보이저 1 호와 2 호 같은 탐사 우주선이 소행성대를 통과하는 이유는 무엇입니까?
나는 소행성에 부딪 힐 위험이 적다는 것을 알고 있지만 우주선이 보통 주 태양계 궤도면 에 머무르는 이유가 있는지 궁금합니다 .
답변
첫째, 공간은 절대적으로 거대합니다. 보이저 또는 다른 행성 외곽 임무 중 하나가 소행성에 부딪 힐 확률은 극히 미미했습니다.
둘째, 소행성대 자체는 실제로 황도면에 제한되지 않습니다. 많은 소행성은 상당한 경사를 가지고 있기 때문에 황도에서 벗어나는 것이 안전을 보장하지 않습니다.
셋째, 지구 이탈 궤적에 상당한 경사 변화를 통합하려면 많은 추가 성능이 필요했습니다. 발사기의 최대 성능과 보이저 우주선의 질량을 감안할 때 얼마나 많은 경사를 이룰 수 있었는지 머릿속에서 알 수는 없지만 사용 가능한 성능 마진이 그리 많지 않다고 생각합니다.
마지막으로 Voyagers의 목성 저공 비행 궤도는 목성의 중력을 사용하여 토성을 향해 새총을 쏠 필요가 있다는 이유로 크게 제한되었습니다. 경사 변경을 중력 보조 기동에 통합 할 수 있지만 (경사 지구에서 목성 다리에서 목성에서 토성 다리로 변경) 그렇게하면 다른 임무 매개 변수와 충돌 할 수 있습니다.
태양계의 케 플레 리안 궤적은 본질적으로 세 지점으로 정의되는 평면에 있어야합니다. 즉, 태양의 위치, 시작하는 위치, 우주선이 도착할 때 표적이 될 지점입니다. 행성은 황도에 가깝기 때문에이 평면은 일반적으로 행성 간 임무를 위해 황도에 가깝습니다.
그런 다음 연료는 소중하며 추력을 사용하여 비행기를 변경하려면 많은 연료가 필요합니다. 우주선이 황도면에서 실질적으로 빠져 나가는 유일한 방법 은 거대한 행성 의 중력 지원입니다 .
따라서 실제로 유일하게 사용 가능한 행성 간 궤적은 황도에 가깝습니다.
소행성 벨트는 토 로이드 형이며, 소행성은 황도면에 국한되지 않습니다. 위키 백과 의이 다이어그램은 대부분의 소행성이 10 ° 미만의 궤도 경사를 가지고 있지만 여전히 20 ° 정도까지 상당한 숫자가 있음을 보여줍니다.
이 궤도 경사도 ($i_p$) 대 편심 ($e_p$) 번호가 매겨진 메인 벨트 소행성의 경우 소행성 군을 나타내는 덩어리가 명확하게 표시됩니다.
또한 그 기사에서
소행성의 궤도 분포는 약 0.07의 편심과 4 ° 미만의 경사에서 최대에 도달합니다. 따라서 전형적인 소행성은 상대적으로 원형 궤도를 가지고 있고 황도면 근처에 있지만 일부 소행성 궤도는 매우 편심하거나 황도면 밖으로 잘 이동할 수 있습니다.
다음 다이어그램에서 볼 수 있듯이 대부분의 주 벨트 소행성의 평균 궤도 반경은 2.1AU와 3.25AU 사이에 있습니다.
벨트 위로 (또는 아래로) 이동하려면 우주선의 궤도가 최소 10 °의 경사를 가져야합니다. 그러나 3AU에서 10 °는 황도에서 약 0.52AU 또는 거의 7800 만 km에 달하며, 이는 특히 의도 한 목적지가 황도면에 가까울 경우 상당히 우회로입니다. 이러한 우회는 상당한 양의 궤도 에너지, 따라서 연료 소비를 나타냅니다.
그러나 다른 답변에서 이미 언급했듯이 그러한 우회는 매우 불필요합니다. 소행성대는 드물다. Wikipedia가 말했듯이,
소행성은 너무나 큰 부피에 퍼져있어서 조심스럽게 조준하지 않고는 소행성에 도달 할 가능성이 거의 없습니다.
소행성 사이의 평균 거리에 대한 일반적인 추정치는 약 1,000,000km (지구와 달 사이의 거리의 2.6 배)이지만 직경 1km 이상의 소행성에 대한 것입니다. 더 작은 물체에 대한 추정치가있을 수 있지만, 소행성대에서 물체 사이의 평균 거리는 얼마입니까?에 링크 된 기사에 유용한 정보가 있지만 찾기가 쉽지 않습니다 .
소행성대에는 그릿과 먼지의 평균 농도보다 더 높은 지역 이 있습니다 . 실용적이라면 피하는 것이 좋겠지 만 일반적인 우주선에 큰 위험을 초래하지는 않습니다. 애리조나 대학의 베테랑 소행성 사냥꾼 Tom Gehrels에 따르면 1997 년의 Scientific American 기사에서
어떤면에서 소행성대는 실제로 우리가 원하는 것보다 더 비어 있습니다. 1990 년대 초, 미국 항공 우주국 (National Aeronautics and Space Administration)은 갈릴레오 우주선이 목성으로가는 도중에 소행성 벨트를 통과하는 동안 소행성과 조우하기를 원했습니다. 그러나 갈릴레오의 경로를 따라 대략적으로 위치하는 물체를 찾는 데 약간의 노력이 필요했습니다. 이 물체에 도달하기 위해서는 특별한 조준이 필요했지만 그 결과 가스 프라라고 불리는 소행성의 첫 번째 클로즈업 뷰가 탄생했습니다.
소행성대에있는 물체의 수는 크기가 감소함에 따라 급격히 증가하지만, 마이크로 미터 크기에서도 파이오니어 우주선은 통과하는 동안 몇 번만 충돌했습니다.