Добыча астероидов и 3-й закон Ньютона
Представьте себе , человечество создало горнодобывающие объекты на NEO S
Некоторые из них отправить сырой руды непосредственно на другие станции обработки в пространстве, другие уточнить на сайте.
Все они используют систему, основанную на грузовых «снарядах», которые с помощью рельсовых пушек перебрасываются к месту назначения. Рядом с пунктом назначения «векторы» связываются с грузом, замедляют его и привозят.
Это экономично, поскольку в пункте назначения потребуется всего несколько векторов, в то время как могут быть сотни грузов, движущихся по разным траекториям, с таким темпом, чтобы возможен прием.
Проблема в том, что во время добычи астероида с NEO происходят регулярные запуски. Это означает, что астероид получает равный импульс в противоположном направлении. Его масса может быть в миллиарды раз больше груза, но она уменьшается по мере добычи и за годы эксплуатации и запусков орбита будет изменена.
Теперь, для некоторых астероидов, это может не быть проблемой, конечная орбита может быть рассчитана и быть безопасной.
Для некоторых других это может быть не так. Например, они могут быть и на стороне приема грузовых отправлений. Или окончательно измененная орбита может стать опасностью.
Есть ли другой способ стабилизировать орбиту, продолжая отправлять грузы без необходимости стрелять равной массой (может быть, отходов? Но будет ли достаточно отходов? На металлических астероидах, что может быть не так, как кажется) в противоположном направлении?
Параметр:
- Наша собственная солнечная система.
- Производство электроэнергии доступно по низкой цене. Стрельба из рельсовой пушки более одного раза для стабилизации астероида не будет проблемой.
- Ионно-химические тяговые двигатели, такие как те, что используются в векторах, доступны, но их использование намного дороже, чем рельсовые пушки.
- Небольшое изменение орбиты не проблема. Векторы подстроятся под это, если нужно будет привезти груз. Может быть, за годы работы случится крупный.
Ответы
В принципе, вы могли бы прикрепить к астероиду солнечный парус, чтобы стабилизировать орбиту, но я не думаю, что это было бы необходимо.
В конечном итоге вы не собираетесь запускать все свои полезные грузы в одном направлении - даже если все они направляются в один и тот же пункт назначения, этот пункт назначения, по-видимому, будет на солнечной орбите, отличной от вашей, и ваши относительные положения будет меняться при движении вокруг солнца. Поэтому изменения на вашей орбите в результате запусков со временем будут иметь тенденцию отменяться, и изменения орбиты в любом случае вряд ли будут проблемой; вероятность столкновения с чем-либо очень мала, и вы сможете заранее предсказать изменения орбиты и учесть их при планировании входящих грузов.
Более того, всегда существует несколько орбитальных маршрутов, по которым ваши полезные грузы будут доставлены из любой точки Солнечной системы в любую другую; поскольку орбиты являются эллипсами, а не прямыми линиями, вы можете выбрать прямую орбиту, которая доставит вас туда как можно быстрее, или менее прямую, которая займет больше времени (возможно, даже если полезная нагрузка будет вращаться по орбите вокруг Солнца несколько раз, прежде чем достигнет цели ), и это дает вам большую гибкость в отношении того, в каком направлении запускается та или иная полезная нагрузка. Таким образом, даже в маловероятном случае, если ваша орбита угрожает стать опасностью, у вас всегда будет возможность дать ей толчок в более безопасном направлении. , хотя и за счет того, что некоторые ваши полезные грузы прибудут в пункт назначения в потенциально менее удобное время.
Планировать все это может быть непросто, но это должно быть выполнимо. В худшем случае вам иногда приходится жертвовать полезной нагрузкой, чтобы внести коррекцию орбиты, которую нельзя приспособить иным образом, но это не должно происходить часто, и, вероятно, совсем не обязательно.
Импульс - это масса, умноженная на скорость. Вы всегда можете использовать сколь угодно малую реактивную массу при условии, что вы стреляете на достаточно высокой скорости. Просто используйте более медленные орудия для полезного груза и высокоскоростные орудия для исправлений.
Есть ли другой способ стабилизировать орбиту, продолжая отправлять грузы, без необходимости стрелять равной массой в противоположном направлении?
Вам не нужно стрелять равной массой. Импульс придает$m\Delta v$.
Допустим, вы снимаете массу 1 с помощью $\Delta v$ 100, вы можете нейтрализовать переданный импульс, стреляя в противоположном направлении балластной массой 100 с $\Delta v$ 1. Это означает, что балласт не покинет астероид, поскольку он не достигнет космической скорости, а также потребует меньше энергии: помните, что кинетическая энергия идет как $1/2mv^2$, поэтому, чтобы стрелять, вам понадобится $0.5\cdot 1 \cdot 100^2 = 5000$ а чтобы расстрелять балласт, вам понадобится $0.5 \cdot 100 \cdot 1^2 = 50$.
переместить стартовую площадку
Фактически вы можете использовать запуски, чтобы максимально скорректировать траекторию астероидов. Однако вам нужно иметь возможность перемещать стартовую площадку. Если можете, это может помочь вам, а не дестабилизировать.
Да, используйте флот больших кораблей с солнечными парусами для переброски материала на любую орбиту и обратно. Это займет много времени, но возможно. Практически, возможно, нет, но возможно, да.
Грузы могли запускаться в разные моменты вращения, так что общая сумма отклонений равнялась нулю. Вы по-прежнему будете терять импульс от астероида из-за потери массы, но я думаю, что в принципе можно было бы вычислить направление приземлений и полетов, чтобы вывести астероид на любую разрешенную орбиту. Просто чтобы привести пример. Предположим, что два космических корабля отправляются в один и тот же момент и с одинаковым количеством движения, но с противоположных сторон от астероидов и в противоположных направлениях. У них общее отклонение будет нулевым.
Вам также не нужна равная масса, идущая в противоположном направлении, потому что все, что вам нужно, это убедиться, что астероид остается на «безопасной» орбите, а не на «той же». На самом деле меня не удивило бы, если бы в большинстве случаев этого можно было достичь даже при доставке руды в ее обычное место назначения, рассчитав выстрел. То есть посылать его с другой скоростью по неоптимальной траектории. Руда все еще попадает туда, где она нужна, и катастрофа предотвращается.
Вы думаете об инерции, но я думаю, что в данном случае самым важным вопросом является гравитация.
Я имею в виду, что если мы стреляем той же массой в ОСЗ, это действие «стрельбы» создаст импульс, но есть сила тяжести ОСЗ и Земли.
Я думаю, что гравитация Земли будет почти такой же в процессе, но гравитация NEO изменится, и когда гравитация NEO низкая, если мы снимаем ее чем-либо, орбита NEO без сомнения изменится
Поэтому я не думаю, что есть какой-либо способ стабилизации на 100%.