Догнать ?Oumuamua! Проект «Лира» +20



Эта публикация является несколько запоздавшей новостью, по следам двух предыдущих статей об ?Oumuamua на Гиктаймс. Тем не менее найти её упоминания в предыдущих статьях и комментариях мне не удалось.

Ссылки на предыдущие статьи об ?Oumuamua уважаемого участника с ником akurilov:

1. Свидание с ?Oumuamua. Впервые открыт межзвёздный объект в Солнечной Системе
2. Первый открытый межзвёздный объект оказался необычным


Первоначально новость мне попалась совсем случайно, на отечественном, не вызывающем никакого доверия, сайте, и с ошибкой в аббревиатуре SLS. Это настораживало, но я всё же попытался найти источник новости. При поиске выпало ещё несколько сайтов с той же ошибкой, но пусть их. Важно то, что Гугл знает всё, и тайное стало явным.

Одна из ссылок привела на опубликованный 8 Nov 2017 абстракт «Project Lyra: Sending a Spacecraft to 1I/'Oumuamua (former A/2017 U1), the Interstellar Asteroid». На этой же странице доступен и полный текст этой работы.

Небольшой, всего 10 страниц, обзор потенциально возможных вариантов догнать уже улетающего межзвёздного скитальца подготовлен, в основном, британскими учёными из
Initiative for Interstellar Studies (Bone Mill, New Street, Charfield, GL12 8ES, United Kingdom) с участием одного американца — Marshall Eubanks из Asteroid Initiatives LLC

Я не настолько хорошо знаю английский и разбираюсь в поднятых вопросах, но важно то, что догнать ?Oumuamua оказалось принципиально возможно с технологиями, которые, вероятно, станут доступны в ближайшие десять лет. Запуск зонда к астероиду будет возможен либо на SLS, либо на БФР, с заправкой верхней ступени на НОО. Разумеется, ни Senate Launch System, ни БФР обеспечить необходимую скорость для зонда самостоятельно не могут. Ещё одна интересная деталь состоит в том, что проект может стать международным, и при всём моём скептицизме, Россия могла бы в нём принять участие.

Сейчас проект на самых начальных этапах, тем не менее производится моделирование траектории для разных вариантов.

Под катом несколько графиков из этого обзора.






С моей точки зрения самый большой интерес в этой работе представляет список из 17 источников, в которых описываются разные методы для разгона зонда до необходимой скорости. Разумеется, не все из них общедоступны. Я буду благодарен тем, кто сможет расширить данную новость в комментариях или в новых постах.

Вы можете помочь и перевести немного средств на развитие сайта



Комментарии (46):

  1. caveeagle
    /#10464163

    Догнать можно, но зачем? В прошлой статье была цитата:

    Авторы также оценивают частоту встречаемости таких объектов — в радиусе 1 АЕ от Солнца в каждый момент времени должен находится по крайней мере один объект размером до 250 м в поперечнике.

    Может, проще усовершенствовать алгоритмы поиска, и найти новый, на подлётной траектории? Исследовать который будет намного проще.

    • vassabi
      /#10464201

      а если хорошо прицелиться, то достаточно будет просто оказаться на его пути — чтобы потом исследовать характеристики вспышки.

    • Valerij56
      /#10464203

      Судя по результатам спектрального анализа состав реголита ?Oumuamua значительно отличается от того, что мы предполагаем увидеть на астероидах и в метеоритах. Мы сейчас не знаем ни причины этого, ни того, насколько часто встречаются подобные астероиды. Кроме того, создание системы, использующей для ускорения зондов сверхмощный лазерный луч позволяет посылать рои таких зондов и к каждому из найденных в будущем подобных астероидов, и не только к ним.

      • Nedder
        /#10464297

        Такие случаев (мы предполагали то-то, а обнаружили совсем другое) в исследованиях космоса встречается очень часто и скорее правило, чем исключение.

        • Valerij56
          /#10464323

          Это правда. Поэтому и хранят оригиналы сделанных наблюдений, потому, что новый взгляд на старые снимки может позволить увидеть на них что-то нвое, то, что в своё время не разглядели.

