Гравитационный трактор - Gravity tractor

Смотрите также: Предотвращение столкновения с астероидом

А гравитационный трактор теоретический космический корабль который может отклонить другой объект в пространстве, обычно потенциально опасный астероид которые могли бы ударить Землю без физического контакта с ней, используя только ее гравитационное поле передать необходимые импульс.[1][2] Гравитационная сила близлежащего космического корабля, хотя и небольшая, способна изменить путь гораздо более крупного астероида, если аппарат проводит достаточно времени рядом с ним; все, что требуется, - это чтобы транспортное средство двигалось в постоянном направлении относительно траектории астероида и чтобы ни транспортное средство, ни его реакционная масса не входили в прямой контакт с астероидом. Корабль-тягач мог либо зависать рядом с отклоняемым объектом, либо вращаться вокруг него, направляя его выхлоп перпендикулярно плоскости орбиты. Эта концепция имеет два ключевых преимущества: а именно: по существу ничего не нужно знать заранее о механическом составе и структуре астероида; и что относительно небольшое количество используемой силы позволяет чрезвычайно точно управлять и определять орбиту астероида вокруг солнце. В то время как другие методы отклонения потребуют определения точного центра масс астероида и могут потребоваться значительные усилия, чтобы остановить его вращение или вращение, при использовании метода трактора эти соображения не имеют значения.

Преимущества

Возникает ряд соображений относительно средств предотвращения разрушительного столкновения с астероидным объектом, если он будет обнаружен на траектории, которая, как было установлено, приведет к столкновению с Землей в какой-то момент в будущем. Одна из основных проблем - как передать импульс требуется (возможно, довольно большой) для астероида неизвестной массы, состава и механической прочности, не разбивая его на фрагменты, некоторые из которых сами могут быть опасны для Земли, если их оставить на орбите столкновения. Гравитационный трактор решает эту проблему осторожно ускорение объекта в целом в течение длительного периода времени с использованием собственной массы космического корабля и связанного с ним гравитационного поля для создания необходимой отклоняющей силы. универсальность гравитации, влияя на всю массу одинаково, астероид будет ускоряться почти равномерно в целом, лишь приливные силы (который должен быть очень маленьким), вызывая какие-либо нагрузки на его внутреннюю структуру.

Еще одним преимуществом является то, что транспондер на космическом корабле, непрерывно отслеживая положение и скорость системы трактор / астероид, может дать возможность точно определить траекторию астероида после отклонения, обеспечивая его окончательный вывод на безопасную орбиту.[3]

Ограничения

К ограничениям концепции трактора относится конфигурация выхлопа. При наиболее эффективной конструкции парения (то есть, направляя выхлоп непосредственно на целевой объект для достижения максимальной силы на единицу топлива), выброшенная реакционная масса попадает в цель лоб в лоб, передавая силу в направлении, противоположном гравитационному притяжению. трактора.[4] Следовательно, было бы необходимо использовать схему орбитального трактора, описанную ниже, или же спроектировать парящий трактор так, чтобы его выхлоп был направлен под небольшим углом в сторону от объекта, но при этом был направлен достаточно «вниз», чтобы поддерживать устойчивое парение.[5] Это требует большей тяги и соответственно повышенного расхода топлива на каждый метр в секунду изменение скорости цели.

Вопросы влияния ионный двигатель давление на пыль астероидов, предполагая, что альтернативные средства контроля станция содержания может потребоваться учесть положение гравитационного трактора. В этом отношении, солнечные паруса были предложены.[6]

Согласно с Расти Швейкарт, метод гравитационного трактора также вызывает споры, потому что в процессе изменения траектории астероида точка на Земле, в которую он, скорее всего, может попасть, будет медленно перемещаться в разных странах. Это означает, что угроза для всей планеты будет минимизирована за счет безопасности отдельных государств. По мнению Швейкарта, выбор пути «перетаскивания» астероида был бы трудным дипломатическим решением.[7]

пример

Чтобы понять масштабы этих проблем, предположим, что НЕО размером около 100 м и массой в один миллион метрических тонн угрожали столкнуться с Землей. Предположим также, что

  • коррекции скорости в 1 сантиметр в секунду было бы достаточно для вывода его на безопасную и стабильную орбиту, минуя Землю.
  • что поправку необходимо применить в течение 10 лет.

