Was wird derzeit verwendet, um Raumschiffe vor Meteoroiden zu schützen?

Interstellare Reisen sind typischerweise mit viel höheren Geschwindigkeiten verbunden, als aktuelle Sonden erreichen. Je nachdem, wie lange Sie bereit sind, die Mission in Anspruch zu nehmen, benötigen Sie Geschwindigkeiten von einem anständigen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit. Bei dieser Geschwindigkeit ist alles, womit Sie kollidieren, selbst das kleinste Staubkorn, ziemlich gefährlich. Zum Beispiel bei$0.1c$(40 Jahre bis zum nächsten Stern) a$1 mg$spec von Staub trägt herum$500 MJ$relativer kinetischer Energie, die der Explosion von etwa 120 kg TNT entspricht. Die Form des Raumschiffs spielt keine Rolle. Selbst ein flüchtiger Zusammenstoß richtet großen Schaden an. Selbst ein einzelnes Wasserstoffatom verhält sich wie einfallende Strahlung mit einer kinetischen Energie von$7 MeV/c^2$ähnlich den Neutronen, die bei einer Fusionsreaktion freigesetzt werden.

Wir befinden uns im Bereich der Spekulation oder sogar der Science-Fiction, wenn wir darüber nachdenken, wie wir uns dagegen schützen können, aber höchstwahrscheinlich brauchen Sie einen Schild, der vor das Raumschiff gehen und den Schaden einstecken kann. Dies könnte eine dicke Panzerschicht sein, vielleicht aus Eis, oder eine Wolke aus elektrisch geladenem Staub oder Gas, die durch Magnetfelder an Ort und Stelle gehalten wird. Wenn Sie sicherstellen können, dass alles, was Sie treffen könnten, elektrisch geladen ist (vielleicht mit Elektronenstrahlen oder UV-Lasern), können Sie Magnetfelder verwenden, um es abzulenken.

Man sollte Vektoren der fraglichen Gegenstände berücksichtigen und zulassen, dass die Form des Schiffes wenig Einfluss auf einen Aufprall hat.

Ein guter Vergleich ist ein Fahrzeug, das auf einer Fahrbahn fährt. Als es sich mit hoher Geschwindigkeit einer Kreuzung mit grüner Ampel nähert, missachtet ein anderes Fahrzeug dessen rote Ampel und kollidiert mit dem ersten Fahrzeug.

Die Form des ersten Fahrzeugs ist unerheblich, da der Aufprall 90° zur Fahrtrichtung des ersten Fahrzeugs erfolgt.

Vermeidung ist die primäre Methode für heutige Raumfahrzeuge, um Kollisionen zu vermeiden, zumindest bis Energieschilde geschaffen sind. Dies ist jedoch eher eine Science-Fiction-Antwort.

Derzeitige Raumfahrzeuge außerhalb der Erdumlaufbahn haben wenig oder gar keinen Schutz.

• Sie haben keine Sensoren, die kleine Objekte erkennen können, und wir können auch keine kleinen Objekte (z. B. mit einem Durchmesser von weniger als 100 m) von der Erde aus erkennen
• Sie führen nicht genug Treibstoff mit sich, um Kurskorrekturen schnell genug vorzunehmen, um einem Objekt auszuweichen
• Ihre Struktur ist nicht dafür ausgelegt, Stößen von etwas Größerem als einem Staubkorn mit 10 km/s standzuhalten.

Es gibt ein paar Ausnahmen. Kometenmissionen wie Giotto und Stardust haben einen Whipple-Schild , weil die Umgebung um einen Kometen dicht genug ist, um Treffer zu garantieren.

Für riskante Operationen (Flug durch ein Gebiet, in dem bekanntermaßen Trümmer vorhanden sind) wird Raumfahrzeugen manchmal befohlen, in der Richtung „ Antenne zu Ramm “ zu fliegen. Das bedeutet, dass die Parabolantenne nach vorne zeigt und die Parabolantenne als Whipple-Schild fungieren kann. Cassini benutzte dies zum Beispiel gelegentlich.

Dies war einer der Notfallpläne für die Begegnung von New Horizons mit Pluto (es gab den Verdacht, dass Pluto Ringe haben könnte).

Siehe auch diese Frage zu den Vorbereitungen für den Vorbeiflug von New Horizons an Pluto. Es gab Bedenken, dass sich in Plutos Umlaufbahn viele Trümmer befinden könnten.

Wie riskant ist es, durch den Weltraum zu reisen und bedeuten höhere Geschwindigkeiten mehr Risiko?

Im Allgemeinen ist der Raum leer. Sehr leer. Leer genug, dass wir nach Pluto reisen können, ohne irgendetwas zu treffen. Es gibt ein paar Ausnahmen:

• Menschengemachte Trümmer in der Erdumlaufbahn
• Planeten mit Monden können viel Schutt haben (Meteoroideinschlag auf dem Mond, Trümmer des Einschlags erreichen Fluchtgeschwindigkeit und umkreisen eine Weile). Der letzte Fall davon ist ein Ringsystem.

Und höhere Geschwindigkeiten bedeuten mehr Risiko. Der Betrag der kinetischen Energie E _k bei einem Stoß hängt vom Quadrat der Geschwindigkeit ab:

$E_\text{k} =\tfrac{1}{2} mv^2$

Das bedeutet, dass bei den üblichen Geschwindigkeiten, die von interplanetaren Sonden erreicht werden (10-100 km/s), ein Sandkorn direkt durch eine Aluminiumplatte hindurchgeht. Mit einem Whipple-Schild können Sie sich vor kleinen Trümmern (bis zu einigen mm Durchmesser) schützen, aber Sie können den Schutz vor größeren Trümmern vergessen.

Eine Keilform bietet mehr Schutz. Dieses Prinzip wird in gepanzerten Fahrzeugen verwendet . Das Problem ist, dass die beteiligten Energien so hoch sind, dass Sie einen sehr flachen Winkel benötigen würden, der einen sehr langen, schweren Kegel erzeugt. Interplanetare Sonden haben nicht das Gewichtsbudget dafür.

Soweit ich das verstehe und korrigiere mich, wenn ich falsch liege. Das heutige Radar kann kleine Partikel/Meteore im Weltraum nicht weit genug erkennen, um Anpassungen an Geschwindigkeiten vorzunehmen, die derzeit für interstellare Reisen erforderlich sind.

Ab einer bestimmten Geschwindigkeit die kürzeste Zeit im Weltraum zu verbringen, verringert das Kollisionsrisiko. Je schneller das Schiff fährt, desto enger wird das Kollisionsfenster. Meiden wäre derzeit noch die beste Option. Obwohl wir die Flugbahn voraus nicht scannen können, um grobe Anpassungen vorzunehmen, könnten Sonden vor dem Schiff fliegen und Laser-Relais zurück zum Mutterschiff grobe Korrekturen an Trümmern vornehmen, die das Netz zwischen ihnen auslösen könnten.