Asteroit yakalama - Asteroid capture

Asteroit yakalama , daha büyük bir gezegen gövdesinin etrafına bir asteroitin yörüngesel yerleştirilmesidir . Uzaydaki küçük kayalık cisimler olan asteroitler yakalandıklarında doğal uydular haline gelirler . Şimdiye kadar Dünya'nın yörüngesine veya atmosferine giren tüm asteroitler doğal olaylardı; bununla birlikte, ABD'li mühendisler, kimyasal veya elektriksel tahrik kullanarak asteroitleri almak için telerobotik uzay araçları için yöntemler üzerinde çalışıyorlar. Bu iki tür asteroit yakalama, doğal ve yapay olarak kategorize edilebilir.

  • Doğal asteroit yakalama, yerçekimi kuvvetleri nedeniyle bir gezegen gibi bir cisim etrafında yörüngeye serbest bir asteroitin balistik olarak yakalanmasıdır .
  • Yapay asteroit yakalama, asteroidi belirli bir yörüngeye sokmak için kasıtlı olarak bir kuvvet uygulamayı içerir.

Yapay asteroit alımı, asteroitlerin bazen paladyum ve platin gibi nadir metaller içerdiği bilindiğinden, bilim insanlarına ve mühendislere asteroit bileşimi hakkında bilgi sağlayabilir. Asteroit teslim almada girişimleri içerir NASA ‘nın Asteroit Yönlendirme Misyonlar 2013 Bu çabalar 2017 yılında iptal edildi Fakat diğer asteroit ilgili görevleri böyle NASA'nın olarak görev kalır dan OSIRIS-Rex , 22 Ekim yakın bir Dünya göktaşının bir örnek toplandı, 2020.

Asteroit yakalamanın doğal oluşumu

Phobos ve Deimos , 1 Ağustos 2013'te Curiosity'den görüntülendi. İki Mars Ayının kökenine ilişkin bir teori , Phobos ve Deimos'un yakalanan asteroitler olduğudur.

Asteroit yakalama, bir asteroidin bir gezegene doğru düşerken "ıskalaması", ancak artık gezegenin yörüngesinden kaçmak için yeterli hıza sahip olmaması durumunda gerçekleşir. Bu durumda, asteroit yakalanır ve gezegenin etrafında, gezegenin atmosferinden geçmeyen sabit bir yörüngeye girer. Bununla birlikte, asteroitler bazen bir gezegene çarpar. Küçük asteroitlerin her 1000 ila 10.000 yılda bir Dünya'ya çarptığı tahmin ediliyor.

Bir yörüngenin boyutu ve fiziksel özellikleri, gezegenin kütlesine bağlıdır. Yaklaşan bir asteroit, neredeyse her zaman gezegene göre hiperbolik bir yörünge üzerinde bir gezegenin etki alanına girecektir. Asteroitin gezegenle karşılaştığındaki kinetik enerjisi , gezegenin yerçekimi tarafından sınırlı bir yörüngeye getirilemeyecek kadar büyüktür; kinetik enerjisi gezegene göre mutlak potansiyel enerjisinden daha büyüktür, yani hızı kaçış hızından daha yüksektir . Bununla birlikte, bir asteroidin yörüngesi , kinetik enerjisini azaltabilecek başka bir kütle tarafından bozulabilir . Bu, asteroidin hızını yerel kaçış hızının altına getirirse, yörüngesi bir hiperbolden bir elipse dönüşür ve asteroid yakalanır. Yörünge zamanla değiştiğinde, asteroitler birbirleriyle çarpışabilir. Mars ve Jüpiter arasındaki asteroit kuşağının yaklaşık 1,9 milyon asteroit içerdiği göz önüne alındığında , gökbilimciler mütevazı büyüklükteki asteroitlerin yılda bir kez birbirleriyle çarpıştığını tahmin ediyor. Çarpışmanın etkisi bir asteroitin yörüngesini değiştirebilir ve asteroitler bir gezegenin etki alanına girebilir.

