Gravity Traktori

Gravitaatiotraktori ( eng.  gravity tractor ) - teoreettinen avaruusaluksen tyyppi, joka pystyy kääntämään toisen kohteen alkuperäiseltä liikeradalta ilman suoraa kosketusta siihen, vain painovoiman avulla siirtämään tarvittavaa liikemäärää; yleensä esine tarkoittaa mahdollisesti vaarallista asteroidia , joka voi törmätä Maahan. [1] [2] [3]Lähellä olevan avaruusaluksen gravitaatiovoima, vaikka se on pieni, voi muuttaa paljon suuremman asteroidin kiertorataa, jos avaruusalus pysyy asteroidin lähellä pitkään; tässä tapauksessa on välttämätöntä, että traktorin vaikutus välittyy oikeaan suuntaan suhteessa asteroidin lentorataan ja ettei traktorilla tai sen sinkoamalla aineella ole suoraa kosketusta asteroidiin. Traktori voi joko riippua taipuneen kohteen lähellä tai kääntyä sen ympäri ohjaten päästöt kohtisuoraan kiertoradan tasoon nähden. Gravitaatiotraktorin konseptilla on kaksi keskeistä etua: sinun ei tarvitse tietää paljoakaan asteroidin koostumuksesta ja rakenteesta, suhteellisen pieni iskuvoima mahdollistaa tarkkojen liikkeiden suorittamisen ja asteroidin kiertoradan määrittämisen Auringon ympäri. Vertailun vuoksi monet muut menetelmät edellyttävät asteroidin massakeskuksen tarkan sijainnin tuntemista, ja asteroidin pyörimisen pysäyttäminen vaatisi paljon vaivaa.

Edut

On olemassa useita tutkimuksia tavoista, joilla asteroideja voidaan ohjata pois maapallon vaarallisen lähestymisen radalta, joka voi johtaa törmäykseen. Yksi suurimmista vaikeuksista on löytää tapa siirtää tarvittava liikemäärä (todennäköisesti melko suuri) asteroidiin, jonka massa, koostumus ja mekaaniset ominaisuudet ovat huonosti tunnettuja, kun taas asteroidia ei pitäisi jakaa palasiksi, joista osa voi aiheuttaa erillinen vaara maapallolle, jos se pysyy lentoradalla törmäyksissä. Painovoimatraktori voisi ratkaista tämän ongelman luomalla lisäkiihtyvyyttä asteroidille kokonaisuutena pitkän ajan kuluessa käyttämällä avaruusaluksen omaa massaa ja siihen liittyvää gravitaatiokenttää poikkeutusvoiman luomiseen. Painovoiman universaalisuuden vuoksi asteroidi kiihtyy lähes tasaisesti kokonaisuutena, ja vain vuorovesivoimat (jotka tulevat olemaan erittäin pieniä) aiheuttavat jännityksiä asteroidin sisällä.

Toinen etu on, että traktoriin asennettu transponderi , joka seuraa jatkuvasti asteroidi/traktorijärjestelmän sijaintia ja nopeutta, voi määrittää asteroidin kiertoradan suurella tarkkuudella poikkeaman aikana, mikä auttaa siirtämään asteroidin todella turvalliselle kiertoradalle. [neljä]

Rajoitukset

Traktorin mahdollisen käytön rajoitukset ovat, että vaaditun konfiguraation ylläpitäminen asteroidi/traktorijärjestelmässä on ongelmallista. Edullisimmassa paikassa ("riippuva") kohteen yläpuolella, kun päästöt suunnataan suoraan kohteeseen suurimmalla voimalla polttoaineen massayksikköä kohden, sinkoutuva aine muodostaa vetovoimaan nähden vastakkaisen voiman. traktorista. [5] Siksi on tarpeen käyttää kaaviota, jossa traktori liikkuu suhteessa taipuneeseen kohteeseen tai luoda kohteen yläpuolelle leijuva traktori, joka pystyy heittämään polttoaineen palamistuotteita tietyssä kulmassa kohteen suuntaan nähden, mutta pysyy vakaassa asennossa. [6] Tällainen järjestelmä edellyttää enemmän polttoaineen kulutusta.

