Gravitační traktor

Gravitační tahač ( angl.  gravity tahač ) - teoretický typ kosmické lodi schopné vychýlit jiný objekt z jeho původní dráhy bez přímého kontaktu s ním, pouze působením gravitace přenést potřebnou hybnost; objekt obvykle znamená potenciálně nebezpečný asteroid , který se může srazit se Zemí. [1] [2] [3] Gravitační síla blízké kosmické lodi, i když je malá, může změnit dráhu mnohem většího asteroidu, pokud je sonda v blízkosti asteroidu delší dobu; v tomto případě je nutné, aby se vliv tahače přenášel ve správném směru vzhledem k dráze asteroidu a aby tahač ani jím vymrštěná látka neměly přímý kontakt s asteroidem. Traktor může buď viset v blízkosti vychýleného předmětu, nebo se kolem něj otáčet a směrovat emise kolmo k rovině oběžné dráhy. Koncepce gravitačního tahače má dvě klíčové výhody: o složení a struktuře asteroidu nemusíte moc vědět, relativně malá síla dopadu umožňuje provádět přesné manévry a určovat dráhu asteroidu kolem Slunce. Ve srovnání s tím mnoho jiných metod vyžaduje znát přesnou polohu středu hmoty asteroidu a pokus o zastavení rotace asteroidu by vyžadoval hodně úsilí.

Výhody

Existuje řada studií o způsobech, jak odklonit asteroidy z trajektorií nebezpečného přiblížení k Zemi, které může vést ke srážce. Jedním z hlavních problémů je najít způsob, jak přenést potřebnou hybnost (pravděpodobně poměrně velkou) na asteroid s nedostatečně známou hmotností, složením a mechanickými vlastnostmi, přičemž asteroid by neměl být rozdělen na fragmenty, z nichž některé by mohly představovat samostatné nebezpečí pro Zemi, pokud se udrží na srážkách na trajektorii. Gravitační traktor by mohl tento problém vyřešit vytvořením dodatečného zrychlení pro asteroid jako celek po dlouhou dobu, s využitím vlastní hmoty kosmické lodi a doprovodného gravitačního pole k vytvoření vychylovací síly. Díky univerzálnosti gravitace se bude asteroid jako celek zrychlovat téměř rovnoměrně a pouze slapové síly (které budou extrémně malé) budou vytvářet napětí uvnitř asteroidu.

Další výhodou je, že transpondér namontovaný na traktoru , zatímco neustále sleduje polohu a rychlost systému asteroid/traktor, dokáže s vysokou přesností určit dráhu asteroidu při odchylce, což pomůže přenést asteroid na skutečně bezpečnou dráhu. [čtyři]

Omezení

Omezení možného použití tahače spočívá v tom, že udržení požadované konfigurace v systému asteroid/traktor je problematické. V případě nejvýhodnějšího umístění („zavěšení“) nad objektem, při nasměrování emisí přímo na objekt maximální silou na jednotku hmotnosti paliva, vystřelená látka vytvoří sílu v opačném směru vzhledem k přitažlivé síle. traktoru. [5] Proto je nutné použít schéma traktoru pohybujícího se vzhledem k vychýlenému předmětu, nebo vytvořit traktor vznášející se nad objektem, schopný vymršťovat zplodiny hoření paliva pod určitým úhlem vzhledem ke směru předmětu, nebo vytvořit traktor vznášející se nad objektem. ale zůstává ve stabilní poloze. [6] Takový systém vyžaduje vyšší spotřebu paliva.

Byla vznesena otázka vlivu iontového motoru na prachovou složku asteroidů, která navrhla zvážení alternativních způsobů, jak udržet polohu tahače vůči asteroidu. Sluneční plachty byly také navrhovány . [7]

Příklad

Abychom znázornili měřítko problémových parametrů, předpokládejme, že blízkozemní asteroid o velikosti asi 100 ma hmotnosti asi milion tun se může srazit se Zemí. Předpokládejme to také

