Dynamisk orbital slingshot:En fed idé at indhente en interstellar besøgende

Fattige, sløv menneskelighed.

Vi plejede at tro, at vi var centrum for alting. Det er ikke længe siden, og selvom vi har gjort enorme fremskridt i vores forståelse af vores situation her i rummet, vi har stadig store blinde vinkler.

For en, vi er først nu ved at vågne op til virkeligheden af ​​interstellare objekter, der passerer gennem vores solsystem.

I 2017 "Oumuamua kom på et kort besøg og blev bekræftet som et interstellart objekt. Det kommer aldrig tilbage, og vil bruge en evighed på at rejse gennem universet.

Derefter, for et par måneder siden, vi opdagede vores første interstellare komet. En amatørastronom og teleskopingeniør ved en stjernefest opdagede det, og den blev opkaldt efter ham. Hans navn var Gennadiy Borisov, og den hedder nu Comet 2L/Borisov. Ret sejt.

Men disse objekter er svære at studere. De dukker op og går hurtigt. Især kometen Borisov rejste meget hurtigt, ved 32,2 km/s (20 mp/s) i forhold til solen, når den kommer ind i vores solsystem.

Så hvad med at sende et rumfartøj for at besøge en af ​​disse interstellare besøgende?

Det er noget, Richard Linares, en assisterende professor i Institut for Luftfart og Astronautik (AeroAstro) ved MIT, har tænkt på. Han har en idé.

Han er ved at udvikle en idé til en "dynamisk orbital slangebøsse til rendezvous med interstellare objekter." Nu involverer NASA sig. NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)-programmet giver midler til "innovative rumfartskoncepter, der kan muliggøre og transformere fremtidige missioner." NIAC har udvalgt Linares' forskningsforslag til Phase One-finansiering.

NIAC er en velkendt enhed i rumvidenskabelige kredse. De har finansieret undersøgelser af ting som dybe rumsonder drevet af letvægts nuklear fremdrift, prøve-retursystemer til ekstreme miljøer, en Pluto orbiter og lander drevet af direkte fusionsdrev, og snesevis af andre.

I en pressemeddelelse fra MIT, Linares sagde "Der er en masse grundlæggende udfordringer med at observere ISO'er fra Jorden - de er normalt så små, at lys fra solen skal oplyse det på en bestemt måde, for at vores teleskoper overhovedet kan opdage det."

Ikke kun lys er et problem, det samme er objektets hastighed.

"Og de rejser så hurtigt, at det er svært at tage sig sammen og starte en mission fra Jorden i det lille vindue af muligheder, vi har, før det er væk, " sagde Linares. "Vi bliver nødt til at komme hurtigt dertil, og nuværende fremdriftsteknologier er en begrænsende faktor."

Så hvad er hans dynamiske orbitale slangebøsse, og hvordan ville det virke?

Idéen er centreret omkring solsejl. Solsejl er en fremdriftsteknologi baseret på stjernetryk, eller trykket af fotoner fra solen. Ved at bruge et lys, reflekterende materiale til at fange disse protoner, meget ligesom en sejlbåds sejl fanger vinden, rumfartøjer kan fremdrives gennem rummet. Se på Planetary Society's LightSail 2 rumfartøj, for eksempel.

Solsejl har deres begrænsninger. De er effektive med meget lette rumfartøjer. Men et letvægts rumfartøj er en del af Linares' koncept.

Linares' koncept ville se en flåde af statiske satellitter på kanten af ​​vores solsystem. De ville have et meget lavt forhold mellem masse og sejlareal. Selv på kanten af ​​vores solsystem, der er nok sollys til at drive et solsejlads rumfartøj, så længe sejlet er stort nok, og rumfartøjets masse er lille nok.

Denne flåde af vagtposter ville bevare deres positioner, indtil vi opdagede en indkommende ISO. Linares kalder dem statitter, og da de er stationære, deres oprindelige status har nul hastighed. Det er en del af tricket, og ifølge en pressemeddelelse, "når den er løsladt, den lagrede energi i solsejlet ville udnytte solens tyngdekraft til at slynge statitten i en fritfaldsbane mod ISO, lader den indhente det."

