Tin tức Vũ trụ TV

Làm thế nào để làm chệch hướng một tiểu hành tinh?

Ngày:
Th2 23, 2020
Tóm lược:

Các kỹ sư đã đưa ra một bản đồ quyết định để xác định loại nhiệm vụ tốt nhất để làm chệch hướng một tiểu hành tinh đang đến.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Các nhà nghiên cứu của MIT đã nghĩ ra một khuôn khổ để quyết định loại nhiệm vụ nào sẽ thành công nhất trong việc làm chệch hướng một tiểu hành tinh sắp tới, có tính đến khối lượng và động lượng của tiểu hành tinh, khoảng cách gần với lỗ khóa hấp dẫn và thời gian cảnh báo mà các nhà khoa học sắp xảy ra va chạm.

Ảnh ghép: Christine Daniloff, MIT
Các nhà nghiên cứu của MIT đã nghĩ ra một khuôn khổ để quyết định loại nhiệm vụ nào sẽ thành công nhất trong việc làm chệch hướng một tiểu hành tinh sắp tới, có tính đến khối lượng và động lượng của tiểu hành tinh, khoảng cách gần với lỗ khóa hấp dẫn và thời gian cảnh báo mà các nhà khoa học sắp xảy ra va chạm. Ảnh ghép: Christine Daniloff, MIT

Vào ngày 13 tháng 4 năm 2029, một khối đá không gian băng giá, rộng hơn Tháp Eiffel cao, sẽ vấp trên Trái đất với tốc độ 30 km mỗi giây, sượt qua các vệ tinh địa tĩnh của hành tinh. Đây sẽ là cách tiếp cận gần nhất bởi một trong những tiểu hành tinh lớn nhất đi qua quỹ đạo Trái đất trong thập kỷ tới.

Các quan sát về tiểu hành tinh, được gọi là 99942 Apophis (được đặt theo tên của một vị thần Ai Cập), đã từng đề xuất rằng hành trình bay năm 2029 của nó sẽ đưa nó qua một lỗ khóa hấp dẫn – một vị trí trong trường trọng lực của Trái đất sẽ kéo theo quỹ đạo của tiểu hành tinh đó trên đường bay tiếp theo của nó , vào năm 2036, và nó có thể sẽ tạo ra một tác động tàn phá nhất định.

Rất may, các quan sát gần đây đã xác nhận rằng tiểu hành tinh sẽ bay trên Trái đất mà không xảy ra sự cố nào trong cả hai năm 2029 và 2036. Tuy nhiên, hầu hết các nhà khoa học tin rằng không bao giờ là quá sớm để xem xét các chiến lược làm chệch hướng một tiểu hành tinh nếu chúng ta không muốn ở trong một vụ tai nạn với ngôi nhà hành tinh của chúng ta.

Bây giờ các nhà nghiên cứu MIT đã nghĩ ra một khuôn khổ để quyết định loại nhiệm vụ nào sẽ thành công nhất trong việc làm chệch hướng một tiểu hành tinh sắp tới. Phương pháp quyết định của họ có tính đến khối lượng và động lượng của một tiểu hành tinh, sự “gần gũi” của nó với lỗ khóa hấp dẫn và thời gian cảnh báo mà các nhà khoa học có về một vụ va chạm sắp xảy ra – tất cả đều có mức độ không chắc chắn, mà các nhà nghiên cứu cũng xác định được nhiệm vụ thành công nhất cho một tiểu hành tinh nhất định.

Các nhà nghiên cứu đã áp dụng phương pháp của họ cho Apophis và Bennu, một tiểu hành tinh gần Trái đất khác, là mục tiêu của OSIRIS-REx, một sứ mệnh hoạt động của NASA có kế hoạch đưa một mẫu vật liệu bề mặt của Bennu về Trái đất vào năm 2023. REXIS, một công cụ được thiết kế và được xây dựng bởi các sinh viên tại MIT cũng là một phần của nhiệm vụ này và nhiệm vụ của nó là đặc trưng cho sự phong phú của các nguyên tố hóa học trên bề mặt.

