Projekt Lyra, en mission om at jagte den interstellare asteroide ned

Tilbage i oktober, meddelelsen om, at den første interstellare asteroide udløste en strøm af spænding. Siden den gang, astronomer har foretaget opfølgende observationer af objektet kendt som 1I/2017 U1 (aka. 'Oumuamua) og bemærkede nogle ret interessante ting ved det. For eksempel, fra hurtige ændringer i dens lysstyrke, det er blevet fastslået, at asteroiden er stenet og metallisk, og temmelig underligt formet.

Observationer af asteroidens bane har også afsløret, at den lavede sit nærmeste pass til vores sol tilbage i september 2017, og det er i øjeblikket på vej tilbage til det interstellare rum. På grund af de mysterier, denne krop rummer, der er dem, der går ind for, at det bliver opfanget og udforsket. En sådan gruppe er Project Lyra, som for nylig offentliggjorde en undersøgelse, der beskriver de udfordringer og fordele, en sådan mission ville give.

Studiet, som for nylig dukkede op online under titlen "Project Lyra:Sending a Rumfartøj til 1I/'Oumuamua (tidligere A/2017 U1), den interstellare asteroide ", blev udført af medlemmer af Initiative for Interstellar Studies (i4iS) - en frivillig organisation, der er dedikeret til at gøre interstellare rumrejser til virkelighed i den nærmeste fremtid. Undersøgelsen blev støttet af Asteroid Initiatives LLC, en asteroidprospekterende virksomhed, der er dedikeret til at lette efterforskning og kommerciel udnyttelse af asteroider.

For at opsummere, da 'Oumuamua første gang blev observeret den 19. oktober, 2017, af astronomer ved hjælp af University of Hawaii's Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS), objektet (dengang kendt som C/2017 U1) blev oprindeligt antaget at være en komet. Imidlertid, efterfølgende observationer afslørede, at det faktisk var en asteroide, og det blev omdøbt til 1I/2017 U1 (eller 1I/`Oumuamua).

Opfølgningsobservationer foretaget ved hjælp af ESOs Very Large Telescope (VLT) var i stand til at sætte begrænsninger på asteroidens størrelse, lysstyrke, sammensætning, farve og bane. Disse afslørede, at `Oumuamua målte omkring 400 meter (1312 fod) lang, er meget langstrakt, og drejer på sin akse hver 7,3 time - som det fremgår af måden, hvorpå dens lysstyrke varierer med en faktor ti.

Det var også fast besluttet på at være stenet og metalrigt, og at indeholde spor af tholiner - organiske molekyler, der er bestrålet af UV -stråling. Asteroiden har også en ekstremt hyperbolsk bane - med en excentricitet på 1,2 - som i øjeblikket tager den ud af vores solsystem. Foreløbige beregninger af dets bane indikerede også, at det oprindeligt stammer fra Vegas generelle retning, den lyseste stjerne i det nordlige stjernebillede Lyra.

I betragtning af at denne asteroide er uden solcelle i naturen, en mission, der ville være i stand til at studere den på nært hold, kunne helt sikkert fortælle os meget om det system, hvori den dannede sig. Ankomsten til vores system har også øget bevidstheden om ekstra-sol asteroider, en ny klasse af interstellare objekter, som astronomer nu anslår, ankommer til vores system med en hastighed på cirka en om året.

På grund af dette, teamet bag Project Lyra mener, at studere 1I/`Oumuamua ville være en mulighed for en gang i livet. Som de siger i deres undersøgelse:

"Da 1I/'Oumuamua er den nærmeste makroskopiske prøve af interstellært materiale, sandsynligvis med en isotopisk signatur adskilt fra ethvert andet objekt i vores solsystem, de videnskabelige afkast fra prøveudtagning af objektet er svære at undervurdere. Detaljeret undersøgelse af interstellare materialer på interstellare afstande er sandsynligvis årtier væk, selvom gennembrudsinitiativets projekt Starshot, for eksempel, forfølges kraftigt. Derfor, et interessant spørgsmål er, om der er en måde at udnytte denne unikke mulighed ved at sende et rumskib til 1I/'Oumuamua for at foretage observationer på nært hold. "

Men selvfølgelig, mødet med denne asteroide byder på mange udfordringer. Det mest oplagte er hastigheden, og det faktum, at 1I/`Oumuamua allerede er på vej ud af vores solsystem. Baseret på beregninger af asteroidens bane, det er blevet fastslået, at 1I/`Oumuamua kører med en hastighed på 26 km/s - hvilket svarer til 95, 000 km/time (59, 000 km / t).

Ingen mission i historien om rumforskning har rejst så hurtigt, og de hurtigste missioner til dato har kun været i stand til at klare omkring to tredjedele af den hastighed. Dette inkluderer det hurtigste rumskib, der forlader solsystemet (Voyager 1) og det hurtigste rumskib ved lanceringen (New Horizons -missionen). Så at skabe en mission, der kunne indhente den, ville være en stor udfordring. Som teamet skrev:

"Dette [er] betydeligt hurtigere end noget objekt menneskeheden nogensinde har skudt ud i rummet. Voyager 1, det hurtigste objekt, menneskeheden nogensinde har bygget, har en hyperbolsk overskridelseshastighed på 16,6 km/s. Da 1I/'Oumuamua allerede forlader vores solsystem, ethvert rumfartøj, der blev lanceret i fremtiden, skulle jage det. "

Imidlertid, som de fortsætter med at sige, at tage denne udfordring uundgåeligt vil resultere i vigtige innovationer og udviklinger inden for rumforskningsteknologi. Naturligvis, lanceringen af ​​en sådan mission skulle ske tidligere end senere, i betragtning af asteroidens hurtige rejsehastighed. Men enhver mission, der lanceres inden for få år, vil ikke kunne drage fordel af senere tekniske udviklinger.