При этих параметрах требуемый импульс будет: V × M = 0,01 м / с × 109 кг = 107 Н-с, так что средняя тяговая сила на астероиде за 10 лет (что составляет 3,156 × 108 секунд), должно быть около 0,032 ньютоны Ионно-электрический космический аппарат с удельным импульсом 10000 Н · с на кг, что соответствует скорости ионного пучка 10 километров в секунду (примерно в 20 раз больше, чем у лучших химических ракет), потребует 1000 кг реакционной массы (ксенон в настоящее время предпочтение отдается) для обеспечения импульса. Кинетическая мощность ионного пучка в этом случае будет приблизительно 158 Вт; входная электрическая мощность для преобразователя энергии и ионного привода, конечно, будет значительно выше. космический корабль должен иметь достаточную массу и оставаться достаточно близко к астероиду, чтобы составляющая средней гравитационной силы на астероид в желаемом направлении была бы равна или превышают требуемые 0,032 ньютона. Предполагая, что космический аппарат парит над астероидом на расстоянии 200 м от его центра масс, для этого потребуется, чтобы он имел массу около 20 метрических тонн, потому что из-за сила гравитации у нас есть

Рассматривая возможные положения или орбиты зависания трактора вокруг астероида, обратите внимание, что если два объекта гравитационно связаны на взаимной орбите, то, если один из них получает произвольный импульс, который меньше необходимого для освобождения его с орбиты вокруг другого, из-за гравитационные силы между ними, импульс изменит импульс обоих, вместе рассматриваемых как составная система, то есть, пока трактор остается на связанной орбите, любая движущая сила, приложенная к нему, будет эффективно передана астероиду. Это позволяет использовать широкий спектр орбит или стратегий зависания для трактора. Одна очевидная возможность - для космического корабля выйти на околоземную орбиту с нормальный на орбиту в направлении желаемой силы, тогда ионный пучок будет направлен в противоположном направлении, также перпендикулярном плоскости орбиты. Это привело бы к некоторому смещению плоскости орбиты от центра астероида, «буксирующему» его, в то время как орбитальная скорость, перпендикулярная тяге, остается постоянной. Орбитальный период будет составлять несколько часов, практически не зависит от размера, но слабо зависит от плотности тела цели.

В Миссия по перенаправлению астероидов Транспортное средство могло испытать технику планетарной защиты гравитационного трактора на астероиде опасных размеров. Метод гравитационного трактора использует массу космического корабля, чтобы передать на астероид гравитационную силу, медленно изменяя траекторию астероида.

Рекомендации

  1. ^ Эдвард Т. Лу и Стэнли Г. Лав (10 ноября 2005 г.), Гравитационный тягач для буксировки астероидов, Природа 438:177–178, Дои:10.1038 / 438177a. Также см Astro-ph / 0509595 в arXiv.
  2. ^ Йоманс, Д.К. и другие. (2005) Использование гравитационного трактора для смягчения столкновений астероидов с Землей
  3. ^ Снижение угрозы: гравитационный трактор (2006) Швейкарт, Рассел; Чепмен, Кларк; Дурда, Дан; Хат, Пит, Представлено на семинаре НАСА по объектам, сближающимся с Землей, Вейл, Колорадо, июнь 2006 г. [arXiv: Physics / 0608157.pdf], доступно по адресу [1]
  4. ^ "New Scientist: Письмо редактору, статья о гравитационном тракторе, с ответом автора". 2007-08-04. Получено 2010-03-30.
  5. ^ Лаборатория реактивного движения; Д.К. Йоманс; С. Бхаскаран; С.Б. Broschart; S.R. Чесли; П.В. Чодас; М.А. Джонс; T.H. Sweetser (22 сентября 2008 г.). «АНАЛИЗ ПРИЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ (НЕО) ТРАНСПОНДЕРНОГО СЛЕЖЕНИЯ И РАБОТЫ ГРАВИТАЦИОННОГО ТРАКТОРА» (Microsoft Word (.doc)). B612 Фонд. стр. 17–22. Получено 8 апреля, 2010.
  6. ^ Астероид и телескоп, Пол Гилстер, Centauri Dreams News, 03 мая 2012 г., дата обращения 14 мая 2012 г.
  7. ^ Мадригал, Алексис (16 декабря 2009 г.). «Спасение Земли от астероида потребует дипломатов, а не героев». ПРОВОДНОЙ. Получено 17 декабря 2009.

внешняя ссылка