Как космический корабль перемещается через пояс астероидов, чтобы избежать столкновения?

Ни один космический корабль еще не был потерян из-за пояса астероидов. На самом деле, у нас есть противоположный пример пропажи астероида, когда он даже был нацелен, как это было в случае с посадочным модулем MINERVA космического зонда JAXA Hayabusa, пропустившим астероид 25143 Itokawa . Почему мы не потеряли ни одного космического корабля из-за столкновения с астероидами в поясе астероидов, также довольно просто, если вы начнете оценивать его объем и среднюю плотность частиц.

Пояс астероидов представляет собой огромную область, малонаселенную астероидами. Невероятно сложно оценить его среднюю плотность, учитывая, что мы наверняка не обнаружили все его объекты, причем большинство из них просто слишком малы, чтобы их можно было легко обнаружить и отследить на расстоянии до нескольких астрономических единиц , но мы все же обнаружили большинство его самых больших до объекты среднего размера, и это должно помочь нам немного угадать его плотность. У нас уже есть ответы на подобные вопросы в других темах, например:

• Какова плотность (частиц) пояса астероидов?
• Как часто астероиды сталкиваются друг с другом?

Но ради аргумента, давайте и здесь приведем некоторые цифры, и я буду использовать немного другой подход, чтобы не пичкать работу других.

Если мы определим область пояса астероидов как тор с внутренней границей в$2.06 AU$(орбитальный резонанс 4:1 с Юпитером), внешняя граница в$3.215 AU$(сохранение снежной линии от образования пояса астероидов на$2.7 AU$, точно в геометрическом центре внутренней и внешней границ), а его толщина соответствует среднему наклону к неизменной плоскости всех известных астероидов в поясе астероидов на$\approx 4 °$, умножаем на два и получаем его общую толщину.

            ^{Участок наклона$i$против большой полуоси$a$для пронумерованных астероидов внутри примерно$6 AU$. Область основного пояса показана красным цветом
            и содержит$93.4\%$всех объектов. Для справки, Марс вращается вокруг$1.666 AU$, и Юпитер между$4.95-5.46 AU$.
            Диаграмма была создана Петром Деуаром с использованием данных об орбитах 120437 пронумерованных малых планет из базы данных орбит Центра
малых планет             от 8 февраля 2006 года. (Источник: Википедия )}

Подставив эти параметры в уравнение для объема тороида (которое на самом деле является остатком от вычитания объема внешней сферы с объемом внутренней и последующего деления на$8 °$толстый срез ), получаем общий объем$4.56 AU^3$.

Это гораздо меньший объем, чем$16 AU^3$цитируется в аналогичной оценке объема пояса астероидов в ответе на соответствующий вопрос на Physics.SE , но имейте в виду, что я принял только область, где, как известно, находится большинство его астероидов, а не его крайности. Я делаю это, чтобы мы могли оценить наивысший риск столкновения с астероидом в поясе астероидов, поэтому цель несколько иная. Я также несколько иначе оценил расстояние до границ Солнца, следуя той же идее о том, что область должна быть ограничена тем местом, где будет находиться большинство астероидов (самая высокая плотность).

Итак, теперь, когда у нас есть этот объем с наибольшей плотностью частиц, давайте попробуем описать его с помощью более простых для нас воображаемых цифр; Земля имеет объем$108.321 * 10^{10}\ km^3$. При заданном расчетном объеме области основной плотности основного пояса:

• Мы могли бы уместить добрых 14 секстиллионов ($14 * 10^{21}$) Земли в нем.
• Или, поскольку 1 300 000 земных шаров могут поместиться в объем Солнца , мы можем поместить почти 11 квадриллионов ($10.84 * 10^{15}$) Солнца в районе.
• Или 10,667 квинтиллионов ($10.67 * 10^{18}$) Юпитеры
• Что выходит почти в 705 секстиллионов ($704.69 * 10^{21}$) Луны .

Это что касается его объема. Однако, пытаясь оценить плотность его частиц, общая масса пояса астероидов оценивается как$2.8 * 10^{21}$к$3.2 * 10^{21}\ kg$, что просто$4\%$массы Луны. мы будем использовать$93.4\%$верхней оценочной массы, описывающей нашу основную плотность, поэтому$2.9888 * 10^{21}\ kg$. Это почти точно$3 * 10^{21}\ kg$, поэтому давайте округлим его до среднего значения оценки.

Теперь, если бы мы могли предположить подобный состав, то если бы объект среднего размера имел бы объем всего 1 литр (1 кубический дециметр или 10 * 10 * 10 см) и имел бы плотность лунной породы ($3.3464 g/cm^3$, или, говоря иначе, имел бы массу$3.3464\ kg$), тогда это будет$896.49 * 10^{18}$таких объектов, и они будут занимать$1.965 * 10^{-11}\%$, или 0,00000000001965% от общего объема основной области плотности пояса астероидов.

Это лишь некоторые предположения, и я надеюсь, что правильно расставил все десятичные точки, но, как видите, шансы столкнуться с объектом в поясе астероидов действительно астрономические. Нет причин потреблять мощность космического корабля, чтобы пытаться отслеживать астероиды, которые потенциально могут столкнуться с пролетающим мимо космическим кораблем, тем более что эти объекты не являются стационарными по отношению к вектору движения космического корабля, и их было бы невероятно трудно обнаружить и обнаружить. вывести их орбиты, чтобы попытаться избежать их с помощью бортовых двигателей.

Насколько мне известно, на сегодняшний день ни один космический корабль не пытался создать детальное радиолокационное изображение объектов в поясе астероидов перед космическим кораблем, чтобы также попытаться избежать их при крайне малой вероятности столкновения. Навигация и предотвращение столкновений космического корабля относительно одного объекта на его пути да, например упомянутый Hayabusa, и Rosetta и его посадочный модуль Philae попробуют что-то подобное в 2014 году. зонды) использовали широкоугольную радиолокационную визуализацию, чтобы попытаться обнаружить объекты в поясе астероидов с целью их каталогизации и изучения, но, чтобы избежать столкновения, вы должны установить их орбиту с предельной точностью, иначе вы не узнаете, вы избегаете объекта или фактически помогаете своему космическому кораблю столкнуться с ним.