Может ли облако плотного газа, такого как ксенон, отклонить опасный астероид?

Импакторы или взрывные ракеты имеют то преимущество, что им не нужно сопоставлять скорость с астероидом, летящим к Земле, поэтому их дешевле и быстрее запускать (по крайней мере, я так понимаю), и обнаружение не должно быть таким ранним. Но они рискуют расколоть астероид и затруднить решение проблемы.

Так почему бы не отправить ракету, которая выпускает облако плотного газа, такого как ксенон или даже один из этих гексафторидных газов, на пути приближающегося астероида? Облако не было бы очень плотным, но оно было бы огромным, и относительные скорости могли бы быть огромными. Облако замедлит астероид не кинетическим ударом, а аэродинамическим сопротивлением. Я полагаю, что сложная часть будет заключаться в том, чтобы рассчитать время выпуска, чтобы газ не рассеивался слишком сильно. Может ли он заметно отклонить астероид?

Сценарий, который я представляю, таков: мы замечаем приближающийся астероид. Запускаем ракету по траектории, чтобы пройти вплотную перед астероидом. Когда ракета достигает этой точки, она выпускает облако газа, так что астероид должен пройти через него. Это можно было сделать несколько раз подряд.

Я не представляю облака, окружающего Землю (у нас оно уже есть) или висящего в космосе дни или недели. Я представляю высокоскоростной зонд, нацеленный на то, чтобы пересечь путь приближающегося астероида, а затем взорваться, возможно, за миллисекунду до того, как он пересечет путь астероида. За эту миллисекунду газовое облако расширится до огромных размеров, возможно, километров в ширину, через которые должен пройти астероид. Несколько зондов могут создать серию расширяющихся облаков, одно за другим. Хотя газовое облако будет быстро расширяться, уменьшая свою плотность, правильный расчет должен учитывать это путем интегрирования по времени. Понятия гидродинамики, такие как сопротивление или удар, очевидно, применимы, потому что они применимы к таким разреженным средам, как солнечный ветер.

Таким образом, вопрос на самом деле заключается в том, какое аэродинамическое сопротивление может оказывать облако газа, расширяющееся в вакуум, на большой астероид? Может ли это значительно изменить курс или скорость астероида?

( Согласно Википедии , по крайней мере еще два человека, один из которых известный астроном Юджин Шумейкер, предложили аналогичные идеи .)

(Другой вопрос касается того, может ли облако гравия отклонить астероид при кинетическом ударе, не разбив его на части. Это другое предположение. Другие вопросы о поведении жидкостей или газа также отличаются.)

Ядерное оружие - это ответ. Холодный газ в облаке не имеет энергии.
@Охотник на оленей: Спасибо! Какое значение имеет температура газа? Я полагаю, вы имеете в виду кинетическую энергию. Я предположил, что облако будет тормозить астероид за счет аэродинамического сопротивления, а не кинетического воздействия, т.е. газ является жидкостью, а не набором отдельных частиц, как гравийное облако. Астероид создаст ударную волну, турбулентность и т. д.
@KokotheTalkingApe Проблема именно в том, что газ является жидкостью. Жидкость в отсутствие давления ведет себя как набор отдельных частиц.
@ Called2voyage, насколько я понимаю, жидкость ни при каких обстоятельствах не ведет себя как набор отдельных частиц; если это так, то это не жидкость. В моем сценарии облако газа не рассеялось бы мгновенно на отдельные частицы, а оставалось бы жидким в течение некоторого периода времени, скажем, от миллисекунды до нескольких минут. (Теперь, когда я думаю об этом, солнечный ветер все время похож на жидкость, поскольку он может иметь ударные волны.) Я спрашиваю, будет ли значительным аэродинамическое сопротивление, оказываемое на астероид.
Это может немного помочь: scienceline.ucsb.edu/getkey.php?key=4455 Один из способов думать о газе (или замороженном газе) в открытом космосе — это представить себе опорожнение ящика с шариками с крыши высокого здания. - шарики разлетались бы довольно быстро - переходя от небольшого объема к довольно растянутому, и это просто случайное движение. Газ в космосе будет иметь высокое давление, заставляющее его разлетаться на части, вероятно, со скоростью звука при начальном давлении.
@userLTK, Абсолютно, довольно быстро. Так как быстро? Скорость звука в какой среде? Что это значит для миссии? Будет ли это иметь существенное значение?
Вероятно, я должен был сказать (и это предположение) скорость звука при исходной температуре и давлении. Однажды разлетевшись, в пустом пространстве мало что может его замедлить. Anyhoo - я нашел несколько похожих вопросов на этот. physics.stackexchange.com/questions/23588/… и physics.stackexchange.com/questions/98666/… и physics.stackexchange.com/questions/1102/капля-вода-в-вакууме
@userLTK: Ни один вопрос не похож на мой. Они о поведении газов или жидкостей в вакууме, что я знаю. Они быстро расходятся. Итак, мой вопрос, еще раз, заключается в том, какое сопротивление может оказывать расширяющееся в космосе облако газа (если нужно об этом говорить) на крупный астероид? Расчет, очевидно, должен интегрировать мгновенное сопротивление во времени, так как плотность облака непостоянна. Кроме того, скорость закрытия будет огромной. Межпланетное пространство уже достаточно плотное, чтобы создавать какое-то сопротивление космическим кораблям и т. д. Оно очень и очень маленькое, но оно существует.
Ваш вопрос менялся по мере того, как вы учились на основе ответов. Это создает ситуацию с движущимися стойками ворот, ответы часто становятся недействительными из-за таких правок. Часть моего ответа, например, уже не совсем подходит, потому что я написал его для вашей концепции во время облака максимально возможной плотности. Вы слишком глубоко вложились в эту концепцию, она мешает вам изучить тему. Нет никакого способа изменить этот план так, чтобы он работал. Кажется, вам нравится работать с воображаемыми планами как способом обучения. Хорошо, но сейчас выбери другой, этот тебя сдерживает.
Спасибо, @briligg, я знаю, что это выглядит именно так. Но на самом деле я слишком много предполагал в своем вопросе. Я предполагал, что респонденты попытаются отклонить лучший сценарий (высокие скорости, правильное время и т. д.). Я также предполагал, что респонденты будут знать, что я знаю, что газ расширяется в космосе (это наука средней школы). И я думаю, что предполагал, что все здесь были инженер. Ответ, который я ищу, требует исчисления, применяемого к гидродинамике, что немного глубже, чем курс гидродинамики, который я изучал в колледже. Так что нет, на самом деле я ничему не научился, кроме того, что мне нужно все расшифровать.
облако плотного газа, типа Юпитера, уже сильно отклонилось ;-)