    • black_semargl
      /#10465085

      В цитате «таких» = межзвёздных.
      А сколько из них представляющих длинный стержень с отношением длина: диаметр 10:1 — большой вопрос…

  2. Valerij56
    /#10464213

    Добавил опрос по поводу публикации перевода обзора в этом сообщении или отдельным постом. Голосуйте, пожалуйста.

  3. Nedder
    /#10464301

    С каждым днем объект удаляется все дальше и дальше. Скорость его выше, чем Земля может похвастаться. Но даже если завтра появиться двигатель с 50-60 км\с, есть банальный вопрос — как найти объект в процессе полета. Траектория его известна приблизительно.

    Сравнительно новый проект «Новые горизонты», запущенный в 2006 г. к Плутону, выполнял 6 (шесть) коррекций двигателями. И это к такому крупному объекту как Плутон, орбита которого были известна давно и измерена многократно.

    При самом лучшем раскладе зонд для исследования объекта проскочит мимо него на расстоянии в 100-200 тыс км. на огромной скорости, мало что успев увидеть и рассмотреть.

    Единственное — остается ждать, когда появятся двигатели хотя бы со скоростью 100-200 км\с, с возможностью торможения. А пока — улыбаемся и машем.

    • BlackMokona
      /#10464309

      В космосе макс скорость ограничена скоростью света, а не двигателем

      • Zenitchik
        /#10464579

        Скорость ракеты ограничена удельным импульсом двигателя и запасом рабочего тела (для химических — топлива).
        Формулу Циолковского видели?

        • BlackMokona
          /#10464819

          И как двигатель ограничивает запас рабочего тела?

          • Zenitchik
            /#10464827

            Где Вы увидели, что он его ограничивает?

          • don_ikar
            /#10464995 / +1

            Запас рабочего тела ограничивает запас рабочего тела. Ибо чем большую массу мы разгоняем, тем больше топлива требуется. А топливо — это дополнительная масса. Sad but true.

            • Zenitchik
              /#10465091

              А топливо — это дополнительная масса.

              На этом Вы акцентируете совершенно зря. Потому что этот эффект уже учтён в формуле Циолковского.
              Проблема в том, что массовое совершенство ступени не безгранично. В какой-то момент запас ХС станет нельзя увеличивать за счёт массового совершенства ступени, придётся ставить вторую ступень. А значит, общая масса будет расти. А эту самую общую массу надо как-то на НОО поднять. А носители есть те, которые есть.

              • don_ikar
                /#10465157

                Вы правы, разумеется. Я просто акцентировал внимание BlackMokona на наиболее популяризированной проблеме, если так можно выразиться. Хоть, возможно, и не на самой главной.
                Вот здесь хорошо рассказывается про т.н. «деспотизм ракетного уравнения».

                • Zenitchik
                  /#10465811

                  Я к тому, что если бы массовое совершенство могло быть любым, то можно было бы вписать в наши любимые 22500 кг очень маленький аппарат и безумно большой запас ХС. Но увы, так не бывает.

      • Mesklin
        /#10464583

        На данный момент максимальная скорость для человечества ограничена именно двигателем, нам до достижения каких-то жалких 100 км/с (по космическим меркам) характеристической скорости как пешком до Пекина, куда уж там о значимых долях скоростей света говорить

    • Rumlin
      /#10464315 / +1

      Смысл как в мультфильме «Голубой метеорит»: «Пока он мчится — поторопись учиться».
      Этот громко поставил задачу. Будет другой и к решению этой задачи надо работать.

    • Valerij56
      /#10464327

      С каждым днем объект удаляется все дальше и дальше. Скорость его выше, чем Земля может похвастаться. Но даже если завтра появиться двигатель с 50-60 км\с, есть банальный вопрос — как найти объект в процессе полета. Траектория его известна приблизительно.
      Уважаемый Nedder, вы просто предвосхищаете вопросы, поднятые в этом обзоре. Вариантов решения, в принципе, два — послать аппарат, который способен найти уходящий астероид, скорректировать траекторию, а желательно и притормозить, чтобы исследовать астероид большее время, или послать сверхмощным лазером рой легких зондов, быстрых, но имеющих очень ограниченную маневренность, с тем, чтобы несколько из них оказались вблизи цели, а ещё один или несколько столкнулись с ?Oumuamua, и позволили по спектру вспышки изучить состав реголита.

