Лазерная абляция астероидов
Предлагаемый метод отклонения астероидов

Лазерная абляция астероидов — это предлагаемый метод отклонения астероидов , включающий использование лазерной решетки для изменения орбиты астероида . Лазерная абляция работает путем нагревания вещества достаточно, чтобы позволить газообразному материалу выброситься, либо путем сублимации (твердое тело в газ), либо путем испарения (жидкость в газ). Для большинства астероидов этот процесс происходит в диапазоне температур от 2700 до 3000 К (2430–2730 °C; 4400–4940 °F). Выбрасываемый материал создает тягу , которая в течение длительного периода времени может изменить траекторию астероида. [1] В качестве доказательства концепции в небольшом масштабе Трэвис Браширс, исследователь из Лаборатории экспериментальной космологии Калифорнийского университета в Санта-Барбаре под руководством доктора Филиппа Любина, уже экспериментально подтвердил, что лазерная абляция может раскручивать и раскручивать астероид. [2]

Необходимость отклонения астероида

Современные люди, или Homo sapiens , существуют уже около 200 000 лет. Для сравнения, динозавры жили на Земле более 100 миллионов лет, прежде чем астероид Чикскулуб уничтожил их. Астероиды все еще могут представлять серьезную угрозу для каждого крупного города на Земле и даже для всего нашего вида. [3] [ ненадежный источник? ]

Челябинский метеорит

В феврале 2013 года Челябинский метеор взорвался на высоте 30 километров над западной Россией. Метеор, который весил около 6,8 килотонн (15 × 10 6  фунтов), по оценкам, двигался со скоростью 18 км/с (40 000 миль/ч) и вошел в атмосферу Земли под углом 20 градусов. [4] Взрыв был в 20–30 раз сильнее, чем бомба, сброшенная на Хиросиму; образовавшаяся ударная волна разбила окна на земле и ранила около 1500 человек. Из-за относительно небольшого угла падения метеора он взорвался высоко в атмосфере Земли. Однако, если бы метеор достиг поверхности Земли или взорвался ниже в атмосфере, результаты могли бы быть катастрофическими.^

Обнаружение

Несмотря на усилия NASA по обнаружению околоземных объектов (NEO), Челябинский метеор остался незамеченным. В последние годы NASA в партнерстве с Европейским космическим агентством наращивает усилия по отслеживанию всех околоземных объектов, которые могут пересечь орбиту Земли. [5] На своем веб-сайте NASA опубликовало публичный список всех известных околоземных объектов, которые представляют потенциальный риск столкновения. [6] Однако список остается неполным, и вопрос о том, что делать в случае неминуемого столкновения, остается без ответа.

Политика отклонения

Лазерная абляция является многообещающим методом, поскольку он позволяет перенаправить астероид, не разбивая его на более мелкие части, каждая из которых может представлять свою собственную угрозу для Земли. Ядерный ударник является еще одним предложенным методом отклонения астероидов, но он менее многообещающий, чем лазерная абляция, как по политическим, так и по техническим причинам:

  • Взрыв астероида может привести к образованию множества более мелких фрагментов астероида, каждый из которых может быть столь же разрушительным, как и более крупный астероид. [ сомнительно – обсудить ]
  • Взрыв атомной бомбы высоко в атмосфере Земли может вызвать непредвиденные последствия. [ сомнительно – обсудить ]
  • Договор о космосе — договор холодной войны, подписанный в 1967 году, запрещающий размещать в космосе оружие [ релевантно? ] . Он эффективно [ требуется ссылка ] блокирует любую исследовательскую группу от экспериментальной проверки метода ядерного удара. [ сомнительно – обсудить ]

Лазерная абляция уже проходит экспериментальные испытания в лабораториях как метод отклонения астероидов, и есть планы начать испытания на Международной космической станции (МКС) и на низкой околоземной орбите .

Избежание столкновения с астероидом

Короткодействующая лазерная абляция используется для проверки и исследования эффективности мощного термического рентгеновского импульса, который будет испускаться при детонации ядерного взрывного устройства, находящегося на расстоянии от астероида. Исследования с этой целью были проведены в 2015 году путем воздействия на обычные фрагменты метеорита настроенных лазерных импульсов, предоставленных Национальной лабораторией Сандия . [7]

