Et rumfartøj kunne bruge tyngdekraften til at forhindre et farligt asteroidenedslag

Ideen om at undgå påvirkning af asteroider har været fremtrædende i offentlighedens sind i årtier - især siden udgivelsen af ​​film som Deep Impact og Armageddon. Men er brugen af ​​en atomeksplosion den bedste måde at håndtere potentielt farlige rumsten? Bestemt ikke. Hvis der gives tid nok, der er en meget mere effektiv (og sikrere) måde at håndtere enhver genstand på en kollisionskurs med Jorden - en gravitationstraktor. Nu, Dr. Yohannes Ketema fra University of Minnesota har udviklet et flyvemønster, der gør denne enkleste af alle asteroideforsvarsmekanismer meget mere effektive.

Gravity traktorer har eksisteret i et stykke tid. De bruger tyngdekraften af ​​en kunstig krop til at trække en genstand mod den og ændre dens bane lidt. Over lange perioder, dette ville trække den farlige genstand ud af den nuværende bane til en mere sikker. Det har også den fordel, at det ikke kræver nogen direkte stød eller eksplosion på overfladen af ​​selve asteroiden. Da mange asteroider er "brokkerbunker, "Sådanne direkte kinetiske impactors eller nukleare eksplosioner ville i bedste fald slå nogle af de større dele af objektet fra hinanden, men i værste fald det ville skabe flere kaotiske baneobjekter, der kunne påvirke Jorden med endnu højere hastigheder.

Designet til at undgå sådanne resultater, gravitationstraktorer findes i en af ​​fire varianter. Den stationære version parkerer en relativt tung sonde ved siden af ​​en genstand og trækker den langsomt ind i en anden bane. En halo orbit version er en sonde, der langsomt cirkler objektet i et mønster designet til at skubbe det i en bestemt retning. Disse to første teknikker ville bruge traditionelle kemiske raketter til at nå deres mål, men en tredje version - en gravitationstraktor med solsejl - kunne langsomt bevæge sig i position for at tillade sonden at skubbe objektet af vejen. Endelig, en konstellation af sonder kunne arbejde sammen for at skubbe et objekt ind på en ny vej.

Dr. Ketemas arbejde foreslår at bruge en modificeret version af de stationære og halo-kredsløbstyper. Den nye bane kaldes "begrænset Keplerian bevægelse, " som involverer at flytte en sonde frem og tilbage på en bestemt side af en asteroide for at forsøge at tvinge den så meget som muligt i en bestemt retning. Dr. Ketema foreslog oprindeligt denne løsning i et papir fra 2017, og han har for nylig udgivet ny forskning, der forbedrer kredsløbet ved at reducere den vægt, der kræves i sonden.

At gøre dette, han vendte sig mod matematisk optimering. I optimeringsproblemer, der er mål og begrænsninger. I dette tilfælde, der var ét mål (at flytte asteroiden ud af en farlig bane) og tre begrænsninger:1) Må ikke påvirke asteroiden direkte, 2) Slå ikke asteroiden med thrustere, 3) Giv gravitationstraktoren tid nok til at udføre sit arbejde. De bedste skøn for den tredje begrænsning ser ud til at være omkring ti år. Sådanne lange tidshorisonter viser vigtigheden af ​​tidlig påvisning i asteroideforsvarsstrategier.

Denne tidsfaktor er også afgørende på grund af den tid, det ville tage for en gravitationstraktor at nå en asteroide. Da sondens vægt er en væsentlig faktor for værktøjets effektivitet, jo mere brændstof brænder der op med det (dvs. hvis sonden skulle komme på plads hurtigt), jo mindre effektiv vil den være til at trække asteroiden ud af kurs.

For at teste sin optimeringsteknik, Dr. Ketema simulerede sin nye gravitationstraktor på en eksisterende asteroide-2007 VK184. Selvom det snart vil passere tæt på Jorden, denne asteroide vil ikke ramme den. Men ved at placere en gravitationstraktor ved siden af ​​den omkring ti år ude, beregninger viser, at den kunne flyttes ind i en endnu mere sikker bane.

Selv med denne simulering fra det virkelige liv, der er stadig et par knæk, der skal løses. Først, tyngdekraftstraktorer fungerer ikke godt på større genstande, da deres effektivitet afhænger helt af, hvordan deres størrelse er sammenlignet med den genstand, de forsøger at flytte. Heldigvis, de fleste større asteroider på usikre baner er allerede tæt sporet og ser ikke ud til at være på vej mod Jorden i den nærmeste fremtid. Et mere specifikt problem ved modelleringen udført i papiret er, at asteroider ikke har et sfærisk gravitationsfelt, hvilket gør det sværere at beregne den bedste bane at aflede dem på for at give en mere sikker kurs.

Enhver asteroide, der potentielt ville udgøre en sådan fare, ville blive meget nøje undersøgt, selvom. Og enhver sonde kunne sandsynligvis have et gravitometer til at studere objektets gravitationsfelt i realtid og tillade det at justere sin bane i overensstemmelse hermed. Men enhver fordel, mennesker ville få efter denne potentielt ekstraordinært ødelæggende fare, er værd at bruge tiden på at udvikle den.