Gravity traktor

Gravitationstraktor ( eng.  gravitationstraktor ) - en teoretisk typ av rymdfarkost som kan avleda ett annat föremål från sin ursprungliga bana utan direkt kontakt med det, endast genom gravitationspåverkan för att överföra det nödvändiga momentet; vanligtvis betyder ett föremål en potentiellt farlig asteroid som kan kollidera med jorden. [1] [2] [3] Gravitationskraften hos ett rymdskepp med nära avstånd, även om det är liten, kan ändra omloppsbanan för en mycket större asteroid om rymdfarkosten är i närheten av asteroiden under en lång tid; i detta fall är det nödvändigt att traktorns påverkan överförs i rätt riktning i förhållande till asteroidens bana och att varken traktorn eller ämnet som kastas ut av den har direkt kontakt med asteroiden. Traktorn kan antingen hänga nära det avböjda föremålet, eller vända runt det och rikta utsläppen vinkelrätt mot banans plan. Konceptet med en gravitationstraktor har två viktiga fördelar: du behöver inte veta mycket om asteroidens sammansättning och struktur, den relativt lilla stötkraften gör att du kan utföra exakta manövrar och bestämma asteroidens bana runt solen. Som jämförelse kräver många andra metoder att man känner till den exakta positionen för asteroidens massacentrum, och att försöka stoppa en asteroids rotation skulle kräva mycket ansträngning.

Fördelar

Det finns ett antal studier om sätt att avleda asteroider från banorna för en farlig inflygning till jorden som kan leda till en kollision. En av de största svårigheterna är att hitta ett sätt att överföra det nödvändiga momentumet (förmodligen ganska stort) till en asteroid med en dåligt känd massa, sammansättning och mekaniska egenskaper, medan asteroiden inte bör delas upp i fragment, av vilka några skulle kunna utgöra en separat fara för jorden om de hålls på banan kollisioner. En gravitationstraktor skulle kunna lösa detta problem genom att skapa ytterligare acceleration för asteroiden som helhet under en lång tidsperiod, genom att använda rymdfarkostens egen massa och det medföljande gravitationsfältet för att skapa en avböjande kraft. På grund av gravitationens universalitet kommer asteroiden att accelerera nästan jämnt som helhet, och endast tidvattenkrafter (som kommer att vara extremt små) kommer att skapa spänningar inuti asteroiden.

En annan fördel är att den traktormonterade transpondern , samtidigt som den ständigt följer positionen och hastigheten för asteroiden/traktorsystemet, kan bestämma asteroidens omloppsbana med hög noggrannhet under avvikelse, vilket kommer att hjälpa till att överföra asteroiden till en verkligt säker bana. [fyra]

Begränsningar

Begränsningarna för den möjliga användningen av traktorn är att det är problematiskt att upprätthålla den erforderliga konfigurationen i asteroid-/traktorsystemet. Vid den mest fördelaktiga platsen ("hängande") ovanför föremålet, när utsläppen riktas direkt mot föremålet med en maximal kraft per massenhet bränsle, kommer det utsprutade ämnet att skapa en kraft i motsatt riktning i förhållande till attraktionskraften av traktorn. [5] Därför är det nödvändigt att använda schemat för en traktor som rör sig i förhållande till det avböjda föremålet, eller att skapa en traktor som svävar ovanför föremålet, som kan kasta bränsleförbränningsprodukter i en viss vinkel i förhållande till föremålets riktning, men förblir i en stabil position. [6] Ett sådant system kräver högre bränsleförbrukning.

Frågan om jonmotorns inflytande på dammkomponenten i asteroider togs upp, vilket föreslog övervägande av alternativa sätt att bibehålla traktorns position i förhållande till asteroiden. Solsegel har också föreslagits . [7]

Exempel

För att representera omfattningen av problemparametrarna, låt oss anta att en jordnära asteroid med en storlek på cirka 100 m och en massa på cirka en miljon ton kan kollidera med jorden. Låt oss också anta det