Asteroitleri yakalamak için teknoloji

Elektrikli tahrik

Geleneksel kimyasal tahrik, kalın bir atmosfer ortamı için mükemmeldir, ancak elektrikli tahrik , kimyasal tahrikten daha üstün bir verimliliğe sahiptir. Kullanılan başlıca elektrikli tahriklerden biri olan İyon iticinin verimi yüzde 90 iken, kimyasal tahrikin verimi yüzde 35 civarındadır. Uzayda, çevre ile uzay aracı arasında herhangi bir sürtünme yoktur. Ağır bir asteroit getirmek, elektrikli tahrik gibi son derece verimli bir motor gerektirir.

robotik kollar

NASA'nın Asteroid Yönlendirme Misyonuna dayanarak, bir uydu bir kayayı yakalayacak ve önceden belirlenmiş yörüngeye geri dönecekti. Robotik kollar, bir kayayı kapmak da dahil olmak üzere çeşitli amaçlar için kullanılmaktadır. Canadarm 2, uzayda kullanılan gelişmiş bir robotik kol örneğidir. Canadarm 2 , yalnızca kargo uzay aracının Uluslararası Uzay İstasyonuna yanaşmasına yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda istasyon bakımını da gerçekleştirir. Robotik kollardaki ilerleme, asteroit yüzeyinde hassas numune toplama işlemi gerçekleştirmek için yapay asteroit yakalamaya yardımcı olur.

Ay uçuşu

Ay uçuşu , bir asteroidi yakalamak için de kullanılabilir. Bir asteroidin ay uçuşundan önceki ve sonraki yörüngeleri farklı Jacobi sabitlerine sahiptir. Tüm Jacobi sabit yörüngesindeki belli bir değere ulaştığında, asteroid yakalanır. Farklı uçuş öncesi Jacobi sabitlerinin yakalama bölgeleri sayısal olarak temsil edilebilir ve bu yakalama bölgeleri, asteroitin ay geçişleri tarafından yakalanıp yakalanmayacağını belirlemek için kullanılabilir ve bu, sonunda ephemerides modeli aracılığıyla doğrulanacaktır .

Yakalama motivasyonları

gezegen savunması

Yapay Asteroit Yakalama Görevleri, potansiyel olarak bilim adamlarının, dünyaya yakın nesnelere karşı gezegen savunmasıyla ilgili olarak birçok alanda önemli ilerleme kaydetmelerine izin verebilir:

  1. Demirleme. Yapay Asteroit Yakalama Görevleri, uzay aracının asteroitlere daha iyi bağlanmasına yardımcı olan ve böylece dünyaya yakın nesnelerin (NEO) sapması için daha fazla seçenek sunan daha güvenilir demirleme yeteneğinin geliştirilmesini sağlayacaktır.
  2. Yapısal Karakterizasyon. Asteroid Yakalama Görevleri, mühendislerin yapısal karakterizasyon yeteneğini geliştirmelerine yardımcı olacak. En olgun NEO saptırma teknolojilerinden biri Kinetik Etki yoluyladır, ancak NEO'nun durumu ve yapısı hakkında bilgi eksikliği nedeniyle etkinliği oldukça tahmin edilemez. NEO'nun yüzey malzemesini ve yapısını daha iyi karakterize edebilirsek, bir NEO'yu daha kesin bir şekilde yönlendirmek için Kinetik Etkiyi kullanabileceğiz.
  3. Toz Ortamı. Bilim adamları, NEO'ların toz ortamı hakkında bilgi edinecek ve tozun havaya kalkmasını ve yerleşme davranışlarını tetikleyebilecek güçleri daha iyi anlayacak. Bu bilgi, Yerçekimi Traktörü ve Konvansiyonel Roket Motoru gibi bazı NEO yönlendirme yaklaşımlarının tasarımında yardımcı olacaktır.

Asteroit kaynakları

Asteroit madenciliği , bir asteroit yakalamak için önemli bir nedendir. Nispeten kaynak bakımından fakir bir LL kondrit asteroidi, %20 demirin yanı sıra su, mineraller ve oksijen şeklinde önemli miktarda uçucu içerir. Bu kaynakları Dünya'ya geri getirmek mümkün olsa da, yüksek nakliye maliyeti ve Dünya'daki kaynakların bolluğu, yakın gelecekte asteroit alımının birincil hedefinin uzayda hemen kullanım olacağı anlamına geliyor. Asteroit madenciliğinin, bu kaynakları dünyadan göndermekten daha ucuz olması bekleniyor. Geleneksel kimyasal tahrik kullanarak, NASA tarafından yüksek bir ay yörüngesine bir kilogram kütlenin teslim edilmesinin 100 bin dolara mal olduğu tahmin ediliyor. Bu, 500 ton teslimat için 20 milyar dolarlık bir maliyet anlamına geliyor. Aynı miktarda malzemeyi yüksek bir ay yörüngesine taşıyan bir Asteroid Yakalama Misyonu, ideal olarak sadece 2,6 milyar dolara mal olacaktır.

