Ein Raumschiff könnte die Schwerkraft nutzen, um einen gefährlichen Asteroideneinschlag zu verhindern
Die Idee, Asteroideneinschläge zu vermeiden, ist seit Jahrzehnten im Bewusstsein der Öffentlichkeit – insbesondere seit der Veröffentlichung von Deep Impact und Armageddon. Aber ist die Verwendung einer nuklearen Explosion der beste Weg, um mit potenziell gefährlichen Weltraumgesteinen umzugehen? Entschieden nicht. Wenn genügend Zeit zur Verfügung steht, gibt es einen viel effektiveren (und sichereren) Weg, um mit jedem Objekt auf Kollisionskurs mit der Erde umzugehen – einen Schwerkrafttraktor. Jetzt hat Dr. Yohannes Ketema von der University of Minnesota ein Flugmuster entwickelt, das diesen einfachsten aller Asteroiden-Abwehrmechanismen noch effektiver macht.
Schwerkrafttraktoren gibt es schon seit einiger Zeit. Sie nutzen die Schwerkraft eines künstlichen Körpers, um das Objekt auf sich zu ziehen und seine Flugbahn leicht zu ändern. Dies würde das gefährliche Objekt über lange Zeiträume aus der aktuellen Flugbahn in eine sicherere Bahn ziehen. Es hat auch den Vorteil, dass kein direkter Aufprall oder keine Explosion auf der Oberfläche des Asteroiden selbst erforderlich ist. Da viele Asteroiden „Trümmerhaufen“ sind, würden solche direkten kinetischen Impaktoren oder nuklearen Explosionen bestenfalls einige der größeren Teile des Objekts auseinanderbrechen, aber im schlimmsten Fall würden sie ein Vielfaches von chaotischen Flugbahnobjekten erzeugen, die die Erde bei einer noch höhere Geschwindigkeit.
UT-Video zu verschiedenen Techniken zum Einfangen eines Asteroiden.
Um solche Ergebnisse zu vermeiden, gibt es Schwerkrafttraktoren in einer von vier Varianten. Die stationäre Version parkt eine relativ schwere Sonde neben einem Objekt und zieht es langsam in eine andere Flugbahn. Bei einer Halo-Orbit-Version umkreist die Sonde das Objekt langsam in einem Muster, das es in eine bestimmte Richtung schieben soll. Während die ersten beiden Techniken herkömmliche chemische Raketen verwenden, um ihre Ziele zu erreichen, könnte sich ein mit Sonnensegeln ausgestatteter Schwerkrafttraktor langsam in Position bewegen, damit die Sonde das Objekt aus dem Weg schubsen kann. Schließlich könnte eine Konstellation von Sonden zusammenarbeiten, um ein Objekt auf eine neue Bahn zu schieben.
Dr. Ketemas Arbeit schlägt vor, eine modifizierte Version einer stationären und Halo-Umlaufbahn zu verwenden. Die neue Umlaufbahn wird als „eingeschränkte Keplersche Bewegung“ bezeichnet, bei der eine Sonde auf einer bestimmten Seite des Asteroiden hin und her bewegt wird, um zu versuchen, sie so weit wie möglich in eine bestimmte Richtung zu zwingen. Ursprünglich schlug Dr. Ketema diese Lösung in einem Papier im Jahr 2017 vor und veröffentlichte kürzlich eine neue, die die Umlaufbahn verbessert, indem das in der Sonde erforderliche Gewicht verringert wird.
Mathematische Grafik der eingeschränkten Keplerschen Bewegungsbahn, die von Dr. Ketema in der Veröffentlichung vorgeschlagen wurde.
Kredit – Yohannes Ketema
Dazu wandte er sich der mathematischen Optimierung zu. Bei Optimierungsproblemen gibt es Ziele und Einschränkungen. In diesem Fall gab es ein Ziel (den Asteroiden aus einer gefährlichen Umlaufbahn zu bewegen) und drei Einschränkungen: 1) Den Asteroiden nicht direkt aufprallen, 2) den Asteroiden nicht mit Triebwerken treffen, 3) genügend Zeit für die Schwerkrafttraktor, um seine Arbeit zu tun. Die besten Schätzungen für diese dritte Einschränkung liegen bei etwa zehn Jahren. Solch lange Zeithorizonte zeigen die Bedeutung der Früherkennung bei der Asteroidenabwehr.
Dieser Zeitfaktor ist auch aufgrund der Zeit, die ein Schwerkrafttraktor benötigen würde, um ihn zu erreichen, von entscheidender Bedeutung. Da das Gewicht der Sonde ein wesentlicher Faktor für die Effektivität des Werkzeugs ist, wird sie den Asteroiden umso weniger effektiv vom Kurs abbringen, je mehr Kraftstoff damit verbrennt (dh wenn die Sonde schnell an Ort und Stelle sein muss).
Scott Manleys Video, das Schwerkrafttraktoren beschreibt.
Kredit – Scott Manley YouTube-Kanal
Um seine Optimierungstechnik zu testen, simulierte Dr. Ketema seinen neuen Schwerkrafttraktor auf einem vorhandenen Asteroiden – 2007 VK184. Obwohl er bald in der Nähe der Erde vorbeiziehen wird, wird dieser Asteroid sie nicht treffen. Aber wenn man nach etwa zehn Jahren einen Schwerkrafttraktor daneben platziert, zeigen Berechnungen, dass er in eine noch sicherere Umlaufbahn gebracht werden könnte.
Auch bei dieser Real-Life-Simulation gibt es noch ein paar Knicke zu lösen. Erstens funktionieren Schwerkrafttraktoren nicht gut bei größeren Objekten, da ihre Wirksamkeit vollständig davon abhängt, wie ihre Größe im Vergleich zu dem Objekt ist, das sie bewegen möchten. Glücklicherweise sind die meisten größeren Asteroiden auf unsicheren Umlaufbahnen bereits genau verfolgt und scheinen in absehbarer Zeit nicht auf die Erde zuzusteuern. Ein spezifischeres Problem bei der Modellierung in der Arbeit besteht darin, dass Asteroiden kein sphärisches Gravitationsfeld haben, was es schwieriger macht, die beste Umlaufbahn zu berechnen, um sie auf einen sichereren Kurs abzulenken.
Konzept für einen möglichen Schwerkrafttraktor.
Bildnachweis: JPL
Jeder Asteroid, der möglicherweise eine solche Gefahr darstellt, würde jedoch sehr sorgfältig untersucht. Und jede Sonde könnte wahrscheinlich ein Gravitometer haben, um das Gravitationsfeld des Objekts in Echtzeit zu untersuchen und ihm zu ermöglichen, seine Umlaufbahn entsprechend anzupassen. Aber jeder Vorteil, den Menschen nach dieser potenziell außerordentlich verheerenden Gefahr erhalten würden, ist die Zeit wert, die für die Entwicklung aufgewendet wird.
Erfahren Sie mehr:
arXiv - Ein massenoptimierter Schwerkrafttraktor für die Ablenkung von Asteroiden
UT - Wie kann man einen Asteroiden einfangen?
UT - Wie man einen Asteroiden mit der heutigen Technologie ablenkt
UT - Jeder Weg, der entwickelt wurde, um einen Asteroiden abzulenken
Leitbild:
Künstlerische Konzeption eines Schwerkrafttraktors.
Kredit – Planetare Ressourcen