Esitettiin kysymys ionimoottorin vaikutuksesta asteroidien pölykomponenttiin, mikä ehdotti vaihtoehtoisten tapojen pohdintaa traktorin aseman säilyttämiseksi suhteessa asteroidiin. Myös aurinkopurjeita on ehdotettu . [7]

Esimerkki

Ongelmaparametrien mittakaavan kuvaamiseksi oletetaan, että Maanläheinen asteroidi, jonka koko on noin 100 m ja massa noin miljoona tonnia, voi törmätä Maahan. Oletetaan myös se

Näiden parametrien avulla arvioimme liikemäärän: V  ×  M = 0,01 [m/s] × 10 9 [kg] = 10 7 [N s], eli sen voiman keskiarvo, jolla traktorin on vaikutettava asteroidin 10 vuoden ajan (3,156 × 10 8 sekuntia) pitäisi olla noin 0,032 newtonia . Ionisähköinen propulsio-avaruusalus, jonka liikemäärä on 10 000 N/kg ja joka vastaa 10 km/s ionisäteen nopeutta, vaatisi 1000 kg reagoivaa massaa (nyt ksenonin suosima ) tämän vauhdin saavuttamiseksi. Ionisäteen kineettinen teho on noin 158 wattia, mutta moottorin toiminnan varmistamiseksi tarvittava sähköteho on paljon suurempi. Avaruusaluksen massa on oltava riittävän suuri ja se on sijaittava pienellä etäisyydellä asteroidista, jotta keskimääräisen vetovoiman komponentin arvo vaaditussa suunnassa on yhtä suuri tai suurempi kuin 0,032 newtonia. Jos traktori sijaitsee 200 metrin etäisyydellä asteroidin massakeskipisteestä, traktorin massan tulisi olla 20 tonnia, koska yleisen painovoiman lain mukaan

Tarkastellaan erilaisia ​​mahdollisia muunnelmia traktorin kiertoradalta asteroidin ympäri. Huomaa, että jos kaksi kappaletta on sidottu painovoimaisesti, niin kun toinen kohteista saa impulssin, joka on pienempi kuin on tarpeen, jotta esine poistuisi sidotusta tilasta, molempien kappaleiden impulssit muuttuvat. Siksi niin kauan kuin traktori pysyy kiertoradalla asteroidin ympärillä, kaikki traktoriin kohdistetut voimat vaikuttavat myös asteroidiin. Yksi mahdollisista kiertoradoista on kiertorata Maata lähestyvän asteroidin ympäri, joka on normaali asteroidin kiertoradalle. Ionisäde suunnataan vastakkaiseen suuntaan, myös kohtisuoraan asteroidin kiertoradan tasoon nähden. Tämän seurauksena asteroidin kiertoradan taso siirtyy hieman sen keskipisteeseen nähden, kun taas kiertoradan nopeus kohtisuorassa siirtymää vastaan ​​pysyy vakiona. Traktorin kiertoaika tulee olemaan useita tunteja.

Muistiinpanot

  1. ↑ Edward T. Lu ja Stanley G. Love (10. marraskuuta 2005), Gravitational Tractor for towing asteroids Arkistoitu 26. maaliskuuta 2017 at the Wayback Machine , Nature 438 :177-178, doi : 10.1038/ 438177a . Katso myös astro-ph/0509595 Arkistoitu 3. kesäkuuta 2016 Wayback Machinessa arXivissa .
  2. ↑ Yeomans, DK et ai. (2005) Gravity-traktorin käyttäminen asteroidien törmäysten lieventämiseen Maan kanssa Arkistoitu 9. kesäkuuta 2019 Wayback Machinessa
  3. ↑ Nikolaeva E. A., Starinova O. L. Raskaan avaruusaluksen käyttö asteroidivaaran ohjaamiseen . Arkistokopio päivätty 5. helmikuuta 2018 Wayback Machinessa // Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Sciences Academy . 2017. V. 19. Nro 4. S. 91-95.
  4. ↑ Uhkien lieventäminen: Gravity Tractor (2006) Schweickart, Russell; Chapman, Clark; Durda, Dan; Hut, Piet, lähetetty NASA Workshop on Near-Earth Objects, Vail, Colorado, kesäkuu 2006 [arXiv: physics/0608157.pdf], saatavilla osoitteessa [1] Arkistoitu 31. tammikuuta 2017 Wayback Machinessa
  5. ↑ New Scientist: Kirje toimittajalle aiheesta: painovoimatraktoriartikkeli, kirjoittajan vastauksella (4. elokuuta 2007). Käyttöpäivä: 30. maaliskuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 3. tammikuuta 2009.
  6. ↑ Jet Propulsion Laboratory ; D.K. Yeomans; S. Bhaskaran; SB Broschart; S.R. Chesley; PW Chodas; MA Jones; T.H. Sweetser. NEAR-EARTH OBJECT (NEO) -ANALYYSI TRANSPONDERIN SEURANTASTA JA PAINOVOITTEISTA TRAKTORIN SUORITUSKYKYÄ (Microsoft Word (.doc))  (linkki ei ole käytettävissä) 17.–22. B612 Foundation (22. syyskuuta 2008). Haettu 8. huhtikuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 26. helmikuuta 2010.
  7. ↑ The Asteroid and the Telescope Arkistoitu 18. tammikuuta 2017 Wayback Machinessa , Paul Gilster , Centauri Dreams News, 2012-05-03, käytetty 14.5.2012.

Linkit