      • Zenitchik
        /#10464585

        Знаете, даже интересно стало посчитать двух-трёх импульсный манёвр. Жаль времени нет (и этак до 10 не будет точно).
        Не подскажете, где взять параметры траектории этого тела?

  4. Pand5461
    /#10464409

    В препринте обходится тот момент, что ?Oumuamua движется по умеренно-ретроградной орбите. А это значит, что, кроме набора гиперболического избытка скорости, нужно выйти из плоскости эклиптики и развернуть скорость относительно Солнца на 120 градусов. Это поднимает требования по ХС аппарата примерно в v3 раз относительно «чистого» гиперболического избытка скорости, до 80 км/с с НОО как минимум.
    Так что нет, именно ?Oumuamua никак не догнать на тех технологиях, которые уже есть или находятся на стадии испытаний. Надо ждать / искать другой объект, который окажется ближе к плоскости эклиптики.

    • Pand5461
      /#10464463

      Даже формула вывелась: с НОО необходимая скорость — это
      sqrt(v?2 + 3 vE2 + sqrt(3?(v?2 + 2 vE2)) + 2 vI2) — vI
      где v? — гиперболический избыток скорости вдали от Солнца, начинается с 26 км/с, иначе не догнать комету, vE = 29,2 км/с — скорость Земли по орбите вокруг Солнца, vI = 7,9 км/с — первая космическая скорость. v3 взят как примерное значение удвоенного косинуса наклонения орбиты ?Oumuamua, само наклонение 122° к эклиптике.
      По минимуму нужно, получается, иметь 68,5 км/с, чтобы догнать «за бесконечное время».
      С водородным разгонным блоком (УИ = 455 с = 4460 м/с) отношение сухой к залитой массе ракеты должно быть exp(68,5/4,46) = 4,68 млн. Таких ракет в ближайшие 10 лет, естественно, не появится.
      Если взять ионный двигатель типа того, что был на аппарате Dawn с УИ = 3100 с = 30,4 км/с, то отношение масс будет exp(68,5/30,4) = 9,52. Это выглядит более-менее реалистично, но масса двигателя — 9 килограммов, а тяга — 9 граммов! А ведь на аппарате будет ещё и топливо, и полезная нагрузка, и энергетическая установка для питания двигателей. С такой тягой пару лет только будет набираться необходимая скорость в 68 км/с. Двигатели с таким временем непрерывной работы, насколько я знаю, пока не испытывались.

      • Nathanson
        /#10464475

        А возможно ли делать большие ионные двигатели с тягой хотя бы 50 кН?

        • BlackMokona
          /#10464485

          Можно но потребуется источник питания соответствующий. Например ядерный реактор, а он весит много, а охлаждение его ещё больше.

          • Nathanson
            /#10464491

            Тогда возникает вопрос, есть ли практическая разница между большим ионным двигателем с тяжелым ядерным реактором и «большой» тягой и маленьким ионным двигателем на маленьком аппарате с ничтожной тягой.
            Не будет ли это на деле одно и то же по скорости?

            • Pand5461
              /#10464521

              Начиная с какого-то размера, ядерный реактор становится выгоднее.
              К «маленькому» ионному двигателю нужен же источник питания в виде солнечных панелей, а это тоже масса. К тому же, солнечные панели теряют мощность при удалении от Солнца, а реактор — нет.

    • tnenergy
      /#10464465

      Как это обходится, если в этой статье прямое баллистическое моделирование на С3 (т.е. избытка кинетической энергии, что бы достичь объекта при запуске с Земли) сделано?

