Projekt Lyra, eine Mission, um diesen interstellaren Asteroiden zu jagen

Anonim

Zurück im Oktober, die Ankündigung, dass der erste interstellare Asteroid eine Aufregung ausgelöst hat. Seit dieser Zeit haben Astronomen Beobachtungen des Objekts, das als 1I / 2017 U1 (alias 'Oumuamua) bekannt ist, durchgeführt und einige ziemlich interessante Dinge darüber notiert. Zum Beispiel wurde festgestellt, dass der Asteroid durch schnelle Veränderungen seiner Helligkeit steinig und metallisch und eher seltsam geformt ist.

Beobachtungen der Umlaufbahn des Asteroiden haben auch gezeigt, dass er im September 2017 der Sonne am nächsten ist und sich derzeit auf dem Weg zurück zum interstellaren Raum befindet. Aufgrund der Mysterien, die dieser Körper besitzt, gibt es diejenigen, die befürworten, dass er abgefangen und erforscht wird. Eine dieser Gruppen ist das Projekt Lyra, das kürzlich eine Studie veröffentlicht hat, in der die Herausforderungen und Vorteile einer solchen Mission beschrieben werden.

Die Studie, die kürzlich online unter dem Titel "Projekt Lyra: Senden eines Raumfahrzeugs an 1I / 'Oumuamua (ehemals A / 2017 U1), der interstellare Asteroid" erschien, wurde von Mitgliedern der Initiative für interstellare Studien (i4iS) durchgeführt - a Freiwilligenorganisation, die sich dafür einsetzt, interstellare Raumfahrt in naher Zukunft Wirklichkeit werden zu lassen. Die Studie wurde von Asteroid Initiatives LLC unterstützt, einem Asteroiden-Suchunternehmen, das sich der Erleichterung der Exploration und kommerziellen Nutzung von Asteroiden verschrieben hat.

Zur Erinnerung: Als Oumuamua zum ersten Mal am 19. Oktober 2017 von Astronomen beobachtet wurde, die das Panorama-Vermessungsteleskop und das Schnellreaktionssystem der Universität von Hawaii (Pan-STARRS) verwendeten, wurde das Objekt (damals bekannt als C / 2017 U1) ursprünglich angenommen sei ein Komet. Spätere Beobachtungen ergaben jedoch, dass es sich tatsächlich um einen Asteroiden handelte, der in 1I / 2017 U1 (oder 1I / `Oumuamua) umbenannt wurde.

Nachfolgende Beobachtungen, die mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO durchgeführt wurden, konnten die Größe, Helligkeit, Zusammensetzung, Farbe und Umlaufbahn des Asteroiden einschränken. Diese enthüllten, dass 'Oumuamua eine Länge von etwa 400 Metern (1312 Fuß) hatte, sehr lang gestreckt ist und sich alle 7, 3 Stunden um seine Achse dreht - was sich an der Helligkeit des Lichts um den Faktor 10 ablesen lässt.

Es wurde auch festgestellt, dass es felsig und metallreich ist und Spuren von Tholinen enthält - organische Moleküle, die mit UV-Strahlung bestrahlt wurden. Der Asteroid hat auch eine extrem hyperbolische Umlaufbahn - mit einer Exzentrizität von 1, 2 -, die ihn derzeit aus unserem Sonnensystem bringt. Vorläufige Berechnungen seiner Umlaufbahn zeigten auch, dass es ursprünglich aus der allgemeinen Richtung von Vega kam, dem hellsten Stern im nördlichen Sternbild der Lyra.

Da dieser Asteroid eine extra-solare Natur ist, könnte uns eine Mission, die in der Lage wäre, sie näher zu studieren, sehr viel über das System, in dem sie sich gebildet hat, sagen. Die Ankunft in unserem System hat auch das Bewusstsein für extra-solare Asteroiden geweckt, eine neue Klasse interstellarer Objekte, die nach Schätzungen der Astronomen in unserem System mit einer Rate von ungefähr einem Jahr pro Jahr ankommen.

