Что происходит с астероидами при нагревании до плазмы?

Использование лазера может показаться крутым, но любая горнодобывающая компания посмотрит на экономическую эффективность и откажется от вашей идеи с лазером.

Хотя нагрев материалов до температуры плазмы является довольно важным шагом для запуска « Машины Санта-Клауса », необходимая энергия должна поступать из чего-то дешевого и простого в эксплуатации: солнечного зеркала. Поскольку вы находитесь в открытом космосе, зеркало любого произвольного размера можно сделать и вытянуть из простой металлической фольги и сфокусировать на точке на астероиде, чтобы нагреть, испарить и ионизировать материал для создания потока плазмы.

Поскольку состав астероида, скорее всего, представляет собой смесь материалов, а выброс потока газа или плазмы заставит астероид двигаться, необходимо предпринять еще несколько шагов.

Во-первых, астероид должен быть заключен в «мешочек» из фольги, чтобы улавливать любые выходящие газы, водяной пар и т. д., которые также являются ценными ресурсами. Нагрев астероида, вероятно, приведет к неконтролируемому выходу материалов через трещины, чего вы, как шахтер, хотите избежать. Солнечную энергию можно направить на астероид через прозрачный порт в сумке.

Во-вторых, поток газов должен собираться в камеру, нагреваемую до плазменных температур вторичным зеркалом. Это позволяет лучше контролировать процесс, чем возведение зеркала размером с континент за один шаг.

Наконец, плазма может быть направлена ​​в машину Санта-Клауса для разделения через масс-спектрометр с помощью магнитных полей, а отдельные ионы очищенных материалов (разделенные по атомному весу) собраны в холодных ловушках. Если компания просто заинтересована в добыче полезных ископаемых, процесс заканчивается тем, что очищенные материалы собираются вместе для отправки в промышленные центры, в противном случае материалы используются непосредственно с помощью 3D-принтеров или других сборочных устройств для изготовления продуктов для использования или продажи.

По-прежнему будут возникать проблемы с обслуживанием станций, поскольку струи газа будут собираться с астероида, а манипулировать зеркалами будет непросто, но существенная простота схемы по сравнению с массой и сложностью лазера (и всех связанных с ним оборудование, производство электроэнергии, устройства для отвода тепла и т. д.) сделают его привлекательным для любой компании, ориентированной на получение прибыли.

Лазерная абляция астероидов — родственная техника, при которой набор лазеров нагревает часть астероида, применяя крутящий момент, который может изменить его орбиту и (надеюсь) отправить его в сторону от Земли. Глядя на это, может быть полезно. Вот некоторые статистические данные:

• Требуемая температура: не более 3000 К.¹
• Источник питания для лазеров: солнечная энергия с возможным КПД до 50%.¹ , или атомная энергетика ^[2] .
• Мощность лазеров: 30 кВт - 75 кВт и более, в зависимости от развития техники.^{1 , [2]}
• Температура сублимации астероида: 1700 К. ^[2]

Но это только для того, чтобы отклонить астероид, а не уничтожить его. Однако мы можем расширить некоторые результаты, используя те же модели. Вторая группа, Гиббингс и др., использовала выражение для изменения массы астероида$\dot{m}$:

$$\dot{m}=\frac{1}{E}(P-Q_{rad}-Q_{cond})$$ где $E$энтальпия, $P$- потребляемая мощность, а $Q_{rad}$и $Q_{cond}$тепловые потери за счет излучения и теплопроводности.

Немного приблизительных цифр:

• $E=1.97\times10^7\text{ J kg}^{-1}$
• $P=75000\text{ J s}^{-1}$
• $Q_{rad}=3.79\times10^7\text{ J s}^{-1}$, если банк лазеров сфокусирован на 100 квадратных метрах астероида за раз.
• $Q_{cond}=2.07\times10^{19}\text{ J s}^{-1/2}t^{-1/2}$, где я использовал плотность астероидов$\rho=2000\text{ kg m}^{-3}$и$t$время, в течение которого применяется лазер, в секундах.

Мы видим тогда, что

$$\dot{m}=\frac{1}{1.97\times10^7}(75000-3.79\times10^7-2.07\times10^{19}\times t^{-1/2})\quad\text{ kg s}^{-1}$$ которое представляет собой простое дифференциальное уравнение. Если начальная масса астероида $\sim10^{19}\text{ kg}$, то решение примерно равно $$m(t)=10^{19}-1.92005t-2.10152\times10^{12}\sqrt{t}$$

На самом деле потребовалось бы довольно много времени, чтобы уничтожить весь астероид; параметр$m(t)=0$предполагает, что это займет$\sim10^{13}\text{ seconds}$- тысячелетия! Сюжеты из одной статьи о результате поддержки системы , плюс-минус:

Дело в том, что вы не собираетесь в ближайшее время уничтожать астероиды лазерами. От них можно только избавляться, понемногу.