Trong một bài báo xuất hiện trong tháng này trên tạp chí Acta Astronautica , các nhà nghiên cứu sử dụng bản đồ quyết định của họ để đưa ra loại nhiệm vụ có khả năng thành công nhất trong việc làm chệch hướng Apophis và Bennu trong các tình huống khác nhau mà các tiểu hành tinh có thể hướng tới lỗ khóa hấp dẫn. Họ nói rằng phương pháp này có thể được sử dụng để thiết kế cấu hình và chiến dịch nhiệm vụ tối ưu để làm chệch hướng một tiểu hành tinh gần Trái đất nguy hiểm.

Sung Wook Paek, tác giả chính của nghiên cứu và là cựu sinh viên tốt nghiệp tại Khoa của MIT cho biết: “Tôi quan tâm đến việc ngăn chặn lỗ khóa thông qua tốt trước tác động của Trái đất. Nó giống như một cuộc tấn công phủ đầu với ít sự lộn xộn hơn.”

Các đồng tác giả của Paek tại MIT là Olivier de Weck, Jeffrey Hoffman, Richard Binzel và David Miller.

Làm chệch hướng một “kẻ giết người” hành tinh

Năm 2007, NASA đã kết luận trong một báo cáo đệ trình lên Quốc hội Hoa Kỳ rằng trong trường hợp một tiểu hành tinh đang hướng về Trái đất, cách hiệu quả nhất để làm chệch hướng nó sẽ là phóng một quả bom hạt nhân vào không gian. Lực phát nổ của nó sẽ làm nổ tung tiểu hành tinh mặc dù hành tinh này sau đó sẽ phải đối mặt với bất kỳ bụi phóng xạ hạt nhân nào. Việc sử dụng vũ khí hạt nhân để giảm thiểu tác động của tiểu hành tinh vẫn là một vấn đề gây tranh cãi trong cộng đồng phòng thủ hành tinh.

Lựa chọn tốt thứ hai là gửi một “vật va chạm động học” – tàu vũ trụ, tên lửa hoặc tên lửa khác nếu chỉ đúng hướng với tốc độ phù hợp sẽ va chạm với tiểu hành tinh và chuyển một phần động lượng của nó để xoay nó đi.

“Nguyên lý vật lý cơ bản giống như chơi bi-a,” Paek giải thích.

Tuy nhiên để bất kỳ tác nhân động học nào thành công thì De Weck, giáo sư hàng không và hệ thống hàng không và kỹ thuật, nói rằng các tính chất của tiểu hành tinh như khối lượng, động lượng, quỹ đạo và thành phần bề mặt của nó phải được biết “chính xác nhất có thể”. Điều đó có nghĩa là trong việc thiết kế một nhiệm vụ làm lệch hướng, các nhà khoa học và nhà quản lý nhiệm vụ cần phải tính đến sự không chắc chắn.

“Có vấn đề gì không nếu xác suất thành công của một nhiệm vụ là 99,9% hoặc chỉ 90%? Khi nói đến việc làm chệch hướng một kẻ giết người hành tinh tiềm năng, bạn đặt cược điều đó”, de Weck nói. “Do đó, chúng ta phải thông minh hơn khi chúng ta thiết kế các nhiệm vụ như là một chức năng của mức độ không chắc chắn. Không ai đã xem xét vấn đề theo cách này trước đây.”

Đóng lỗ khóa

Paek và các đồng nghiệp của ông đã phát triển một mã mô phỏng để xác định loại nhiệm vụ làm lệch hướng tiểu hành tinh có khả năng thành công cao nhất được đưa ra một tập hợp các đặc tính không chắc chắn của tiểu hành tinh.

Các nhiệm vụ mà họ xem xét bao gồm một tác nhân động học cơ bản, trong đó một viên đạn được bắn vào không gian để đẩy một tiểu hành tinh ra khỏi quá trình. Các biến thể khác liên quan đến việc gửi một trinh sát để đầu tiên đo tiểu hành tinh để trau dồi thông số kỹ thuật của một viên đạn sẽ được gửi sau đó hoặc gửi hai trinh sát, một để đo tiểu hành tinh và cái kia để đẩy tiểu hành tinh ra một chút trước khi một viên đạn lớn hơn sau đó được phóng lên để làm cho tiểu hành tinh bị phá trước khi va chạm với Trái đất gần như chắc chắn.