Daha fazla keşif

Yapay Asteroit Yakalama Görevleri, bilim insanlarının uzaydaki diğer hedeflere daha fazla keşif için potansiyel olarak yararlı olabilecek teknolojiler geliştirmelerine yardımcı olabilir:

  1. Yörünge ve Navigasyon. Bilim adamları, bir asteroit gibi büyük bir kütleyi manevra yapma deneyiminden, farklı gök cisimlerinin yerçekimi alanlarında nasıl gezinecekleri hakkında bilgi edinebilirler. Yapay Asteroit Yakalama Görevleri, daha fazla uzay araştırması için gerekli olan büyük miktarda kaynak sağlamak için mükemmel bir kapasiteye de yardımcı olabilir.
  2. Numune Toplama ve Saklama Teknikleri. Yapay Asteroid Yakalama Görevleri, Asteroidlerden örnekler almamızı gerektirecek. Bu, her tür uzay araştırma görevi için faydalı olacak örnek toplama ve saklama tekniklerinin geliştirilmesine yardımcı olabilir.
  3. Yerleştirme Yeteneği. Uzaya yapılacak daha fazla araştırma, araçların, habitatların ve kargo modüllerinin kullanımına uyum sağlamak için çok daha sağlam yerleştirme yetenekleri gerektirecektir. Asteroit Yakalama Görevleri, mühendislerin bu yetenekleri geliştirmesine yardımcı olacaktır.

yerleşim için temel

Bilim adamları, yakalanan asteroitlerden toplanan su, oksijen ve metal gibi kaynakları kullanmanın verimli bir yolunu bulabilirlerse, bu asteroitler de insan yerleşimi için üs olma potansiyeline sahiptir. Bir asteroitin bol kütlesi, radyasyon koruma özellikleri nedeniyle bir habitat için değerli olabilir. Asteroitten çıkarılan metaller ve diğer malzemeler, habitatın inşası için hemen kullanılabilir. Asteroit yeterince büyükse, insan yerleşimi için tercih edilen bir miktar yerçekimi bile sağlayabilir.

Uluslararası işbirliği

Uluslararası bir panel, tüm asteroit alımlarını ve toplanan materyaller üzerindeki çalışmaları denetleyebilir ve geri alınan materyallerin dengeli, adil dağılımını sağlayabilir. Pahalı bir uzay ulusal programı olmayan ülkeler hala araştırma yapabilir.

Denemeler

NASA yönlendirme görevi

NASA Yönlendirme Misyonu'nun amacı, dünyaya yakın büyük bir asteroide robotik bir uzay aracı göndermek ve ardından yüzeyinden çok tonluk bir kaya toplamaktır. Astronotlar, kayadan örnekler alacak ve daha fazla bilimsel çalışma için onları Dünya'ya geri getirecekler ve sonunda, Dünya'ya çarpmaması için onu ayın etrafındaki yörüngeye yönlendireceklerdi. Ek olarak, asteroitlerle etkileşim, asteroitin iç yapısı hakkında çok yararlı veriler sağlayacak ve bu nedenle asteroitlerin malzemesi hakkında uzun süreli soruları çözecektir. Bu görev, robotik ve mürettebatlı uzay aracı operasyonlarını birleştirir ve başarılı olursa, NASA'nın Mars'a yolculuğu için gerekli olan temel yetenekleri gösterecektir. Ancak Beyaz Saray Uzay Politikası Direktifi 1, artan geliştirme maliyetlerini karşılamak için 11 Aralık 2017'de görevi iptal etti. Yine de, bu görev için güneş enerjisiyle tahrik, küçük dünyaya yakın asteroitlerin tespiti ve karakterizasyonu ve derin uzayda işbirliği yapmayan büyük nesneleri yakalama yeteneği gibi birçok büyük ilerleme gelecekte kullanılmaya devam edecek çünkü insan derin uzay araştırmaları için vazgeçilmezdirler.

OSIRIS-REx

OSIRIS-REx'in (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer) amacı, Bennu adlı Dünya'ya yakın bir asteroidin bir örneğini elde etmek ve Güneş Sisteminin oluşumu ve evrimi hakkında bilgi edinmek için NASA tarafından işletilmektedir. Osiris-REx 8 Eylül 2016'da fırlatıldı ve 3 Aralık 2018'de Bennu yakınlarına ulaştı. 20 Ekim 2020'de Bennu'ya ulaştı ve başarıyla numune topladı. Toplama işleminden önce, uzay aracı, asteroit yüzey kontaminasyonunu önlemek için temastan önce itici ateşlemelerini en aza indirmek için yavaşça alçaldı. Toplama işlemi sırasında, 2 cm'den küçük regolit partiküllerini numune alıcı kafasına üflemek için bir nitrojen patlaması serbest bırakıldı. Asteroitle olası bir çarpışmayı önlemek için işlem sadece 5 saniye sürdü.

Referanslar