В эксплуатации

  1. Лазерная решетка фокусируется на целевом астероиде.
  2. Лазер нагревает поверхность астероида до чрезвычайно высоких температур: 3000 К (2730 °C; 4940 °F). [1]
  3. Материал на поверхности астероида разрушается и выбрасывается прочь от астероида.
  4. Третий закон Ньютона гласит, что для любого действия существует равная и противоположная реакция. Когда материал становится газом, он отталкивается от астероида и, согласно третьему закону Ньютона, он также отталкивает астероид с равной силой, называемой тягой .
  5. Второй закон Ньютона гласит, что сила равна массе, умноженной на ускорение, или F=ma. Хотя тяга на астероиде мала по сравнению с массой астероида, по второму закону Ньютона все равно будет небольшое ускорение.
  6. Со временем небольшое ускорение астероида значительно меняет его траекторию . Как только астероид больше не находится на пути столкновения с Землей, лазер можно убрать.
  7. Отклонение астероида с помощью лазерной абляции, вероятно, займет от 1 до 10 лет, в зависимости от ряда факторов. [8]

Предлагаемые системы

Существует два типа предлагаемых систем лазерной абляции астероидов: stand-on и stand-off. Основное различие заключается в размере и положении используемой лазерной решетки. [1] [8]

Система отталкивания

Система stand-off представляет собой большой массив лазеров, который будет вращаться вокруг Земли или, возможно, Луны. Он будет варьироваться от приблизительно размера МКС до примерно в 10 раз больше. Система сможет отклонять даже самые большие астероиды, которые могут быть в поперечнике сотни километров, [9] а также в идеале сможет нацеливаться на несколько астероидов одновременно, если это необходимо. Хотя эта система будет наиболее эффективна против самых разных угроз, ее размер и, следовательно, ее стоимость делают ее нереалистичным вариантом для ближайшего будущего. Реализация этого типа системы, вероятно, потребует сотрудничества и взаимодействия нескольких правительств и агентств. [8]

Сила лазера

Более сильный лазер может создать большую тягу на астероиде. Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре экспериментально смоделировали время, которое потребуется для перенаправления астероида среднего размера с использованием лазеров разной мощности. Самым сильным протестированным лазерам гипотетически может потребоваться менее года, чтобы перенаправить астероид на безопасное расстояние от Земли, в то время как самым слабым лазерам может потребоваться до 10 лет. [8]

  • Преимущество слабого лазера в том, что для его питания требуется меньше энергии и, как следствие, он стоит дешевле, чем лазер большей мощности.
  • Преимущество сильного лазера в том, что он не зависит от нашей способности предсказывать столкновения на годы вперед. Астероиды трудно отслеживать, а столкновения еще труднее предсказать; сильный лазер обеспечивает большую защиту.

Выбор оптимальной мощности лазера — это вопрос баланса стоимости, энергопотребления и желаемого уровня защиты.

Источник питания

Обычно такие системы требуют значительного количества энергии. Для космических систем это может потребовать либо какой-то формы ядерной энергии, либо энергии от спутника космической солнечной энергии . Многие сторонники космической солнечной энергии представляют, что одним из преимуществ такой инфраструктуры является возможность отклонять астероиды и кометы, изменять их траекторию для эксплуатации посредством добычи астероидов , а также для межзвездного движения на основе лазерного паруса .


Ссылки

  1. ^ abc Любин, Филипп (апрель 2015 г.). Эффективная планетарная оборона с использованием направленной энергии (PDF) . 4-я конференция IAA по планетарной обороне.
  2. ^ Группа экспериментальной космологии Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB Experimental Cosmology Group) (2015-07-31), De-Spinning and Spinning Up Disc-like Asteroid , получено 2016-01-29
  3. ^ «Как (и почему) SpaceX колонизирует Марс — подождите, но почему». waitbutwhy.com . 16 августа 2015 г. Получено 2016-02-07 .
  4. ^ Каплан, Карен (27.03.2013). «Русский метеор, «смертельный камень из космоса», звезда «Новой». Los Angeles Times . ISSN  0458-3035 . Получено 01.02.2016 .
  5. ^ "Офис НАСА координирует обнаружение астероидов и снижение опасности". NASA/JPL . 7 января 2016 г. Получено 01.02.2016 .
  6. ^ "Current Impact Risks". neo.jpl.nasa.gov . Архивировано из оригинала 31 декабря 2014 г. Получено 2016-02-01 .
  7. ^ Надис, Стив (21 января 2015 г.). «Как остановить астероид-убийцу». Журнал Discover .
  8. ^ abcd Любин, Филип (август 2013 г.). «Планетарная защита направленной энергией» (PDF) . SPIE Optics + Photonics, Сан-Диего . Получено 6 февраля 2016 г. .
  9. ^ "Астероиды – Факты и информация об астероидах". Space.com . Получено 2016-02-07 .
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Абляция_астероидов_лазерами&oldid=1240346467"