Gravitációs traktor

Gravitációs traktor ( eng.  gravity traktor ) - az űrhajó elméleti típusa, amely képes egy másik tárgyat az eredeti röppályájáról eltéríteni anélkül, hogy közvetlenül érintkezne vele, csak gravitációs befolyással, hogy átadja a szükséges lendületet; Általában egy objektum egy potenciálisan veszélyes aszteroidát jelent , amely ütközhet a Földdel. [1] [2] [3]Egy szorosan elhelyezkedő űrhajó gravitációs ereje bár kicsi, de megváltoztathatja egy sokkal nagyobb aszteroida pályáját, ha az űreszköz hosszú ideig az aszteroida közelében marad; ebben az esetben szükséges, hogy a traktor befolyása a kisbolygó röppályájához képest megfelelő irányba sugározzon, és sem a traktor, sem az általa kilökött anyag ne érintkezzen közvetlenül az aszteroidával. A traktor vagy lóghat az elhajlított tárgy közelében, vagy megfordulhat, a kibocsátást a pálya síkjára merőlegesen irányítva. A gravitációs traktor koncepciójának két kulcsfontosságú előnye van: nem kell sokat tudni az aszteroida összetételéről és szerkezetéről, a viszonylag kis becsapódási erő lehetővé teszi a precíz manőverek végrehajtását és az aszteroida Nap körüli pályájának meghatározását. Ehhez képest sok más módszer megköveteli az aszteroida tömegközéppontjának pontos helyzetének ismeretét, és egy kisbolygó forgásának megállítása nagy erőfeszítést igényel.

Előnyök

Számos tanulmány foglalkozik azzal, hogyan lehet elterelni az aszteroidákat a Föld veszélyes megközelítésének pályáiról, amely ütközéshez vezethet. Az egyik fő nehézség az, hogy megtaláljuk a módját, hogy a szükséges (valószínűleg elég nagy) lendületet átvigyük egy kevéssé ismert tömegű, összetételű és mechanikai tulajdonságú aszteroidára, miközben az aszteroidát nem szabad töredékekre osztani, amelyek egy része roncsot okozhat. külön veszélyt jelent a Földre, ha a pályán tartják az ütközéseket. Ezt a problémát egy gravitációs traktor úgy oldhatná meg, hogy hosszú időn keresztül további gyorsulást hoz létre az aszteroida egészére, az űrszonda saját tömegét és a vele járó gravitációs mezőt felhasználva eltérítő erő létrehozására. A gravitáció univerzalitása miatt az aszteroida egészében szinte egyenletesen fog gyorsulni, és csak az árapály-erők (amelyek rendkívül kicsik lesznek) keltenek feszültséget az aszteroidán belül.

További előnye, hogy a traktorra szerelt transzponder , miközben folyamatosan követi az aszteroida/traktor rendszer helyzetét és sebességét, nagy pontossággal tudja meghatározni az aszteroida pályáját az eltérés során, ami segít az aszteroida valóban biztonságos pályára állításában. [négy]

Korlátozások

A traktor lehetséges használatának korlátai az, hogy az aszteroida/traktor rendszerben a szükséges konfiguráció fenntartása problémás. A tárgy feletti legelőnyösebb hely ("lógás") esetén, amikor a kibocsátást az egységnyi üzemanyag tömegére eső maximális erővel közvetlenül a tárgyra irányítják, a kilökött anyag a vonóerővel ellentétes irányú erőt hoz létre. a traktorról. [5] Ezért szükséges a kitérített tárgyhoz képest mozgó traktor sémáját használni, vagy az objektum felett lebegő traktort létrehozni, amely képes a tüzelőanyag égéstermékeit a tárgy irányához képest bizonyos szögben kidobni, de stabil helyzetben maradva. [6] Egy ilyen rendszer nagyobb üzemanyag-fogyasztást igényel.

Felmerült az ionmotornak az aszteroidák porkomponensére gyakorolt ​​befolyásának kérdése , amely alternatív módok megfontolását javasolta a traktor aszteroidához viszonyított helyzetének megőrzésére. Napvitorlákat is javasoltak . [7]

Példa

A problémaparaméterek méretarányának ábrázolásához tegyük fel, hogy egy körülbelül 100 m méretű és körülbelül egymillió tonna tömegű Föld-közeli aszteroida ütközhet a Földdel. Tételezzük fel azt is

