Tractor gravitațional

Tractor gravitațional ( ing.  tractor gravitațional ) - un tip teoretic de navă spațială capabilă să devieze un alt obiect de la traiectoria inițială fără contact direct cu acesta, numai prin influența gravitațională pentru a transfera impulsul necesar; de obicei, un obiect înseamnă un asteroid potențial periculos care se poate ciocni cu Pământul. [1] [2] [3] Forța gravitațională a unei nave spațiale apropiate, deși mică, poate schimba orbita unui asteroid mult mai mare dacă nava spațială se află în vecinătatea asteroidului pentru o perioadă lungă de timp; în acest caz, este necesar ca influența tractorului să fie transmisă în direcția corectă în raport cu traiectoria asteroidului și ca nici tractorul, nici substanța ejectată de acesta să nu aibă contact direct cu asteroidul. Tractorul poate fie atârna lângă obiectul deviat, fie se poate întoarce în jurul acestuia, direcționând emisiile perpendicular pe planul orbitei. Conceptul de tractor gravitațional are două avantaje cheie: nu trebuie să știi prea multe despre compoziția și structura asteroidului, forța relativ mică de impact îți permite să efectuezi manevre precise și să determine orbita asteroidului în jurul Soarelui. În comparație, multe alte metode necesită cunoașterea poziției exacte a centrului de masă al asteroidului, iar încercarea de a opri rotația unui asteroid ar necesita mult efort.

Beneficii

Există o serie de studii privind modalitățile de a devia asteroizii de la traiectoria unei abordări periculoase a Pământului care poate duce la o coliziune. Una dintre principalele dificultăți este de a găsi o modalitate de a transfera impulsul necesar (probabil destul de mare) unui asteroid cu o masă, compoziție și proprietăți mecanice puțin cunoscute, în timp ce asteroidul nu ar trebui împărțit în fragmente, dintre care unele ar putea reprezenta un pericol separat pentru Pământ dacă este menținut pe traiectorie ciocniri. Un tractor gravitațional ar putea rezolva această problemă prin crearea unei accelerații suplimentare pentru asteroid în ansamblu pe o perioadă lungă de timp, folosind propria masă a navei spațiale și câmpul gravitațional însoțitor pentru a crea o forță de deviere. Datorită universalității gravitației, asteroidul va accelera aproape uniform în ansamblu și numai forțele de maree (care vor fi extrem de mici) vor crea tensiuni în interiorul asteroidului.

Un alt avantaj este că transponderul montat pe tractor , în timp ce urmărește constant poziția și viteza sistemului asteroid/tractor, poate determina orbita asteroidului cu mare precizie în timpul abaterii, ceea ce va ajuta la transferul asteroidului pe o orbită cu adevărat sigură. [patru]

Restricții

Limitările posibilei utilizări a tractorului sunt că menținerea configurației necesare în sistemul asteroizi/tractor este problematică. În cazul locației cele mai avantajoase („atârnând”) deasupra obiectului, atunci când se direcționează emisiile direct către obiect cu o forță maximă pe unitatea de masă de combustibil, substanța ejectată va crea o forță în direcția opusă față de forța de atracție. a tractorului. [5] Prin urmare, este necesar să se folosească schema unui tractor care se mișcă în raport cu obiectul deviat sau să se creeze un tractor care plutește deasupra obiectului, capabil să arunce produse de ardere a combustibilului la un anumit unghi față de direcția obiectului, dar rămânând într-o poziţie stabilă. [6] O astfel de schemă necesită un consum mai mare de combustibil.

A fost pusă problema influenței motorului ionic asupra componentei de praf a asteroizilor, ceea ce a sugerat luarea în considerare a unor modalități alternative de a menține poziția tractorului față de asteroid. Au fost propuse și pânze solare . [7]

Exemplu

Pentru a reprezenta scara parametrilor problemei, să presupunem că un asteroid apropiat de Pământ cu o dimensiune de aproximativ 100 m și o masă de aproximativ un milion de tone se poate ciocni cu Pământul. Să presupunem și asta