Aus diesem Grund glaubt das Team hinter Project Lyra, dass das Studium von 1I / `Oumuamua eine einmalige Chance wäre. Wie sie in ihrer Studie angeben:

"Da Oumuamua die nächste makroskopische Probe interstellaren Materials ist, wahrscheinlich mit einer Isotopensignatur, die sich von jedem anderen Objekt in unserem Sonnensystem unterscheidet, sind die wissenschaftlichen Erträge aus der Probenahme des Objekts schwer zu bestimmen. Detaillierte Untersuchung interstellarer Materialien bei interstellaren Entfernungen sind wahrscheinlich Jahrzehnte entfernt, selbst wenn beispielsweise das Projekt Starshot von Breakthrough Initiatives energisch verfolgt wird, und eine interessante Frage ist, ob es eine Möglichkeit gibt, diese einmalige Gelegenheit zu nutzen, indem ein Raumschiff nach Oumuamua geschickt wird, um Beobachtungen zu machen Angebot."

Aber die Begegnung mit diesem Asteroiden birgt natürlich viele Herausforderungen. Das offensichtlichste ist das der Geschwindigkeit, und die Tatsache, dass 1I / `Oumuamua bereits aus unserem Sonnensystem heraus ist. Basierend auf Berechnungen der Umlaufbahn des Asteroiden wurde festgestellt, dass 1I / Oumuamua mit einer Geschwindigkeit von 26 km / s unterwegs ist - was 95.000 km / h (59.000 mph) ergibt.

Keine Mission in der Geschichte der Weltraumforschung ist so schnell gereist, und die bisher schnellsten Missionen konnten nur etwa zwei Drittel dieser Geschwindigkeit bewältigen. Dies beinhaltet das schnellste Raumschiff, um das Sonnensystem (Voyager 1) zu verlassen und das schnellste Raumschiff beim Start (die Mission New Horizons). Es wäre daher eine große Herausforderung, eine Mission zu schaffen, die es schaffen könnte. Wie das Team schrieb:

"Dies ist wesentlich schneller als jedes Objekt, das die Menschheit je ins All geschossen hat. Die Voyager 1, das schnellste Objekt, das die Menschheit jemals gebaut hat, hat eine hyperbolische Übergeschwindigkeit von 16, 6 km / s." "Oumuamua verlässt bereits unser Sonnensystem Jegliches Raumfahrzeug, das in Zukunft gestartet wird, müsste es verfolgen. "

Wie sie jedoch weiter ausführen, würde die Bewältigung dieser Herausforderung unweigerlich zu wesentlichen Innovationen und Entwicklungen in der Weltraumforschungstechnologie führen. Offensichtlich müsste der Start einer solchen Mission früher oder später erfolgen, angesichts der schnellen Reisegeschwindigkeit des Asteroiden. Aber jede Mission, die in einigen Jahren auf den Weg gebracht wird, kann spätere technische Entwicklungen nicht nutzen.

Der berühmte Schriftsteller Paul Glister, einer der Gründer der Tau Zero Foundation und der Erfinder von Centauri Dreams, bemerkte auf seiner Website:

"Die Herausforderung ist gewaltig: 1I / 'Oumuamua hat eine hyperbolische Übergeschwindigkeit von 26 km / s, was zu einer Geschwindigkeit von 5, 5 AE / Jahr führt. Sie wird innerhalb von zwei Jahren jenseits der Saturnbahn liegen. Dies ist viel schneller als jede Objektmenschheit ist jemals in den Weltraum gestartet. "

Daher würde jede Mission, die auf 1I / Oumuamua durchgeführt wird, drei bemerkenswerte Kompromisse mit sich bringen. Dazu gehören der Kompromiss zwischen Reisezeit und Delta V (dh die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs), der Kompromiss zwischen dem Startdatum und der Reisezeit und der Kompromiss zwischen dem Startdatum / Reisezeit und der charakteristischen Energie. Die charakteristische Energie (C3) bezieht sich auf das Quadrat der hyperbolischen Übergeschwindigkeit oder die Geschwindigkeit im Unendlichen in Bezug auf die Sonne.

Last but not least ist der Kompromiss zwischen der Übergeschwindigkeit des Raumfahrzeugs beim Start und seiner Übergeschwindigkeit gegenüber dem Asteroiden während der Begegnung. Überschüssige Geschwindigkeit ist beim Start vorzuziehen, da dies zu kürzeren Laufzeiten führt. Aber eine hohe Übergeschwindigkeit während der Begegnung würde bedeuten, dass das Raumfahrzeug weniger Zeit hätte, Messungen durchzuführen und Daten über den Asteroiden selbst zu sammeln.

