту астероида вокруг Солнца . В то время как другие методы отклонения потребуют определения точного центра массы астероида и могут потребоваться значительные усилия, чтобы остановить его вращение или вращение, при использовании метода трактора эти соображения не имеют значения.
Преимущества
[ редактировать ]Возникает ряд соображений относительно способов избежать разрушительного столкновения с астероидным объектом, если он будет обнаружен на траектории, которая, как было определено, приведет к столкновению с Землей в какой-то момент в будущем. Одна из главных проблем заключается в том, как передать необходимый импульс (возможно, довольно большой) астероиду неизвестной массы, состава и механической прочности, не разбивая его на фрагменты, некоторые из которых сами по себе могут быть опасны для Земли, если их оставить в орбита столкновения. Гравитационный трактор решает эту проблему, мягко ускоряя объект в целом в течение длительного периода времени, используя собственную массу космического корабля и связанное с ним гравитационное поле для создания необходимой отклоняющей силы. Из-за универсальности гравитации , одинаково воздействующей на все массы, астероид в целом будет ускоряться почти равномерно, и только приливные силы (которые должны быть чрезвычайно малы) будут вызывать какие-либо напряжения в его внутренней структуре.
Еще одним преимуществом является то, что транспондер на космическом корабле, постоянно отслеживая положение и скорость системы тягач/астероид, может позволить точно узнать траекторию астероида после отклонения, гарантируя его окончательный вывод на безопасную орбиту. [ 3 ]
Ограничения
[ редактировать ]К ограничениям концепции трактора относится конфигурация выхлопа. При наиболее эффективной конструкции зависания (т. е. направлении выхлопа непосредственно на целевой объект для достижения максимальной силы на единицу топлива) выброшенная реактивная масса ударяется о цель в лоб, передавая силу, направленную точно в противоположном направлении гравитационного притяжения. трактора. [ 4 ] Поэтому было бы необходимо использовать схему орбитального трактора, описанную ниже, или же спроектировать парящий трактор так, чтобы его выхлоп был направлен под небольшим углом от объекта, но при этом был направлен достаточно «вниз», чтобы поддерживать устойчивое зависание. [ 5 ] Это требует большей тяги и соответственно увеличенного расхода топлива на каждый метр в секунду изменения скорости цели.
вопросы о влиянии тяги ионного движения Были подняты удерживающего станцию на пыль астероидов, что позволяет предположить, что , возможно, необходимо рассмотреть альтернативные средства контроля положения гравитационного трактора, . В связи с этим солнечные паруса . были предложены [ 6 ]
По мнению Расти Швейкарта , метод гравитационного трактора является спорным еще и потому, что в процессе изменения траектории астероида точка на Земле, куда он, скорее всего, мог бы удариться, будет медленно перемещаться по разным странам. Это означает, что угроза для всей планеты будет минимизирована за счет безопасности отдельных государств. По мнению Швейкарта, выбор способа «таски» астероида будет трудным дипломатическим решением. [ 7 ]
Пример
[ редактировать ]Если ОСЗ размером около 100 м и массой один миллион метрических тонн грозит столкновением с Землей, а поправки на скорость в 1 сантиметр в секунду будет достаточно, чтобы вывести его на безопасную и стабильную орбиту, минуя Землю, то поправка необходимо применить в течение 10 лет.
При этих параметрах требуемый импульс составит: V × M = 0,01 м/с × 10. 9 кг = 10 7 Ns, так что средняя сила тяги на астероиде за 10 лет (что составляет 3,156×10 8 секунд), должно составлять около 0,032 ньютона . Ионно-электрический космический корабль с удельным импульсом 10 000 Нс на кг, что соответствует скорости ионного пучка 10 километров в секунду (примерно в 20 раз больше, чем у лучших химических ракет), потребовал бы 1000 кг реакционной массы ( ксенон в настоящее время предпочтение), чтобы дать импульс. Кинетическая мощность ионного пучка тогда составит примерно 158 Вт; входная электрическая мощность для преобразователя энергии и ионного двигателя, конечно, будет существенно выше. Космический корабль должен будет иметь достаточную массу и оставаться достаточно близко к астероиду, чтобы составляющая средней гравитационной силы на астероиде в желаемом направлении равнялась или превышала необходимые 0,032 ньютона. Если предположить, что космический корабль зависает над астероидом на расстоянии 200 м от его центра масс, это будет требуют, чтобы его масса составляла около 20 метрических тонн, потому что из-за силы гравитации мы иметь
Рассматривая возможные положения или орбиты зависания трактора вокруг астероида, заметим, что если два объекта гравитационно связаны на взаимной орбите, то если один из них получит произвольный импульс, меньший, чем тот, который необходим для освобождения его с орбиты вокруг другого, из-за гравитационные силы между ними, импульс изменят импульс обоих, вместе рассматриваемых как составная система. То есть, пока трактор остается на связанной орбите, любая приложенная к нему движущая сила будет эффективно передаваться на астероид, вокруг которого он вращается. Это обеспечивает широкий выбор орбит или стратегий зависания трактора. Одной из очевидных возможностей является то, что космический корабль будет вращаться вокруг ОСЗ перпендикулярно орбите в направлении желаемой силы. Тогда ионный луч будет направлен в противоположном направлении, также перпендикулярно плоскости орбиты. Это приведет к тому, что плоскость орбиты будет несколько смещена от центра астероида, «буксируя» его, в то время как орбитальная скорость, нормальная к тяге, останется постоянной. Орбитальный период составит несколько часов, практически не зависящий от размера, но слабо зависящий от плотности тела-мишени.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Эдвард Т. Лу и Стэнли Г. Лав (10 ноября 2005 г.), Гравитационный трактор для буксировки астероидов , Nature 438 : 177–178, дои : 10.1038/438177a . Также см. astro-ph/0509595 в arXiv .
- ^ Йоманс, Д.К. и др. (2005) Использование гравитационного трактора для смягчения столкновений астероидов с Землей
- ^ Смягчение угроз: Гравитационный трактор (2006) Швейкарт, Рассел; Чепмен, Кларк; Дурда, Дэн; Хат, Пит, представлено на семинар НАСА по объектам, сближающимся с Землей, Вейл, Колорадо, июнь 2006 г. [arXiv: Physics/0608157.pdf], доступно по адресу [1]
- ^ «New Scientist: Письмо редактору по поводу статьи о гравитационном тракторе с ответом автора» . 4 августа 2007 г. Проверено 30 марта 2010 г.
- ^ Лаборатория реактивного движения ; Д.К. Йоманс; С. Бхаскаран; С.Б. Брошарт; С.Р. Чесли; П.В. Чодас; М. А. Джонс; ТД Свитсер (22 сентября 2008 г.). «АНАЛИЗ СЛЕЖЕНИЯ ЗА ЗЕМНЫМИ ОБЪЕКТАМИ (НОО) И ХАРАКТЕРИСТИК ГРАВИТАЦИОННОГО ТРАКТОРА» . Фонд B612 . стр. 17–22. Архивировано из оригинала (Microsoft Word (.doc)) 24 октября 2008 года . Проверено 8 апреля 2010 г.
- ^ Астероид и телескоп , Пол Гилстер, Centauri Dreams News, 3 мая 2012 г., по состоянию на 14 мая 2012 г.
- ^ Мадригал, Алексис (16 декабря 2009 г.). «Для спасения Земли от астероида потребуются дипломаты, а не герои» . ПРОВОДНОЙ . Проверено 17 декабря 2009 г.