Космический корабль может использовать гравитацию для предотвращения столкновения с астероидом

Идея предотвращения столкновений с астероидами занимала видное место в сознании общественности на протяжении десятилетий – особенно после выхода таких фильмов, как “Столкновение с бездной” и “Армагеддон”. Но является ли использование ядерного взрыва лучшим способом борьбы с потенциально опасными космическими глыбами? Решительно нет. При наличии достаточного времени существует гораздо более эффективный (и безопасный) способ борьбы с любым объектом на пути столкновения с Землей – гравитационный тягач. Итак, доктор Йоханнес Кетема из Университета Миннесоты разработал схему полета, которая делает этот простейший из всех механизмов защиты от астероидов намного более эффективным.

Идея гравитационного тягача существуют уже некоторое время. Они используют гравитацию искусственного тела, чтобы притянуть объект направившись к нему и слегка изменив его траекторию. Воздействие в течение длительного периода времени приведет к тому, что опасный объект сойдет с текущей траектории на более безопасную. Метод также имеет огромное преимущество – он не требует какого-либо прямого удара или взрыва на поверхности самого астероида. Поскольку многие астероиды представляют собой “груды обломков”, такие прямые кинетические удары или ядерные взрывы в лучшем случае разнесут на части некоторые из более крупных частей объекта, но в худшем случае это создаст множество объектов с хаотической траекторией, которые могут ударить по Земле с еще более высокими скоростями.

Разработанные для того, чтобы избежать подобных последствий, гравитационные тягачи бывают одного из четырех видов. В стационарной версии относительно тяжелый зонд устанавливается рядом с объектом и медленно переводит его на другую траекторию. Версия с гало-орбитой – это зонд, который медленно кружит над объектом по схеме, предназначенной для того, чтобы толкать его в определенном направлении. Эти первые два метода будут использовать традиционные химические ракеты для достижения своих целей, но третий вариант – гравитационный солнечный парус – может медленно перемещаться в положение, позволяющее зонду отодвинуть объект в сторону. Наконец, созвездие зондов может работать вместе, чтобы подтолкнуть объект на новый путь.

В работе доктора Кетемы предлагается использовать модифицированную версию стационарных и гало-орбитальных типов. Новая орбита называется “ограниченным кеплеровским движением”, которое включает в себя перемещение зонда взад и вперед у определенной стороны астероида, чтобы попытаться заставить его как можно быстрее начать двигаться в определенном направлении. Доктор Кетема первоначально предложил это решение в статье 2017 года, а недавно он опубликовал новое исследование, которое улучшает работу зонда за счет уменьшения веса.

Для этого он обратился к математической оптимизации. В задачах оптимизации существуют цели и ограничения. В этом случае была одна цель (перемещение астероида с опасной орбиты) и три ограничения: 1) Не воздействуйте непосредственно на астероид, 2) Не контактируйте с астероидом двигателями, 3) Нужно дать достаточно времени гравитационному тягачу для выполнения своей работы. Наилучшие оценки для третьего ограничения, по-видимому, составляют около десяти лет. Такие длительные временные горизонты показывают важность раннего обнаружения в стратегиях защиты от астероидов.

Этот фактор времени также имеет жизненно важное значение из-за количества времени, которое потребуется гравитационному тягачу, чтобы добраться до астероида. Поскольку вес зонда является существенным фактором эффективности инструмента, чем больше топлива сгорает вместе с ним (т.е., если зонд должен быстро прибыть на место), тем менее эффективным он будет при сбивании астероида с курса.

Чтобы проверить свою технику оптимизации, доктор Кетема испытал свой гравитационный тягач нового типа на модели существующего астероида – 2007 VK184. Хотя он скоро пройдет рядом с Землей, этот астероид не столкнется с ней. Расчеты показали, что поместив гравитационный тягач рядом с ним примерно десять лет назад, можно было бы перевести его траекторию на еще более безопасную орбиту.

Даже с этой симуляцией все еще есть несколько проблем, которые нужно решить. Во-первых, гравитационные тягачи плохо работают с более крупными объектами, поскольку их эффективность полностью зависит от того, насколько их размер сопоставим с объектом, который они пытаются переместить. К счастью, большинство крупных астероидов на небезопасных орбитах уже тщательно отслеживаются и, похоже, в ближайшее время не направятся к Земле. Более конкретная проблема моделирования, выполненного в статье, заключается в том, что астероиды не имеют сферического гравитационного поля, что затрудняет расчет наилучшей орбиты для их отклонения, чтобы обеспечить более безопасный курс.

Однако любой астероид, который потенциально может представлять такую опасность, будет очень тщательно изучен. И любой зонд, вероятно, мог бы иметь гравитометр для изучения гравитационного поля объекта в режиме реального времени и позволить ему соответствующим образом скорректировать свою орбиту. Но любое преимущество, которое люди получат перед смертельной опасностью, стоит времени, потраченного на разработку.

Источник: aboutspacejornal.net