Миссии, посвященные малым телам Солнечной системы, в последнее время становятся все более активными. OSIRIS-Rex, Psyche и Rosetta — все это примеры проектов, которые планировали или провели встречу с небольшим телом в Солнечной системе. Но одной из их самых больших проблем является понимание гравитации этих тел, что было особенно очевидно, когда «Фила», посадочный модуль «Розетты», с трудом удерживался на поверхности предполагаемой кометы. Новая идея исследователей из Университета Колорадо в Боулдере и Лаборатории реактивного движения НАСА может помочь решить эту проблему – путем перемещения небольших зондов.
Концепция, названная Gravity Poppers, возникла в результате гранта NIAC еще в 2020 году. Идея достаточно проста — выпустить группу зондов на поверхность небольшого тела и заставить их периодически спрыгивать с нее. Когда они это сделают, следите за ними. Если вы знаете силу, с которой они отпрыгнули, и можете отслеживать их возвращение на поверхность, вы можете оценить гравитацию области, над которой они плывут, более точно, чем альтернативные методы.
Ученые используют три основных альтернативных метода расчета гравитации малых тел — радиолокационную томографию, сейсмическую визуализацию и гравиметрию. У каждого есть недостатки, которые гравитационные попперы могут преодолеть.
Кредит — Канал Бена Хокмана на YouTube.
Радарная томография использует отражения радиосигналов для оценки гравитации в конкретной области. Однако проникнуть в более глубокие части маленького тела сложно. Некоторые материалы вообще не отражают электромагнитные волны, что делает невозможным определение характеристик областей с этими материалами.
На Земле широко используются сейсмические изображения. Отслеживая движение сейсмических волн по поверхности тела, ученые могут оценить гравитацию окружающих их регионов. Однако некоторые небольшие тела, особенно астероиды, представляют собой просто груды обломков без внутренней целостной структуры. Сейсмические волны не очень хорошо себя чувствуют в таких условиях. Рюгу, астероид, который посетил Хаябуса-2, поглотил сейсмическую энергию удара так, что космический корабль даже не смог различить никаких изменений в характеристиках его поверхности.
Гравиметрия является наиболее простым из трех методов и требует наименьшего количества оборудования на борту космического корабля. Как маленькое тело притягивает космический корабль, вращающийся вокруг него? Когда он проходит над разными областями, сила тяжести увеличивается или уменьшается? Однако измерить гравитацию издалека непросто, поскольку орбиты обычно расположены относительно далеко. Таким образом, точность этого метода относительно невысока.
Введите Гравити Попперс. Орбитальный аппарат мог бы выпустить несколько десятков таких штук – статья, подробно описывающая эту идею, предполагает 20. Когда они приземляются на поверхность астероида, кометы или небольшой луны, они иногда используют внутреннюю силу, чтобы отпрыгнуть от поверхности, но недостаточно, чтобы разорвать хватку гравитации. В зависимости от предполагаемой области исследования, они могли делать это под углом или прямо вверх.
Когда они отрываются от поверхности, орбитальный корабль-база отслеживает их и рассчитывает траекторию, которую затем можно использовать для расчета гравитации региона, над которым они пролетают. Затем они приземляются, перезагружаются и делают это неоднократно, а орбитальный аппарат отслеживает их. Команда изучила два типа конструкции попперов: сферическую и кубическую. Они остановились на кубе, в котором также были встроены светодиоды, создающие источник света, который мог отслеживать орбитальный аппарат.
Однако это не так просто, как отслеживать источник света — множество системных динамиков учитываются при расчете угла траектории, силы, с которой прыгнул поппер, и места приземления. В документе также подробно описывается моделирование того, как такая миссия будет работать на практике, с использованием программного обеспечения для моделирования, разработанного в НАСА.
К сожалению, это означает, что прототипов для этого пока нет. Он также еще не получил финансирования фазы II NIAC. Но идея уникальна и достаточно проста, поэтому, приложив немного усилий, инженеры смогут освоить этот новый способ исследования некоторых из наиболее экономически и научно интересных миров в нашей Солнечной системе.
Узнать больше:
Вилла и др. – Оценка гравитации малых тел посредством оптического слежения за прыгающими искусственными зондами
UT – Когда астероид приближается к Земле, у нас появляется редкая возможность узнать, из чего он сделан
UT – Как сделать посадку на астероид более безопасной
UT – Космический корабль может использовать гравитацию для предотвращения опасного столкновения с астероидом
Ведущее изображение:
Художественное изображение концепции миссии Gravity Poppers.
Кредит – Бенджамин Хокман.