Pomocí těchto parametrů odhadneme hybnost: V  ×  M = 0,01 [m/s] × 10 9 [kg] = 10 7 [N s], tedy průměrnou hodnotu síly, kterou musí traktor působit na asteroid na 10 let (3,156×10 8 sekund) by se měl rovnat přibližně 0,032 newtonu . Kosmická loď s iontovým elektrickým pohonem s hybností 10 000 N/kg, která odpovídá rychlosti iontového paprsku 10 km/s, by k dosažení této hybnosti potřebovala 1 000 kg reakční hmoty (nyní preferuje xenon ). Kinetický výkon iontového paprsku bude asi 158 wattů, ale požadovaný elektrický výkon pro zajištění chodu motoru bude mnohem vyšší. Kosmická loď bude muset mít dostatečně vysokou hmotnost a být umístěna v malé vzdálenosti od asteroidu, aby hodnota složky průměrné přitažlivé síly v požadovaném směru byla rovna nebo větší než 0,032 newtonu. Pokud je traktor umístěn ve vzdálenosti 200 metrů od středu hmoty asteroidu, pak by se hmotnost traktoru měla rovnat 20 tunám, protože podle zákona univerzální gravitace

Zvažují se různé možné varianty oběhu traktoru kolem asteroidu. Všimněte si, že pokud jsou dva objekty gravitačně vázány, pak když jeden z objektů dostane impuls, který je menší, než je nutné, aby objekt opustil vázaný stav, impulsy obou těles se změní. Pokud tedy traktor zůstane na oběžné dráze kolem asteroidu, jakákoli síla působící na traktor ovlivní i asteroid. Jednou z možných drah je oběžná dráha kolem asteroidu přibližujícího se k Zemi, normální k dráze asteroidu. Iontový paprsek bude nasměrován opačným směrem, rovněž kolmo k rovině oběžné dráhy asteroidu. V důsledku toho se rovina oběžné dráhy planetky mírně posune vůči jejímu středu, zatímco orbitální rychlost kolmá k posunu zůstane konstantní. Doba otáčení traktoru bude několik hodin.

Poznámky

  1. ↑ Edward T. Lu a Stanley G. Love (10. listopadu 2005), Gravitační tahač pro tažení asteroidů Archivováno 26. března 2017 na Wayback Machine , Nature 438 :177-178, doi : 10.1038/ 438177a . Viz také astro-ph/0509595 Archivováno 3. června 2016 na Wayback Machine v arXivu .
  2. ↑ Yeomans, DK a kol. (2005) Použití gravitačního traktoru k pomoci zmírnit srážky asteroidů se Zemí Archivováno 9. června 2019 na Wayback Machine
  3. ↑ Nikolaeva E. A., Starinova O. L. Použití těžké kosmické lodi k odvrácení nebezpečí asteroidu Archivní kopie z 5. února 2018 na Wayback Machine // Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences . 2017. V. 19. č. 4. S. 91-95.
  4. ↑ Threat Mitigation: The Gravity Tractor (2006) Schweickart, Russell; Chapman, Clark; Durda, Dan; Hut, Piet, předloženo NASA Workshop on Near-Earth Objects, Vail, Colorado, červen 2006 [arXiv: fyzika/0608157.pdf], dostupné na [1] Archivováno 31. ledna 2017 na Wayback Machine
  5. ↑ Nový vědec: Dopis editorovi o článku o gravitačním traktoru s odpovědí autora (4. srpna 2007). Datum přístupu: 30. března 2010. Archivováno z originálu 3. ledna 2009.
  6. ↑ Laboratoř proudového pohonu ; D. K. Yeomans; S. Bhaskaran; SB Broschart; S.R. Chesley; PW Chodas; MA Jones; T.H. Sweetser. ANALÝZA NEAR-EARTH OBJECT (NEO) SLEDOVÁNÍ TRANSPONDERŮ A VÝKONU GRAVITNÍHO TRAKTORU (Microsoft Word (.doc))  (odkaz není k dispozici) 17–22. Nadace B612 (22. září 2008). Získáno 8. dubna 2010. Archivováno z originálu 26. února 2010.
  7. ↑ The Asteroid and the Telescope Archived 18. ledna 2017 na Wayback Machine , Paul Gilster , Centauri Dreams News, 2012-05-03, přístup 2012-05-14.

Odkazy