      • Pand5461
        /#10464509

        А вот так. Пересчитайте сами, если не верите. Те 26,5 км/с, что они пишут как минимальную избыточную скорость — это, такое ощущение, вообще с околосолнечной орбиты радиусом 1 а.е. при условии равенства наклонений с объектом.
        Предвосхищая возможные сомнения в моих экспертных качествах: препринт — это не статья в реферируемом журнале, его вполне могли написать такие же неспециалисты. По крайней мере, аффилиации авторов — это не космические агенства, а какие-то ассоциации «энтузиастов освоения космоса».

        • Valerij56
          /#10464599

          Не согласен. Быстрое гугленье авторов показывает их достаточную квалификацию, хотя, вы правы, это не космические агентства, а английская некоммерческая организация и американская фирма. Скажем, проект «перенаправления астероида» тоже начинался примерно с такой же мурзилки.

        • Valerij56
          /#10464615

          препринт — это не статья в реферируемом журнале
          У меня не сложилось впечатление. что это препринт. Скорее презентация нового проекта, работа над которым только — только началась.

          Пока они только говорят о том, что принципиально возможно догнать ?Oumuamua на технологиях, появление которых ожидается в ближайшем будущем.

          • Pand5461
            /#10464685

            Если оно не проходило независимое рецензирование — то это препринт.
            И я так и не пойму, пишут ли они, что возможно догнать.
            Избыточные гелиоцентрические скорости и время миссии, на первый взгляд, разумные. Но фактическая ХС, которую нужно давать аппарату, в зависимости от наклонения орбиты меняется на 50-60 км/с при одной и той же величине гелиоцентрической C3.
            Для ?Oumuamua цифры получаются скорее нереализуемые, но если найти что-то более подходящее — то перехват вполне может оказаться реальным.
            Я тут лучше расшифрую формулу, которую выше давал, чтобы было понятно:
            Если v? — гелиоцентрическая избыточная скорость и vE — скорость на круговой орбите вокруг Солнца с радиусом 1 а.е., то на расстоянии 1 а.е. скорость равна:
            v1au2 = v?2 + 2 vE2
            Сколько нужно добавить относительно скорости Земли по орбите — зависит от взаимной ориентации векторов по теореме косинусов:
            dV1au2 = v1au2 + vE2  — 2 v1auvEcos?.
            Угол ? лежит между 90° и взаимным наклонением орбит. Я для оценки брал взаимное наклонение в 120°, что, может быть слегка пессимистично.
            Наконец, скорость dV1au можно считать гиперболическим избытком в геоцентрической системе координат, т.е.
            dV1au2 = veci2  — 2 vI2
            где veci — скорость в геоцентрической системе координат после отлетного маневра, vI — первая космическая.
            Т.к. на НОО первая космическая уже набрана до маневра, то
            dVtotal = veci  — vI
            Тут простая арифметическая разность, т.к. правильным подбором опорной орбиты всегда можно добиться того, чтобы маневр нужно было проводить строго вдоль орбитальной скорости.
            Как итог, всё очень сильно зависит от cos?. На орбите вблизи эклиптики с НОО нужно будет около 15 км/с, что немало, но почти достижимо на том, что есть. При cos? = 0 надо уже больше 60 км/с, что практически не оставляет шансов тем технологиям, что сейчас хотя бы опробованы.

    • Valerij56
      /#10464597

      В препринте обходится тот момент
      В препринте этого, действительно, нет, но есть в полном тексте — там как раз рассматривается вопрос в трёхмерном пространстве. Вот пример трёхмерного графика:



      А вот за формулу отдельное спасибо, потому, как обзор небольшой, и формул и методик расчёта в нём нет.

  5. tnenergy
    /#10464469

    Фактически в статье, на которую вы ссылаетесь довольно хорошо показано, что исследовать Oumuamua получится только с пролетной траектории с большим избытком относительной скорости. Что сводит научную ценность миссии почти к нулю, при весьма большой ее стоимости (тяжелый носитель, РИТЭГ, требования связи на очень большой дистанции, солнечный щит и т.п.)

