Myšlenka vyhnout se dopadům asteroidů byla prominentně v mysli veřejnosti po celá desetiletí – zejména od vydání Deep Impact a Armageddon. Je ale použití jaderného výbuchu tím nejlepším způsobem, jak se vypořádat s potenciálně nebezpečnými vesmírnými kameny? Rozhodně ne. Pokud bude dostatek času, existuje mnohem efektivnější (a bezpečnější) způsob, jak se vypořádat s jakýmkoliv objektem na kolizním kurzu se Zemí – gravitační tahač. Nyní Dr. Yohannes Ketema z University of Minnesota vyvinul letový vzorec, díky kterému je tento nejjednodušší ze všech obranných mechanismů asteroidů mnohem efektivnější.
Gravitační traktory existují již nějakou dobu. Používají gravitaci umělého těla, aby přitáhli objekt k němu a mírně změnili jeho trajektorii. Po dlouhou dobu by to vytáhlo nebezpečný předmět z aktuální trajektorie na bezpečnější. Má také výhodu, že nevyžaduje žádný přímý dopad nebo výbuch na povrch samotného asteroidu. Vzhledem k tomu, že mnoho asteroidů jsou „hromady suti“, takové přímé kinetické impaktory nebo jaderné výbuchy by v nejlepším případě rozbily některé větší části objektu, ale v nejhorším případě by vytvořily řadu objektů s chaotickou trajektorií, které by mohly dopadat na Zemi v ještě vyšší rychlost.
Video UT o různých technikách zachycení asteroidu.
Gravitační traktory, které jsou navrženy tak, aby se takovým výsledkům předešlo, se dodávají v jedné ze čtyř variant. Stacionární verze zaparkuje poměrně těžkou sondu vedle předmětu a pomalu ji táhne do jiné trajektorie. Verze s halo orbitou má sondu pomalu kroužit objekt ve vzoru navrženém tak, aby jej tlačila v určitém směru. Zatímco první dvě techniky by k dosažení svých cílů využívaly tradiční chemické rakety, gravitační tahač vybavený solárními plachtami by se mohl pomalu přesunout do polohy, aby umožnil sondě odstrčit objekt z cesty. Konečně, konstelace sond by mohla spolupracovat a tlačit objekt na novou dráhu.
Práce Dr. Ketemy navrhuje použití upravené verze stacionární a halo oběžné dráhy. Nová oběžná dráha se nazývá „omezený Keplerianův pohyb“, který zahrnuje pohyb sondy zpět na konkrétní straně asteroidu, aby se pokusila co nejvíce ji přinutit určitým směrem. Původně Dr. Ketema navrhl toto řešení v článku v roce 2017 a nedávno vydal nové řešení, které zlepšuje oběžnou dráhu snížením hmotnosti požadované sondy.
Matematický graf omezené keplerovské pohybové oběžné dráhy navržený Dr. Ketemou v článku.
Kredit – Yohannes Ketema
K tomu se obrátil k matematické optimalizaci. V optimalizačních problémech existují cíle a omezení. V tomto případě byl jeden cíl (posunutí asteroidu z nebezpečné dráhy) a tři omezení: 1) Nenarážet přímo na asteroid, 2) Nenarážet do asteroidu tryskami, 3) Věnovat dostatek času gravitační traktor dělat svou práci. Nejlepší odhady pro toto třetí omezení se zdají být kolem deseti let. Takto dlouhé časové horizonty ukazují důležitost včasné detekce ve strategiích obrany asteroidů.
Tento časový faktor je také životně důležitý vzhledem k množství času, které by gravitačnímu traktoru trvalo, než ho dosáhne. Vzhledem k tomu, že hmotnost sondy je zásadním faktorem účinnosti nástroje, čím více paliva s ní shoří (tj. pokud sonda musela dorazit na místo rychle), tím méně bude účinná při vytažení asteroidu z kurzu.
Video Scotta Manleyho popisující gravitační traktory.
Poděkování – Scott Manley kanál YouTube
Aby otestoval svou optimalizační techniku, Dr. Ketema simuloval svůj nový styl gravitačního traktoru na existujícím asteroidu – 2007 VK184. I když brzy proletí blízko Země, tento asteroid ji nezasáhne. Ale umístěním gravitačního tahače vedle něj asi po deseti letech výpočty ukazují, že by se mohl přesunout na ještě bezpečnější oběžnou dráhu.
I s touto reálnou simulací je stále potřeba vyřešit několik zádrhelů. Za prvé, gravitační traktory nefungují dobře na větších objektech, protože jejich účinnost zcela závisí na tom, jak je jejich velikost v porovnání s objektem, který se snaží přesunout. Naštěstí většina větších asteroidů na nebezpečných drahách je již pečlivě sledována a nezdá se, že by v dohledné době směřovaly k Zemi. Konkrétnějším problémem modelování provedeného v tomto článku je to, že asteroidy nemají sférické gravitační pole, takže je obtížnější vypočítat nejlepší oběžnou dráhu pro jejich odklonění na bezpečnější kurz.
Koncept možného gravitačního traktoru.
Kredit: JPL
Jakýkoli asteroid, který by potenciálně představoval takové nebezpečí, by však byl velmi pečlivě prozkoumán. A každá sonda by pravděpodobně mohla mít gravitometr, který by studoval gravitační pole objektu v reálném čase a umožnil mu odpovídajícím způsobem upravit svou dráhu. Ale jakákoli výhoda, kterou by lidé získali po tomto potenciálně mimořádně zničujícím nebezpečí, stojí za čas strávený jejím vývojem.
Další informace:
arXiv - Hmotnostně optimalizovaný gravitační traktor pro vychylování asteroidů
UT - Jak můžete zachytit asteroid?
UT - Jak vychýlit asteroid s dnešní technologií
UT - Každý způsob, jak odrazit asteroid
Hlavní obrázek:
Umělcova koncepce gravitačního traktoru.
Kredit – Planetární zdroje