Hvis det gik godt, rumfartøjet kunne derefter sende en nano-satellit til at kredse om ISO og træne sine sensorer på den. Det ville ikke være nødvendigt for hovedrumfartøjet at bremse farten, hvilket ville komplicere missionen enormt.

"Flyby-missioner plejer at være nemmere, fordi de ikke kræver, at du sætter farten ned - du flyver forbi objektet og prøver at få så mange billeder, som du kan, i det vindue, " siger Linares. "En rendezvous-mission er sværere, fordi du skal sænke farten og matche objektets hastighed, så du kan blive ved med det et stykke tid. Men jo længere du kan blive omkring det interstellare objekt, jo bedre pulje af data kan du indsamle. God videnskab sker tæt på."

Linares er ikke den eneste videnskabsmand bag dette koncept. Der er tre andre forskere involveret, herunder Damon Landau hos JPL. Teamet bruger en periode på ni måneder til at arbejde på deres koncept. De skal forstå, om det faktisk er muligt eller ej, og de skal konkretisere deres koncept.

Uanset om dette koncept kunne bære frugt, der er ingen tvivl om den videnskabelige værdi af at studere en ISO tæt på.

"At studere et nærbillede af en interstellar krop ville revolutionere vores forståelse af planetdannelse og evolution, " sagde teammedlem Benjamin Weiss fra Department of Earth, Atmosfæriske og planetariske videnskaber ved MIT. "For første gang, vi kunne opnå følsomme målinger af bulksammensætningen af ​​andre solsystemer. Vi kunne også lære, hvor hurtigt og hvor ofte objekter passerer mellem solsystemer, som vil fortælle os gennemførligheden af ​​den interstellare overførsel af liv."

NIAC har godkendt konceptet til fase 1, en ni-måneders undersøgelse for at bestemme levedygtighed. Hvis det går godt, NIAC kan godkende en yderligere fase to, derefter et fase tre studie. Det ville give holdet mere tid til at udvikle konceptet.

NIAC-priser er en vanskelig forretning. Nogle ideer lyder måske langt ude i starten, så der kan være en fin grænse mellem finansierbar og ikke-finansierbar. Ville Apollo-missionen til månen være blevet finansieret under NIAC? Det er et sjovt tankeeksperiment.

"At vinde en NIAC-pris som denne er meget prestigefyldt, men også meget svært, fordi forslagsstilleren skal gå på en fin linje mellem en innovativ idé, der næsten lyder som science fiction, mens den er funderet i ægte fysik, " siger Olivier de Weck, en professor i luftfart og astronautik og i tekniske systemer ved MIT. "Professor Linares og hans kolleger har gjort dette perfekt, og dette koncept vil muliggøre studiet af ISO'er på en hidtil uset måde ved i det væsentlige at balancere de to store ting, vi får fra vores sol, på nye måder:tyngdekraft og stråling."

Der har været nogle videnskabelige undersøgelser af "Oumuamua og kometen Borisov, men der var ikke meget tid til observationer.

For omkring en måned siden, et par videnskabsmænd udgav et papir om "Oumuamua. De viste, at det kunne være blevet slynget ud af sit hjemlige solsystem, efter at dets moderlegeme blev revet i stykker af tidevandsfragmentering.

Også i april 2020, et andet papir viste, at Comet 2L/Borisov blev dannet i et meget koldt miljø. Det papir viste, at Borisov indeholdt meget mere kulilte end kometer fra vores eget solsystem.

Men disse er blot fristende hints om arten af ​​interstellare objekter.

Vi er dårligere ved at studere disse ISO'er, fordi de kommer og går så hurtigt. Hvis Linares og hans team kan udvikle en måde at studere dem på, så burde vi gøre det. Det lyder ikke til, at det ville være et enormt dyrt forslag.

Hvis vi kan udnytte vores nuværende teknologi til at forstå disse fremmedlegemer bedre, vi lærer mere om andre solsystemer, og hvor forskellige – eller ens – de kan være.

Og så vil vi være så meget mindre åndssvage.