Các nhà nghiên cứu đã đưa vào các biến số cụ thể mô phỏng như khối lượng, động lượng và quỹ đạo của tiểu hành tinh cũng như phạm vi của sự không chắc chắn trong mỗi biến số này. Quan trọng nhất, họ đã quan tâm đến sự gần gũi của một tiểu hành tinh với lỗ khóa hấp dẫn cũng như lượng thời gian mà các nhà khoa học có được trước khi một tiểu hành tinh đi qua lỗ khóa.

“Một lỗ khóa giống như một cánh cửa – một khi nó mở ra, tiểu hành tinh sẽ tác động đến Trái đất ngay sau đó với xác suất cao,” Paek nói.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm mô phỏng của họ trên Apophis và Bennu, hai trong số chỉ một số tiểu hành tinh có vị trí của các lỗ khóa hấp dẫn của chúng đối với Trái đất. Họ đã mô phỏng các khoảng cách khác nhau giữa mỗi tiểu hành tinh và lỗ khóa tương ứng của họ, đồng thời tính cho mỗi khoảng cách một khu vực “bến cảng an toàn” nơi một tiểu hành tinh sẽ phải bị lệch để tránh cả tác động với Trái đất và đi qua bất kỳ lỗ khóa nào gần đó.

Sau đó họ đã đánh giá loại nào trong ba loại nhiệm vụ chính sẽ thành công nhất trong việc làm chệch hướng tiểu hành tinh vào một bến cảng an toàn, tùy thuộc vào lượng thời gian mà các nhà khoa học phải chuẩn bị.

Chẳng hạn nếu Apophis sẽ chui qua lỗ khóa trong vòng năm năm trở lên thì có đủ thời gian để gửi hai trinh sát – một để đo kích thước của tiểu hành tinh và cái kia để đẩy nhẹ nó ra khỏi đường thử – trước khi gửi tác động chính. Nếu việc thông qua lỗ khóa xảy ra trong vòng hai đến năm năm, có thể đã đến lúc gửi một trinh sát để đo tiểu hành tinh và điều chỉnh các tham số của một viên đạn lớn hơn trước khi gửi vật va chạm lên để chuyển hướng tiểu hành tinh. Nếu Apophis đi qua lỗ khóa của nó trong vòng một năm Trái đất hoặc ít hơn, Paek nói rằng có thể đã quá muộn.

“Ngay cả một tác nhân chính cũng có thể không đến được tiểu hành tinh trong khung thời gian này”, Paek nói.

Bennu là một trường hợp tương tự mặc dù các nhà khoa học biết thêm một chút về thành phần vật chất của nó, điều đó có nghĩa là có thể không cần phải gửi các trinh sát điều tra trước khi phóng một viên đạn.

Với công cụ mô phỏng mới của nhóm, Đỉnh có kế hoạch ước tính thành công của các nhiệm vụ làm lệch hướng khác trong tương lai.

“Thay vì thay đổi kích thước của một viên đạn, chúng ta có thể thay đổi số lần phóng và gửi nhiều tàu vũ trụ nhỏ hơn để va chạm với một tiểu hành tinh, từng cái một. Hoặc chúng ta có thể phóng các quả đạn từ mặt trăng hoặc sử dụng các vệ tinh không còn hoạt động như động học tác nhân, “Paek nói. “Chúng tôi đã tạo ra một bản đồ quyết định có thể giúp tạo ra một nhiệm vụ.”

Nghiên cứu này được NASA, Draper và Quỹ Văn hóa Samsung hỗ trợ, một phần.


Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Viện Công nghệ Massachusetts . Bản gốc được viết bởi Jennifer Chu. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Tạp chí tham khảo :

  1. Sung Wook Paek, Olivier de Weck, Jeffrey Hoffman, Richard Binzel, David Miller. Khung tối ưu hóa và ra quyết định cho các chiến dịch làm lệch hướng tiểu hành tinh theo nhiều giai đoạn không chắc chắn . Phi hành gia Acta , 2020; 167: 23 DOI: 10.1016 / j.actaastro.2019.10.042

Bài viết liên quan

Bài viết khác