Что в настоящее время используется для защиты космических кораблей от метеоритов?

Межзвездные путешествия обычно предполагают гораздо более высокие скорости, чем позволяют современные зонды. В зависимости от того, как долго вы готовы позволить миссии занять, вам нужны скорости в приличную долю скорости света. На такой скорости все, с чем вы столкнетесь, даже самая маленькая пылинка, весьма опасно. Например, в$0.1c$(40 лет до ближайшей звезды)$1 mg$Спец пыли разносит$500 MJ$относительной кинетической энергии, эквивалентной взрыву около 120 кг тротила. Форма космического корабля не имеет значения. Даже скользящее столкновение нанесет огромный ущерб. Даже один атом водорода ведет себя как падающее излучение с кинетической энергией$7 MeV/c^2$подобно нейтронам, испускаемым реакцией синтеза.

Мы находимся в области предположений или даже научной фантастики, поскольку думаем, как защититься от этого, но, скорее всего, вам нужен щит, который может пройти перед космическим кораблем и принять урон. Это может быть толстый слой брони, возможно, сделанный изо льда, или облако электрически заряженной пыли или газа, удерживаемое на месте магнитными полями. Если вы можете убедиться, что все, во что вы можете попасть, электрически заряжено (возможно, с помощью электронных лучей или УФ-лазеров), вы можете использовать магнитные поля, чтобы отклонить это.

Следует учитывать векторы рассматриваемых предметов и учитывать, что форма корабля мало повлияет на удар.

Хорошим сравнением является транспортное средство, движущееся по проезжей части. Когда он приближается к перекрестку с зеленым светом, двигаясь на высокой скорости, другой автомобиль игнорирует красный сигнал светофора и сталкивается с первым автомобилем.

Форма первого транспортного средства не имеет значения, так как удар происходит под углом 90° к направлению движения первого транспортного средства.

Избегание — основной метод для современных космических кораблей избегать столкновений, по крайней мере, до тех пор, пока не будут созданы энергетические щиты. Однако это больше научно-фантастический ответ.

Нынешние космические корабли за пределами околоземной орбиты практически не защищены.

• у них нет датчиков, которые могут обнаруживать мелкие объекты, и мы не можем обнаружить мелкие объекты (скажем, менее 100 м в диаметре) с Земли
• у них недостаточно топлива, чтобы достаточно быстро скорректировать курс, чтобы избежать объекта
• их конструкция не рассчитана на то, чтобы выдерживать удары чем-то большим, чем пылинка на скорости 10 км/с.

Есть несколько исключений. Кометные миссии, такие как Джотто и Звездная пыль, имеют щит Уиппла , потому что среда вокруг кометы достаточно плотная, чтобы гарантировать попадание.

Для рискованных операций (полет через район, где, как известно, существует мусор) космическим кораблям иногда приказывают лететь в направлении « антенна для тарана ». Это означает, что параболическая антенна направлена ​​вперед, и антенна может действовать как экран Уиппла. Кассини использовал это при случае , например.

Это был один из планов на случай непредвиденных обстоятельств встречи «Новых горизонтов» с Плутоном (было подозрение, что у Плутона могут быть кольца).

См. также этот вопрос о подготовке к облету Плутона аппаратом New Horizons. Были опасения, что на орбите Плутона может быть много мусора.

Насколько рискованно путешествовать в космосе и означает ли более высокая скорость больший риск?

Как правило, место пустое. Очень пусто. Достаточно пустой, чтобы мы могли добраться до Плутона, ничего не задев. Есть несколько исключений:

• искусственный мусор на околоземной орбите
• на планетах с лунами может быть много обломков (удар метеорита о луну, обломки удара достигают космической скорости и какое-то время вращаются по орбите). Крайним случаем этого является кольцевая система.

А более высокие скорости равны большему риску. Количество кинетической энергии E _k при столкновении зависит от квадрата скорости:

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

Это означает, что при обычных скоростях, достигаемых межпланетными зондами (10-100 км/с), песчинка пройдет сквозь алюминиевую пластину. От мелкого мусора (диаметром до нескольких миллиметров) можно защититься с помощью защитного экрана Уиппла, но о защите от более крупного мусора можно забыть.

Клиновидная форма обеспечивает дополнительную защиту. Этот принцип используется в бронетехнике . Проблема в том, что задействованные энергии настолько велики, что вам нужен очень пологий угол, который создает очень длинный и тяжелый конус. У межпланетных зондов нет достаточного веса для этого.

Из того, что я понял и поправьте меня, если я не прав. Радар сегодня не может обнаруживать мелкие частицы/метеоры в космосе достаточно далеко, чтобы корректировать скорость, необходимую для межзвездных путешествий в настоящее время.

В заключение, наименьшее время, проведенное в космосе после определенной скорости, снижает риск столкновения. Чем быстрее движется корабль, тем уже окно столкновения. Избегание по-прежнему будет лучшим вариантом в настоящее время. Хотя мы не можем сканировать траекторию полета вперед, чтобы внести грубые корректировки, зонды могут двигаться впереди корабля, а лазерные ретрансляторы возвращаются к базовому кораблю, грубые корректировки вносятся в обломки, которые могут привести к срабатыванию сети между ними.