Zusammenfassend betrachtet, betrachtet das Team verschiedene Möglichkeiten, um ein Raumfahrzeug zu konstruieren, das auf ein impulsives Antriebssystem angewiesen ist (dh eines mit einem ausreichend kurzen Schub). Außerdem gehen sie davon aus, dass diese Mission keine planetaren oder solaren Vorbeiflüge mit sich bringen würde und direkt nach Ii / Oumuamua fliegen würde. Daraus ergeben sich einige grundlegende Parameter, die sie dann auslegen.

"Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Schwierigkeit, 1i / 'Oumuamua zu erreichen, eine Funktion des Zeitpunkts zum Starten, der hyperbolischen Übergeschwindigkeit und der Missionsdauer ist", geben sie an. "Zukünftige Missionsdesigner müssten geeignete Kompromisse zwischen diesen Parametern finden. Für einen realistischen Starttermin in 5 bis 10 Jahren liegt die hyperbolische Übergeschwindigkeit bei einer Fernbegegnung in der Größenordnung von 33 bis zu 76 km / s weit über Pluto hinaus (50-200AU). "

Last but not least betrachten die Autoren verschiedene Missionsarchitekturen, die derzeit entwickelt werden. Dazu gehören diejenigen, die der Dringlichkeit Priorität einräumen (dh innerhalb weniger Jahre starten), wie das Space Launch System (SLS) der NASA, von dem sie behaupten, dass es die Planung der Mission vereinfachen würde. Ein weiteres Beispiel ist die Big Falcon Rocket (BFR) von SpaceX, von der sie behaupten, dass sie bis 2025 eine Direktmission ermöglichen könnte, dank der Technik, mit der sie im Weltraum betankt werden.

Diese Art von Missionen würde jedoch auch einen Jupiter-Vorbeiflug erfordern, um eine Schwerkraftunterstützung bereitzustellen. Mit Blick auf längerfristige Techniken, die fortschrittlichere Technologien betonen würden, betrachten sie auch Sonnensegel-getriebene Technologie. Dies wird durch das Starshot-Konzept von "Breakthrough Initiatives" veranschaulicht, das Missionsflexibilität und die Fähigkeit bietet, auf zukünftige unerwartete Ereignisse schnell zu reagieren.

Während dieser Ansatz warten würde, die Möglichkeit zukünftiger Begegnungen mit einem interstellaren Asteroiden, würde dies eine schnelle Reaktion ermöglichen und eine Mission, die die Gravitationshilfe überflüssig machen würde. Es könnte auch ein besonders attraktives Missionskonzept ermöglichen, das winzige Schwärme von Sonden zum Rendezvous mit dem Asteroiden sendet. Während dies erhebliche Investitionen nach sich ziehen würde, würde der Wert der Infrastruktur die Kosten rechtfertigen, behaupten sie.

Am Ende stellte das Team fest, dass weitere Forschung und Entwicklung notwendig sind, was die Bedeutung von Project Lyra unterstreicht. Als sie folgerten:

"(A) Mission zu dem Objekt wird die Grenze dessen, was heute technisch möglich ist, zu dehnen. Eine Mission mit konventionellen chemischen Antriebssystem wäre möglich mit einem Jupiter Flyby zur Schwerkraft-assistieren in eine enge Begegnung mit der Sonne. Mit den richtigen Materialien, Sonnensegel-Technologie oder Laser-Segel könnten verwendet werden

.

Zukünftige Arbeiten im Projekt Lyra werden sich darauf konzentrieren, die verschiedenen Missionskonzepte und Technologieoptionen detaillierter zu analysieren und zwei bis drei vielversprechende Konzepte für die weitere Entwicklung auszuwählen. "

Es ist ein uraltes Axiom, dass gewaltige Herausforderungen für Innovation und Veränderung unerlässlich sind. In dieser Hinsicht hat das Erscheinen von Oumuamua in unserem Sonnensystem das Interesse an der Erforschung interstellarer Asteroiden geweckt. Und während eine Möglichkeit, diesen Asteroiden zu erkunden, in den nächsten Jahren vielleicht nicht möglich sein wird, könnte die Ankunft zukünftiger felsiger Eindringlinge in unserem System gerade erreichbar sein.

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