Med hjälp av dessa parametrar uppskattar vi rörelsemängden: V  ×  M = 0,01 [m/s]×10 9 [kg] = 10 7 [N s], det vill säga medelvärdet av den kraft med vilken traktorn måste verka på asteroid i 10 år (3,156×10 8 sekunder) bör vara ungefär 0,032 newton . En rymdfarkost med elektrisk framdrivning av jon med en rörelsemängd på 10 000 N/kg, vilket motsvarar en jonstrålehastighet på 10 km/s, skulle kräva 1 000 kg reagerande massa (nu gynnas av xenon ) för att uppnå detta momentum. Den kinetiska effekten hos jonstrålen kommer att vara cirka 158 watt, men den elektriska kraften som krävs för att säkerställa att motorn fungerar kommer att vara mycket högre. Rymdfarkosten kommer att behöva ha en tillräckligt hög massa och vara placerad på ett litet avstånd från asteroiden för att värdet på komponenten av den genomsnittliga attraktionskraften i den önskade riktningen ska vara lika med eller större än 0,032 newton. Om traktorn är placerad på ett avstånd av 200 meter från asteroidens masscentrum, bör traktorns massa vara lika med 20 ton, eftersom enligt lagen om universell gravitation

Olika möjliga varianter av traktorns bana runt asteroiden övervägs. Observera att om två objekt är gravitationsbundna, då när ett av objekten får en impuls som är mindre än nödvändigt för att objektet ska lämna det bundna tillståndet, kommer båda kropparnas impulser att förändras. Därför, så länge som traktorn förblir i omloppsbana runt asteroiden, kommer all kraft som appliceras på traktorn också att påverka asteroiden. En av de möjliga banorna är en bana runt en asteroid som närmar sig jorden, vinkelrät mot asteroidens bana. Jonstrålen kommer att riktas i motsatt riktning, också vinkelrätt mot planet för asteroidens omloppsbana. Som ett resultat kommer planet för asteroidens omloppsbana att förskjutas något relativt dess centrum, medan omloppshastigheten vinkelrätt mot förskjutningen kommer att förbli konstant. Traktorns rotationsperiod kommer att vara flera timmar.

Anteckningar

  1. ↑ Edward T. Lu och Stanley G. Love (10 november 2005), gravitationstraktor för bogsering av asteroider Arkiverad 26 mars 2017 på Wayback Machine , Nature 438 :177-178, doi : 10.1038/ 438177a . Se även astro-ph/0509595 Arkiverad 3 juni 2016 på Wayback Machine i arXiv .
  2. ↑ Yeomans, DK et al. (2005) Att använda en gravitationstraktor för att mildra asteroidkollisioner med jorden Arkiverad 9 juni 2019 på Wayback Machine
  3. ↑ Nikolaeva E. A., Starinova O. L. Användning av en tung rymdfarkost för att avleda asteroidfara Arkivkopia daterad 5 februari 2018 på Wayback Machine // Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences . 2017. V. 19. Nr 4. S. 91-95.
  4. ^ Hotlindring : Gravity Tractor (2006) Schweickart, Russell; Chapman, Clark; Durda, Dan; Hut, Piet, inlämnad till NASA Workshop on Near-Earth Objects, Vail, Colorado, juni 2006 [arXiv: physics/0608157.pdf], tillgänglig på [1] Arkiverad 31 januari 2017 på Wayback Machine
  5. ↑ New Scientist: Brev till redaktören angående gravitationstraktorartikel, med författarens svar (4 augusti 2007). Datum för åtkomst: 30 mars 2010. Arkiverad från originalet den 3 januari 2009.
  6. ↑ Strålar framdrivningslaboratorium ; D.K. Yeomans; S. Bhaskaran; SB Broschart; S.R. Chesley; PW Chodas; MA Jones; T.H. Sweetser. NEAR-EARTH OBJECT (NEO) ANALYS AV TRANSPONDERSPÅRNING OCH GRAVITY TRAKTOR PRESTANDA (Microsoft Word (.doc))  (länk ej tillgänglig) 17–22. B612 Foundation (22 september 2008). Hämtad 8 april 2010. Arkiverad från originalet 26 februari 2010.
  7. ↑ Asteroiden och teleskopet arkiverade 18 januari 2017 på Wayback Machine , Paul Gilster , Centauri Dreams News, 2012-05-03, åtkoms 2012-05-14.

Länkar