Zachycení asteroidu - Asteroid capture
Zachycení asteroidu je orbitální vložení asteroidu kolem většího planetárního tělesa. Když jsou asteroidy, malá kamenná tělesa ve vesmíru, zachycena, stanou se přirozenými satelity . Všechny asteroidy dosud vstupující na oběžnou dráhu Země nebo do atmosféry byly přírodními jevy; američtí inženýři však pracují na metodách telerobotické kosmické lodi k získávání asteroidů pomocí chemického nebo elektrického pohonu. Tyto dva typy zachycení asteroidů lze rozdělit na přírodní a umělé.
- Zachycení přirozeného asteroidu je balistické zachycení volného asteroidu na oběžnou dráhu kolem těla, jako je planeta, v důsledku gravitačních sil.
- Zachycení umělého asteroidu zahrnuje záměrné vyvinutí síly k vložení asteroidu na konkrétní oběžnou dráhu.
Získávání umělých asteroidů může vědcům a technikům poskytnout informace týkající se složení asteroidů, protože je známo, že asteroidy někdy obsahují vzácné kovy, jako je palladium a platina. Pokusy o asteroidu získávání patří NASA ‚s Asteroid přesměrovávají mise z roku 2013. Tyto snahy byly zrušeny v roce 2017. Ale další mise asteroid související zůstávají fungující jako je NASA OSIRIS-Rex , které shromažďují vzorek blízké planetky dne 22. října, 2020.
Přirozený výskyt asteroidu
K zachycení asteroidu dochází, když asteroid při pádu k ní „zmešká“ planetu, ale již nemá dostatečnou rychlost, aby unikl z oběžné dráhy planety. V takovém případě je asteroid zachycen a vstupuje na stabilní oběžnou dráhu kolem planety, která neprochází atmosférou planety. Asteroidy však občas zasáhnou planetu. Odhaduje se, že malé asteroidy zasáhnou Zemi každých 1 000 až 10 000 let.
Velikost a fyzikální vlastnosti oběžné dráhy závisí na hmotnosti planety. Blížící se asteroid téměř vždy vstoupí do sféry vlivu planety na hyperbolické trajektorii vzhledem k planetě. Kinetická energie asteroidu, když narazí na planetu, je příliš velká na to, aby mohla být uvedena na ohraničenou oběžnou dráhu gravitací planety; jeho kinetická energie je větší než absolutní potenciální energie vzhledem k planetě, což znamená, že jeho rychlost je vyšší než úniková rychlost . Dráhu asteroidu však může narušit jiná hmota, která by mohla snížit jeho kinetickou energii. Pokud to přinese rychlost asteroidu pod místní únikovou rychlost, jeho trajektorie se změní z hyperboly na elipsu a asteroid je zachycen. Když se trajektorie v průběhu času mění, mohou se asteroidy navzájem srazit. Vzhledem k tomu, že pás asteroidů mezi Marsem a Jupiterem obsahuje přibližně 1,9 milionu asteroidů, astronomové odhadují, že asteroidy malé velikosti se srazí jednou ročně. Dopad srážky může změnit trajektorii asteroidu a asteroidy mohou vstoupit do sféry vlivu planety.
Technologie pro zachycení asteroidů
Elektrický pohon
Tradiční chemický pohon je skvělý pro prostředí s hustou atmosférou, ale elektrický pohon má vyšší účinnost než chemický pohon. Ionový propeler, jeden z hlavních použitých elektrických pohonů, má účinnost 90 procent, zatímco účinnost chemického pohonu je kolem 35 procent. Ve vesmíru neexistuje žádné tření mezi prostředím a kosmickou lodí. Přinést těžký asteroid vyžaduje extrémně efektivní motor, jako je elektrický pohon.
Robotické paže
Na základě mise NASA pro přesměrování asteroidů by satelit popadl balvan a vrátil se na předem určenou oběžnou dráhu. Robotická ramena se používají k různým účelům, včetně popadnutí balvanu. Canadarm 2 je příkladem pokročilého robotického ramene používaného ve vesmíru. Canadarm 2 nejen pomáhá dokovat nákladní kosmickou loď na Mezinárodní vesmírnou stanici, ale také provádí údržbu stanice. Pokrok v robotických ramenech pomáhá zachycení umělých asteroidů provádět přesný sběr vzorků na povrchu asteroidů.
Měsíční průlet
Lunární průlet lze také použít k zachycení asteroidu. Dráhy asteroidu před a po měsíčním průletu mají různé Jacobiho konstanty. Když Jacobiho konstanta na jeho oběžné dráze dosáhne určité hodnoty, bude asteroid zachycen. Oblasti zachycení různých Jacobiho konstant před předletem lze reprezentovat numericky a tyto oblasti zachycení lze použít k určení, zda může být asteroid zachycen lunárními průlety, které budou nakonec ověřeny prostřednictvím modelu efemeridů .
Motivace k zajetí
Planetární obrana
Mise pro zachycení umělých asteroidů mohou potenciálně umožnit vědcům dosáhnout významného pokroku v mnoha oblastech ve vztahu k obraně planet před objekty blízkými Zemi:
- Kotvení. Umělé mise pro zachycení asteroidů umožní vývoj spolehlivějších možností ukotvení, které pomohou kosmickým lodím lépe se připojit k asteroidům, a poskytnou tak více možností pro odklon objektů blízko Země (NEO).
- Strukturální charakterizace. Mise pro zachycení asteroidů pomohou inženýrům zlepšit schopnost strukturální charakterizace. Jedna z nejzralejších technologií vychylování NEO je prostřednictvím Kinetic Impact, ale její účinnost je vysoce nepředvídatelná kvůli nedostatku znalostí o stavu a struktuře NEO. Pokud dokážeme lépe charakterizovat povrchový materiál a strukturu NEO, budeme schopni použít Kinetic Impact k přesměrování NEO s větší jistotou.