Folosind acești parametri, estimăm impulsul: V  ×  M = 0,01 [m/s]×10 9 [kg] = 10 7 [N s], adică valoarea medie a forței cu care tractorul trebuie să acționeze asupra asteroid timp de 10 ani (3,156×10 8 secunde) ar trebui să fie egal cu aproximativ 0,032 newtoni . O navă spațială cu propulsie electrică ionică cu un impuls de 10.000 N/kg, care corespunde unei viteze a fasciculului ionic de 10 km/s, ar necesita 1.000 kg de masă de reacție (acum favorizată de xenon ) pentru a atinge acel impuls. Puterea cinetică a fasciculului ionic va fi de aproximativ 158 de wați, dar puterea electrică necesară pentru a asigura funcționarea motorului va fi mult mai mare. Nava spațială va trebui să aibă o masă suficient de mare și să fie situată la o distanță mică de asteroid pentru ca valoarea componentei forței de atracție medie în direcția necesară să fie egală sau mai mare de 0,032 newtoni. Dacă tractorul este situat la o distanță de 200 de metri de centrul de masă al asteroidului, atunci masa tractorului ar trebui să fie egală cu 20 de tone, deoarece conform legii gravitației universale

Sunt luate în considerare diferite variante posibile ale orbitei tractorului în jurul asteroidului. Rețineți că, dacă două obiecte sunt legate gravitațional, atunci când unul dintre obiecte primește un impuls mai mic decât este necesar pentru ca obiectul să părăsească starea legată, impulsurile ambelor corpuri se vor schimba. Prin urmare, atâta timp cât tractorul rămâne pe orbită în jurul asteroidului, orice forță aplicată tractorului va afecta și asteroidul. Una dintre orbitele posibile este o orbită în jurul unui asteroid care se apropie de Pământ, normală cu orbita asteroidului. Fasciculul ionic va fi îndreptat în direcția opusă, tot perpendicular pe planul orbitei asteroidului. Ca urmare, planul orbitei asteroidului se va deplasa ușor în raport cu centrul său, în timp ce viteza orbitală perpendiculară pe deplasare va rămâne constantă. Perioada de rotație a tractorului va fi de câteva ore.

Note

  1. ^ Edward T. Lu și Stanley G. Love (10 noiembrie 2005), Tractor gravitațional pentru remorcare asteroizi Arhivat la 26 martie 2017 la Wayback Machine , Nature 438 :177-178, doi : 10.1038/ 438177a . A se vedea, de asemenea, astro-ph/0509595 Arhivat 3 iunie 2016 la Wayback Machine în arXiv .
  2. ↑ Yeomans, DK și colab. (2005) Utilizarea unui tractor gravitațional pentru a ajuta la atenuarea coliziunilor de asteroizi cu Pământul Arhivat la 9 iunie 2019 la Wayback Machine
  3. ↑ Nikolaeva E. A., Starinova O. L. Utilizarea unei nave spațiale grele pentru a devia pericolul de asteroizi Copie de arhivă din 5 februarie 2018 la Wayback Machine // Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences . 2017. V. 19. Nr 4. S. 91-95.
  4. ^ Threat Mitigation: The Gravity Tractor (2006) Schweickart, Russell; Chapman, Clark; Durda, Dan; Hut, Piet, Submitted to NASA Workshop on Near-Earth Objects, Vail, Colorado, iunie 2006 [arXiv: physics/0608157.pdf], disponibil la [1] Arhivat la 31 ianuarie 2017 la Wayback Machine
  5. ↑ New Scientist: Letter to editor re: Gravity Tractor article, with autor response (4 august 2007). Data accesului: 30 martie 2010. Arhivat din original la 3 ianuarie 2009.
  6. ↑ Jet Propulsion Laboratory ; D.K. Yeomans; S. Bhaskaran; SB Brochart; S.R. Chesley; PW Chodas; MA Jones; T.H. Sweetser. ANALIZA OBIECTULUI APROPIAT PĂMÂNTULUI (NEO) A URMĂRII TRANSPONDERULUI ȘI A PERFORMANȚEI TRACTORULUI GRAVITATIV (Microsoft Word (.doc))  (link indisponibil) 17–22. Fundația B612 (22 septembrie 2008). Consultat la 8 aprilie 2010. Arhivat din original pe 26 februarie 2010.
  7. ↑ The Asteroid and the Telescope Arhivat 18 ianuarie 2017 la Wayback Machine , Paul Gilster , Centauri Dreams News, 2012-05-03, accesat 2012-05-14.

Link -uri