Kann man einen großen Nickel-Eisen-Asteroiden in eine elliptische Sonnenumlaufbahn bringen, die zu einer weichen (ähnlichen) Erdlandung führt?

Wenn die Schwerkraft zwischen Erde und Asteroid abstoßend wäre, könnte dies zumindest im Prinzip Sinn machen. In diesem Fall ist das Annähern wie das Drücken auf eine Feder, und mit einer sorgfältig gesteuerten Flugbahn können Sie die Flugbahn möglicherweise ohne Schwerkraft an der Oberfläche beenden.

Aber die Schwerkraft ist nicht wie eine Druckfeder, sie ist wie eine Zugfeder. Das bedeutet, dass Sie Ihre eingehende Geschwindigkeit nicht durch eine sorgfältig verwaltete Flugbahn aufheben können. Dieses Argument kann aus vielen verschiedenen Perspektiven vorgebracht werden.

Energetisch haben Sie ein Problem damit, die potenzielle Energie relativ zur Erde loszuwerden , nicht relativ zur Sonne. Sie müssen sowohl in den Einflussbereich der Erde (SOI) gelangen als auch Ihre Geschwindigkeit auf einen kleinen Betrag reduzieren, um eine sanfte Landung zu erreichen. Ohne Quantentunneln macht das einfach keinen Sinn. Um überhaupt am Rand des SOI der Erde zu existieren, müssen Sie über eine enorme potenzielle Gravitationsenergie verfügen.

Ich verstehe etwas, was der Gedanke ist. Wenn Sie eine Umlaufbahn mit niedrigerer Energie relativ zur Sonne hätten, könnten Sie die gesamte kinetisch-potenzielle Energie einem Punkt auf der Erdoberfläche zuordnen. Aber das Problem ist, dass es keine Möglichkeit gibt, zwischen den beiden zu wechseln. Das wäre auch bei einer Merkur-Erde-Ellipsenbahn nicht der Fall. Die kinetische Energie am Perihel ist niedriger als eine Erdumlaufbahn relativ zur Sonne, aber das ist irrelevant. Kinetische Energie ist im Vergleich zur Erde selbst enorm.

Während AlanSE gute Arbeit geleistet hat, um es anzusprechen, denke ich, dass ich besser ansprechen kann, wo sie falsch läuft:

Ja, ich denke, eine Umlaufbahn, wie sie sie sich vorstellt, existiert. Das Problem ist, dass die Erde Masse hat und sie aus der Sonnenumlaufbahn ziehen wird. Es wird nicht in dieser schönen Umlaufbahn sein, wenn es auftrifft.

Theoretisch könnten Sie einer sanften Landung am nächsten kommen, wenn Sie sie in die Erdumlaufbahn bringen und dann mit einem beliebigen Motor das Perigäum auf Null absenken. Es wird mit ungefähr 8 km / s einschlagen, aber Sie könnten das eher als rollenden Aufprall als als großen Klatsch machen. Wenn die Erde eine Billardkugel wäre, auf der nichts Wichtiges wäre, könnten Sie so Sachen landen. Die reale Erde hat jedoch Dinge wie Berge und Städte.

Ich sehe nur zwei auch nur annähernd mögliche Landeplätze: die Antarktis und Sibirien. Ob es aufhören würde zu rollen, bevor es diese Gebiete verlässt, ist eine Sache der weitaus Erfahreneren als ich. Ich würde jedoch nicht sagen, dass beide Landungen ökologisch unbedenklich sind, selbst wenn sie rechtzeitig aufhören.

Außerdem brauchen wir es nicht. Wenn Sie den Stein bewegen können, bewegen Sie ihn in die Erdumlaufbahn. Setzen Sie eine Bergbauanlage darauf, extrahieren und reinigen Sie die Metalle und schäumen Sie sie auf. Nehmen Sie etwas von der Schlacke, schäumen Sie es auf und verwenden Sie es als Hitzeschild. Legen Sie es in einen Massentreiber und geben Sie ihm genug Kick, um die Umlaufbahn zu verlassen. Die Dropzone muss Wasser und riesig sein, weil es keinen Antrieb oder Führung gibt. Die Schlacke brennt in der oberen Atmosphäre, stellen Sie sicher, dass genug vorhanden ist, damit sie nicht durchbrennt. Sobald es verlangsamt wurde, ist es nur ein fallendes Objekt, seine Endgeschwindigkeit ist niedrig genug, dass es beim Aufprall nicht schmilzt oder verdampft. Während es den Aufprall möglicherweise nicht unbeschadet übersteht, schweben die Teile. Geh sie holen.

Alan SE gab eine gute Antwort. Aber ich möchte einige Sachen hinzufügen.

Wie Alan erwähnte, müssen wir die Schwerkraft der Erde berücksichtigen. Sobald ein Asteroid in den Einflussbereich der Erde gelangt, ist seine Bahn nicht mehr gut als Ellipse um die Sonne modelliert. An diesem Punkt wird es besser als Hyperbel mit einem Fokus im Erdmittelpunkt modelliert.

Die Geschwindigkeit einer Hyperbel ist$\sqrt{V_{escape}^2+V_{infinity}^2}$Ich erinnere mich daran, indem ich an denke$V_{escape}$und$V_{infinity}$als Schenkel eines rechtwinkligen Dreiecks. Dann ist die Hypotenuse die Geschwindigkeit der Hyperbel. Dieses Speichergerät beruht auf dem guten alten Satz des Pythagoras.

Aber was ist$V_{infinity}$?

Für den praktischen Gebrauch,$V_{infinity}$ist die Geschwindigkeit des Asteroiden in Bezug auf die Erde, wenn er in den Einflussbereich (SOI) der Erde eintritt. Die Erde bewegt sich mit etwa 30 km/s um die Sonne. Wenn sich der Asteroid etwas langsamer als die Erde bewegt, sagen wir 29,5 km/s, dann$V_{infinity}$beträgt 0,5 km/s. Wenn sich der Asteroid etwas schneller bewegen würde, sagen wir 30,5 km/s, hätten wir immer noch 0,5 km/s$V_{infinity}$.

Das Beste, was wir tun können, ist, die 30 km / s der Erde zu erreichen, was das machen würde$V_{infinity}$Null. In welchem ​​Fall$\sqrt{V_{escape}^2+V_{infinity}^2}$wird$\sqrt{V_{escape}^2+0^2}$was einfach ist$V_{escape}$. Dann wird die Umlaufbahn eher zu einer Parabel als zu einer Hyperbel.

$V_{escape}$beträgt etwa 11 km/s in der Nähe der Erdoberfläche. Eine parabolische Umlaufbahn ist die langsamste, die man bekommen kann.

Jedoch...

Es ist möglich, die Schwerkraft des Mondes zu nutzen, um die Geschwindigkeit des Felsens relativ zur Erde zu verlangsamen. Mithilfe des Mondes können wir die Geschwindigkeit von einer parabolischen Umlaufbahn auf eine elliptische Fangbahn um die Erde verringern. Der Stein kann dann für überraschend wenig Delta V in einer Mondumlaufbahn geparkt werden. Ich würde vorschlagen, dass Sie und Ihre Tochter sich den Keck-Bericht ansehen . Zu den Co-Autoren dieser Asteroiden-Retrieval-Studie gehören Chris Lewicki (Chefingenieur für Planetary Resources ) und JS Lewis (Autor von Mining the Sky ) .

Ich gebe Planetary Resources bessere als gerade Chancen, Asteroiden zu bergen und einen Gewinn zu erzielen.