- Prašné prostředí. Vědci získají znalosti o prašném prostředí NEO a lépe pochopí síly, které mohou vyvolat levitaci prachu a usazovací chování. Tyto znalosti pomohou s návrhem některých přístupů přesměrování NEO, jako je Gravity Tractor a konvenční raketový motor.
Zdroje asteroidů
Těžba asteroidů je hlavním důvodem k zachycení asteroidu. Chondritový asteroid LL s relativně nízkými zdroji obsahuje 20% železa a také značné množství těkavých látek ve formě vody, minerálů a kyslíku. Ačkoli je možné tyto zdroje přivést zpět na Zemi, vysoké náklady na dopravu a množství zdrojů na Zemi znamenají, že primárním cílem získávání asteroidů v blízké budoucnosti bude okamžité použití ve vesmíru. Očekává se, že těžba asteroidů bude levnější než odesílání těchto zdrojů ze Země. Použitím konvenčního chemického pohonu odhaduje NASA, že dodání jednoho kilogramu hmoty na vysokou oběžnou dráhu Měsíce stojí 100 000 USD. To by znamenalo náklady 20 miliard USD na dodání 500 tun. Mise pro zachycení asteroidů, která dodává stejné množství materiálu na vysokou oběžnou dráhu Měsíce, by v ideálním případě stála pouze 2,6 miliardy USD.
Další průzkum
Umělé mise pro zachycení asteroidů mohou vědcům pomoci vyvinout technologie, které mohou být potenciálně užitečné pro další průzkum do jiných destinací ve vesmíru:
- Dráha a navigace. Ze zkušeností s manévrováním velké hmoty, jako je asteroid, mohou vědci získat znalosti o tom, jak se pohybovat v gravitačních polích různých nebeských těles. Umělé mise pro zachycení asteroidů mohou také pomoci dokonalé schopnosti dodat velké množství zdrojů potřebných pro další průzkum vesmíru.
- Techniky sběru a zadržování vzorků. Mise pro zachycení umělých asteroidů budou vyžadovat, abychom získali vzorky od asteroidů. To může pomoci s vývojem technik sběru a zadržování vzorků, které budou užitečné pro všechny typy misí pro průzkum vesmíru.
- Dokovací schopnost. Další průzkumy vesmíru budou vyžadovat mnohem robustnější dokovací schopnosti, aby se přizpůsobily využití vozidel, stanovišť a nákladních modulů. Mise pro zachycení asteroidů pomohou technikům tyto schopnosti vylepšit.
Základna pro bydlení
Pokud vědci najdou efektivní způsob, jak využít zdroje, jako je voda, kyslík a kov shromážděné ze zachycených asteroidů, mají tyto asteroidy také potenciál stát se základnami pro lidské bydlení. Bohatá hmotnost asteroidu může být pro stanoviště cenná díky svým vlastnostem stínění před zářením. Kovy a další materiály vytěžené z asteroidu mohou být okamžitě použity pro stavbu stanoviště. Pokud je asteroid dostatečně velký, mohl by dokonce poskytnout určitou míru gravitace, která by byla vhodnější pro lidské bydlení.
Mezinárodní spolupráce
Mezinárodní panel může dohlížet na všechny získávání asteroidů a studie o shromážděných materiálech a poskytovat vyvážené a spravedlivé rozdělení získaných materiálů. Národy bez nákladného vesmírného národního programu mohou stále provádět výzkum.
Pokusy
Přesměrovací mise NASA
Cílem Redirect Mission NASA je vyslat robotickou kosmickou loď na velký blízkozemský asteroid a poté shromáždit několikatunový balvan z jeho povrchu. Astronauti vzali vzorky balvanu a přivedli je zpět na Zemi k dalšímu vědeckému studiu a nakonec jej přesměrují na oběžnou dráhu kolem Měsíce, aby nezasáhl Zemi. Interakce s asteroidy by navíc poskytla mnoho užitečných údajů týkajících se vnitřní struktury asteroidu, a proto by vyřešila dlouhodobé otázky týkající se materiálu asteroidů. Tato mise integruje robotické a kosmické operace s posádkou a pokud bude úspěšná, předvede klíčové schopnosti nezbytné pro cestu NASA na Mars. Směrnice o vesmírné politice v Bílém domě 1 však 11. prosince 2017 misi zrušila, aby vyhověla rostoucím nákladům na vývoj. Mnoho významných pokroků ve vývoji této mise, jako je solární elektrický pohon, detekce a charakterizace malých asteroidů blízkých Země a schopnost zachytit velké nespolupracující objekty v hlubokém vesmíru, se bude nadále používat i v budoucnu, protože jsou nepostradatelné pro průzkumy lidského hlubokého vesmíru.
OSIRIS-REx
Cílem OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer) je operovat NASA, aby získala vzorek blízkého Země asteroidu jménem Bennu a dozvěděla se o formování a vývoji sluneční soustavy. Osiris-REx byl spuštěn 8. září 2016 a do blízkosti Bennu se dostal 3. prosince 2018. Dne 20. října 2020 dosáhl Bennu a úspěšně shromáždil vzorek. Před procesem sběru kosmická loď pomalu klesala, aby před kontaktem minimalizovala palbu raketou, aby se zabránilo kontaminaci povrchu asteroidů. Během procesu sběru byl uvolněn výbuch dusíku, který vyfoukl částice regolitu menší než 2 cm do hlavy vzorkovače. Proces trval jen 5 sekund, aby se zabránilo možné kolizi s asteroidem.