Die Erforschung kleiner Asteroiden aus nächster Nähe mit Robotersonden scheint eine reizvolle Mission der nahen Zukunft zu sein. Eine Option ist eine beispielhafte Rückkehrmission, die zu einer großen Einrichtung geht, eine andere ist eine Mission, bei der im Laufe der Zeit eine Reihe kleinerer Einrichtungen besucht werden. In jedem Fall geht es darum, zu landen, dann wieder zu starten und schließlich mit Proben, vielleicht sogar gebohrten Kernproben, zur Erde zurückzukehren. Vielleicht könnte man ein wenig graben oder seismische Tests durchführen, um zu sehen, wie es wirklich ist, auf der Oberfläche eines Asteroiden zu arbeiten.
Dawn besuchte sowohl Vesta als auch Ceres mit Ionentriebwerken. Wie groß könnte eine Sonde ähnlich wie Dawn sein – mit 3 NSTAR -Ionentriebwerken, der gleichen Menge Xenon-Treibmittel und ähnlicher Masse – auf dem Asteroidengürtel landen und von dort zurückkehren?
Alternativ, wie viele kleinere Körper könnte ein solches Schiff besuchen, deren Oberfläche untersuchen und dann zurückkehren? (Ich nehme an, dies hängt stark davon ab, wie die Körper verteilt sind und von ihren relativen Geschwindigkeiten und Umlaufbahnen, aber vielleicht ist es möglich, eine angemessene Schätzung dessen vorzunehmen, was diese wahrscheinlich wären.)
Teils bin ich neugierig auf die Art von Anwendungen, für die Ionentriebwerke verwendet werden können, teils verstehe ich es jedes Mal ein bisschen besser, wenn ich Beispiele für Orbitalmechanik und Antrieb im Weltraum durchdenke. (Weil mich das Leben bisher daran gehindert hat, mir die Zeit zu nehmen, um zu lernen, wie man die Formeln selbst durcharbeitet.)
(Anmerkung: OSIRIS-REx wird Hydrazin-Triebwerke verwenden, um den erdnahen Asteroiden Bennu zu erreichen, und wird eine Probe zur Erde zurückbringen. Es ist die erste Instanz einer Mission, die eine beträchtliche Probe zurückbringt, verdient also vielleicht eine Erwähnung. Hayabusa hat früher zurückgekehrt a Milligramm oder so von Itokawa)
Hier ist, wie Sie es ausarbeiten können.
Erstens ergibt der Schub in Kilo-Newton (kN) dividiert durch die Masse in Tonnen eine Beschleunigung in Metern pro Sekunde pro Sekunde. Teilen Sie durch 10, um die Beschleunigung in ungefähren Erdoberflächengravitationen zu erhalten (9,81 ist der reale Faktor).
Dawn verwendet seine Triebwerke jeweils nur einzeln (sie sind nicht in die gleiche Richtung gerichtet), und ein einzelnes NSTAR-Triebwerk liefert einen Schub von 90 Milli -Newton, dh 0,00009 kN. Dawn wog voll beladen 1,24 Tonnen; 0,425 Tonnen davon sind Xenon-Kraftstoff, also wiegen sie fast leer etwa 0,8 Tonnen. 0,00009 dividiert durch 0,8 ergibt etwa 0,00011 m/s 2 Beschleunigung, was überhaupt nicht viel ist.
Bei der Landung benötigen Sie etwas mehr Beschleunigung von Triebwerken als die Schwerkraft, gegen die Sie kämpfen, sonst werden Sie überhaupt nicht langsamer. Ein Faktor von 1,5 ist halbwegs ausreichend; Je mehr Schubreserve Sie haben, desto weniger Treibstoff verbrauchen Sie auf dem Weg nach unten.
Ceres hat eine beträchtliche Oberflächengravitation – 0,29 m/s 2 Wert – also ist eine Landung dort offensichtlich um einen Faktor von etwa 4000 ein No-Go.
Sogar der Rosetta/Philae-Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko hat eine Oberflächengravitation von etwa 0,001 m/s 2 , 15-mal zu viel für eine sichere Landung (obwohl dies mit einem zusammenklappbaren Fahrwerk oder ähnlichen Lithobremstechniken möglich wäre).
Bei Körpern ähnlicher Dichte ist die Oberflächengravitation proportional zum Radius, also wollen wir einen Körper von etwa 1/15 der Größe von 67P oder ein paar hundert Meter im Durchmesser.
Dawn hat jedoch auch chemische Triebwerke, die etwa zehnmal so stark sind wie die Ionentriebwerke, mit denen es landen könnte; Mit diesen wäre wahrscheinlich ein Körper mit einem Durchmesser von etwa einem Kilometer landbar.
Kim Halter