Som den berømte forfatter Paul Glister, en af ​​grundlæggerne af Tau Zero Foundation og skaberen af ​​Centauri Dreams, bemærket på sit websted:

"Udfordringen er formidabel:1I/'Oumuamua har en hyperbolsk overskridelseshastighed på 26 km/s, hvilket svarer til en hastighed på 5,5 AU/år. Det vil være uden for Saturns bane inden for to år. Dette er meget hurtigere end noget objekt menneskeheden nogensinde har skudt ud i rummet. "

Som sådan, enhver mission monteret på 1I/`Oumuamua ville indebære tre bemærkelsesværdige afvejninger. Disse omfatter afvejningen mellem rejsetid og delta V (dvs. rumfartøjets hastighed), afvejningen mellem lanceringsdatoen og rejsetiden og afvejningen mellem lanceringsdato/rejsetid og den karakteristiske energi. Karakteristisk energi (C3) refererer til kvadratet af den hyperbolske overskridelseshastighed, eller hastigheden i det uendelige i forhold til Solen.

Sidst, men ikke mindst, er afvejningen mellem rumfartøjets overskydende hastighed ved opsendelsen og dens overskydende hastighed i forhold til asteroiden under mødet. Overdreven hastighed foretrækkes ved lanceringen, da det vil resultere i kortere rejsetider. Men en høj overskridelseshastighed under mødet ville betyde, at rumfartøjet ville have mindre tid til at foretage målinger og indsamle data om selve asteroiden.

Med alt det der stod for, holdet overvejer derefter forskellige muligheder for at skabe et rumfartøj, der ville stole på et impulsivt fremdriftssystem (dvs. et med tilstrækkelig kortvarig fremdrift). Ud over, de antager, at denne mission ikke ville involvere nogen planetariske eller solflyvninger, og ville flyve direkte til 1I/`Oumuamua. Fra dette, der etableres nogle grundlæggende parametre, som de derefter lægger ud.

"At opsummere, vanskeligheden ved at nå 1I/'Oumuamua er en funktion af hvornår man starter, den hyperbolske overskridelseshastighed, og missionens varighed, "angiver de." Fremtidige missionsdesignere skal finde passende afvejninger mellem disse parametre. For en realistisk lanceringsdato om 5 til 10 år, den hyperbolske overskridelseshastighed er i størrelsesordenen 33 til op til 76 km/s med et møde i en afstand langt ud over Pluto (50-200AU). "

Sidst, men ikke mindst, forfatterne overvejer forskellige missionsarkitekturer, der i øjeblikket udvikles. Disse omfatter dem, der ville prioritere hastende karakter (dvs. lancering inden for få år), ligesom NASAs Space Launch System (SLS) - som de hævder ville forenkle missionens design. En anden er SpaceX's Big Falcon Rocket (BFR), som de hævder kunne muliggøre en direkte mission i 2025 takket være dens tankningsteknik i rummet.

Imidlertid, disse typer af missioner ville også kræve en Jupiter flyby for at yde en tyngdekraftsassistent. Ser man til mere langsigtede teknikker, hvilket vil understrege mere avancerede teknologier, de overvejer også solsejl-drevet teknologi. Dette eksemplificeres af Breakthrough Initiatives 'Starshot -koncept, hvilket ville give missionens fleksibilitet og evnen til hurtigt at reagere på fremtidige uventede begivenheder.

Selvom denne tilgang ville medføre ventetid, mulighed for fremtidige møder med en interstellar asteroide, det ville give mulighed for hurtig reaktion og en mission, der kunne gøre op med tyngdekraftsassistenter. Det kunne også muliggøre et særligt attraktivt missionskoncept, som skal sende bittesmå sværme af prober til rendezvous med asteroiden. Selvom dette ville medføre betydelige investeringer, værdien af ​​infrastrukturen ville retfærdiggøre udgiften, hævder de.

Til sidst, teamet fastslog, at yderligere forskning og udvikling er nødvendig, hvilket understreger betydningen af ​​Project Lyra. Som de konkluderede:

"[A] mission til objektet vil strække grænsen for, hvad der er teknologisk muligt i dag. En mission ved hjælp af konventionelt kemisk fremdrivningssystem ville være muligt ved hjælp af en Jupiter flyby til tyngdekraften- hjælpe til et tæt møde med Solen. I betragtning af de rigtige materialer, solsejlteknologi eller lasersegl kunne bruges ... Fremtidigt arbejde inden for Project Lyra vil fokusere på at analysere de forskellige missionskoncepter og teknologiske muligheder mere detaljeret og ned at vælge 2 - 3 lovende koncepter til videreudvikling. "

Det er et ældgammelt aksiom, at skræmmende udfordringer er afgørende for innovation og forandring. I denne henseende, udseendet af `Oumuamua i vores solsystem har stimuleret interessen for at udforske interstellare asteroider. Og selvom en mulighed for at udforske denne asteroide måske ikke er mulig i de næste par år, ankomsten af ​​fremtidige stenede interlopere i vores system kan bare være tilgængelig.