Ezekkel a paraméterekkel becsüljük meg a lendületet: V  ×  M = 0,01 [m/s]×10 9 [kg] = 10 7 [N s], vagyis annak az erőnek az átlagos értéke, amellyel a traktornak hatnia kell a aszteroida 10 évig (3,156 × 10 8 másodperc) körülbelül 0,032 newtonnak kell lennie . Egy 10 000 N/kg lendületű, 10 km/s-os ionsugár sebességének megfelelő ionos elektromos meghajtású űrhajóhoz 1000 kg (jelenleg a xenon által kedvelt ) reagáló tömegre lenne szükség ahhoz, hogy elérje ezt a lendületet. Az ionsugár kinetikus teljesítménye körülbelül 158 watt lesz, de a motor működéséhez szükséges elektromos teljesítmény sokkal magasabb lesz. Az űreszköznek kellően nagy tömegűnek kell lennie, és kis távolságra kell elhelyezkednie az aszteroidától ahhoz, hogy az átlagos vonzóerő kívánt irányú komponensének értéke 0,032 newton vagy annál nagyobb legyen. Ha a traktor az aszteroida tömegközéppontjától 200 méter távolságra van, akkor a traktor tömegének 20 tonnának kell lennie, mivel az egyetemes gravitáció törvénye szerint

A traktor kisbolygó körüli pályájának különböző lehetséges változatait mérlegelik. Vegye figyelembe, hogy ha két objektum gravitációsan kötött, akkor amikor az egyik objektum kisebb impulzust kap, mint amennyi ahhoz szükséges, hogy az objektum elhagyja a kötött állapotot, mindkét test impulzusa megváltozik. Ezért mindaddig, amíg a traktor az aszteroida körüli pályán marad, a traktorra kifejtett bármilyen erő hatással lesz az aszteroidára is. Az egyik lehetséges keringés a Földhöz közeledő aszteroida körüli pálya, az aszteroida pályájára merőlegesen. Az ionnyaláb az ellenkező irányba, szintén az aszteroida pályájának síkjára merőlegesen fog irányulni. Ennek eredményeként az aszteroida pályájának síkja kissé eltolódik a középpontjához képest, miközben az eltolódásra merőleges keringési sebesség állandó marad. A traktor forgási ideje több óra lesz.

Jegyzetek

  1. ↑ Edward T. Lu és Stanley G. Love (2005. november 10.), Gravitational tractor for to towing asteroids Archiválva : 2017. március 26., a Wayback Machine , Nature 438 :177-178, doi : 10.1038/ 438177a . Lásd még : astro-ph/0509595 Archivált : 2016. június 3. a Wayback Machine -nél az arXiv -ben .
  2. ↑ Yeomans, DK et al. (2005) Gravitációs traktor használata a Földdel való aszteroida-ütközések enyhítésére Archiválva : 2019. június 9. a Wayback Machine -nél
  3. ↑ Nikolaeva E. A., Starinova O. L. Nehéz űrhajó használata aszteroidaveszély eltérítésére Archív másolat , 2018. február 5. a Wayback Machine -nél // Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Sciences Academy . 2017. V. 19. No. 4. S. 91-95.
  4. ↑ Fenyegetés mérséklése: The Gravity Tractor (2006) Schweickart, Russell; Chapman, Clark; Durda, Dan; Hut, Piet, benyújtva a NASA Workshop on Near-Earth Objects, Vail, Colorado, 2006. június [arXiv: physics/0608157.pdf], elérhető itt: [1] Archiválva 2017. január 31-én a Wayback Machine -nél
  5. ↑ New Scientist: Levél a szerkesztőnek: gravitációs traktor cikk, a szerző válaszával (2007. augusztus 4.). Hozzáférés dátuma: 2010. március 30. Az eredetiből archiválva : 2009. január 3.
  6. ↑ Jet Propulsion Laboratory ; D.K. Yeomans; S. Bhaskaran; SB Broschart; S. R. Chesley; PW Chodas; MA Jones; T. H. Sweetser. FÖLDKÖZELI OBJEKTUM (NEO) A TRANSZPONDER KÖVETÉSÉNEK ÉS A GRAVITÁCIÓS TRAKTOR TELJESÍTMÉNYÉNEK ELEMZÉSE (Microsoft Word (.doc))  (hivatkozás nem elérhető) 17–22. B612 Alapítvány (2008. szeptember 22.). Letöltve: 2010. április 8. Az eredetiből archiválva : 2010. február 26..
  7. ↑ Az aszteroida és a teleszkóp archiválva : 2017. január 18. a Wayback Machine -nél, Paul Gilster , Centauri Dreams News, 2012-05-03, elérve: 2012-05-14.

Linkek