    • Valerij56
      /#10464607

      Ну, вообще-то там рассматриваются два варианта. Об одном вы сказали, при существующих подходах мы можем рассчитывать только на пролетное исследование, которое, всё же, может быть дополнено ударным, для изучения спектра объекта, а значит может нам дать не так и мало.

      Всё же есть надежда и на то, что этот межзвёздный скиталец подтолкнёт космонавтику, и будет предложено что-то на грани невозможного сейчас. Например, что-то вроде VASIMR снабжаемый энергией с нашего мегаваттного реактора. Правда, для этого кто-то должен сделать ему капельный холодильник. ИМХО, такой аппарат сможет и догнать 'Oumuamua, и уравнять скорости.

      Второй вариант предусматривает запуск роя зондов с разгоном вблизи Солнца или сверхмощным лазером. У этого варианта есть огромный плюс, так как его инфраструктура сохраняется, и может быть неоднократно использована в будущем.

      • Oleg_Dolbik
        /#10464913 / +1

        Как только я вижу упоминание сверхмощных лазеров на траектории земля-космос я тут же чихаю и естественно, вспоминаю про существование атмосферы. Как только я вижу упоминание сверхмощных лазеров в космосе, мне интересно, сколько дней государства потерпят существование такого комплекса на орбите? Для политиков и военных это не столько научный прибор, сколь замечательное оружие для расчистки космоса от спутниковых группировок потенциального противника. Так что в лазерной версии я увы — пессимист.

        • darkfrei
          /#10465083

          А на Луне такой коплекс будет заметен или для лазера слишком далеко?

        • Valerij56
          /#10465109

          Так что в лазерной версии я увы — пессимист.
          В принципе, я тоже. Но есть одно исключение — невидимая сторона Луны. Но когда там можно будет построить батарею сверхмощных лазеров не знает никто.

  6. Serge3leo
    /#10464611

    Какие-то технологически зацикленные товарищи, тема гравитационных маневров в статье совсем не раскрыта.

    • Valerij56
      /#10464623

      В полном тексте обзора есть тема гравитационных манёвров. Пока идёт самый первый этап, после него должны остаться только 2 или три варианта, которые и будут разрабатывать конкретней.

  7. akurilov
    /#10464935

    У нас тут отправить АМС к спутникам Марса не могут уже лет 30, хотя пара попыток была, а технически это ещё проще, чем достигнуть поверхности Луны.


    Для науки один конкретный межзвёздный объект конечно интересен, однако предпочтиельнее была бы статистика. Часто ли имеют вытянутую форму, средний хим. состав и т.п.


    Намного проще протереть объективы получше и неспеша готовиться к близкому перехвату следующего межзвёздного объекта лет 10, чем догонять лет 30 Оумуамуа и перехватывать на расстоянии 100-200 АЕ от Земли, где даже связь будет уже затруднена.

    • max1muz
      /#10464949 / +2

      Мне подумалось — а каков шанс на то, что этот объект окажется уникальным по своему составу и происхождению? Т.е лет через 30 найдем другой межзвездный астероид, а он окажется совершенно обыкновенным. И следующий и десятки других.
      А Oumuamua уже улетел.

    • differentlocal
      /#10465049

      Для науки — безусловно.

      А для прогресса в целом — это хороший повод построить зонд и получить ионные двигатели на килоньютоны, ЯЭУ мегаваттного класса в космическом исполнении, системы надежной и производительной сверхдальней связи и астронавигации, да и много чего еще. Использовать их потом можно и во вполне приземленных задачах, кстати.

      • akurilov
        /#10465057

        Все электроракетные движки страдают одним небольшим недостатком. Они превращают высоко организованную форму энергии (электричество) в менее организованную (движение ракеты). Для этого безобразия придётся ещё и радиаторы городить.

        • akurilov
          /#10465061

          Денех всё равно не дадут. Надо мыслить реалистичнее и оттачивать поиск подобных объектов в промышленных масштабах

  8. akurilov
    /#10464939

    Касательно гравиманёвров — конечно же нужно использовать эффект Оберта возле Солнца либо Юпитера. Всё остальное — всякие ионники и парусы — от лукавого