Ответы (3)

Газ может выступать в качестве тормоза для движущихся объектов в космосе, фактически НАСА использовало атмосферу (планет) в качестве тормоза в четырех разных случаях с космическими кораблями. (отредактировано, исправление указано в комментариях).

Но создавать облако газа в космосе не очень практично. Газу требуется гравитация, чтобы поддерживать его сцепление. В космосе облако газа станет очень рассеянным и очень быстро распространится — даже тяжелый газ.

Облако гравия было бы лучше, чем газ, но ни то, ни другое не дает никаких преимуществ ракете. Нет смысла оставлять случайный набор объектов в качестве отклонения в пространстве по двум причинам. Во-первых, космос очень большой, поэтому количество необходимого материала будет огромным (и он тоже не останется в нужном месте), а во-вторых, шар газа или гравия в космосе с такой же вероятностью отклонит что-то в сторону. земля как вдали.

Настоящий трюк состоит в том, чтобы точно увидеть, куда что-то движется, и если оно движется к земле, дать ему небольшой толчок задолго до того, как оно достигнет земли.

Ну, я не представляю случайное облако газа в космосе. Я представляю себе очень точно нацеленную ракету, которая пересечет траекторию определенного астероида и, не дойдя до точки пересечения, выпустит облако газа, через которое астероид должен будет прорваться, пока газ не рассеется полностью. Я предполагаю, что таких ракет могло быть несколько, выпустивших полосу облаков на пути астероида. Опять же, нет необходимости сопоставлять скорость с астероидом, для которого требуется заправленный топливом зонд, поэтому он тяжелый, а значит, дорогой и сложный для запуска. И никаких шансов на фрагментацию астероида.
Ну, я далеко не самый умный парень, но я думаю, что это сработает только в том случае, если облако будет выпущено непосредственно перед контактом с астероидом, например, менее чем за 2 секунды до удара, может быть, менее чем за 1 секунду. При комнатной температуре молекулы воздуха движутся со скоростью около 1000 миль в час. Нетрудно увидеть, взяв это за основу, как быстро рассеется облако в космосе. Но если его выпустить непосредственно перед столкновением с астероидом, я думаю, это хорошая идея.
Действительно ли Мессенджер использовал атмосферу Венеры для аэродинамического торможения? В этой статье говорится, что два облета Венеры были на высоте 2992 и 398 километров соответственно; этот говорит, что «высота» атмосферы составляет 250 км, с верхним пределом 350 км.
Упс. Ты прав, я ошибаюсь. НАСА делало это 4 раза, но Мессенджер этого не делал. «Мессенджер» действительно замедлился вокруг Венеры (ему нужно было замедлиться, чтобы выйти на орбиту вокруг Меркурия, но это не был один из кораблей, которые разбил Aero (или это Aerobroke?). Источник: en.wikipedia.org/wiki/Aerobraking и space.com/… Я неправильно запомнил.
@userLTK должен быть Aerobraked. Тормоз — это устройство для замедления. Прошедшее время тормоза нарушено. "Аэробрук" - это то, что вы называете недостаточно финансируемым НАСА.

Может быть полезно иметь представление о задействованных масштабах, чтобы понять, почему газ будет неэффективен. Каменистый астероид примерно сферической формы диаметром 50 м, вероятно, является минимальным размером, для которого стоило бы организовать миссию по отклонению (по крайней мере, возможно, особенно после того, как мы значительно расширились в космосе, и такие вещи уже не так сложны). Предполагаемая масса такого объекта составляет около 170 000 метрических тонн . Его скорость, вероятно, будет около 25 км/с .

Если бы SLS работал, и мы могли бы отправить миссию, чтобы отклонить его, пока он находился в окрестностях Земли (при проходе через нашу орбиту один или несколько раз до прохода, который мог бы привести к столкновению), максимальная полезная нагрузка газа, которую мы могли бы добраться до него может быть 10 метрических тонн 1 .

Если вам удастся разместить эти 10 тонн газа прямо перед астероидом в облаке, он сразу же рассеется, когда астероид пройдет через него. Это совокупность частиц, окруженных вакуумом, эти частицы движутся в случайных направлениях с высокой скоростью, сталкиваясь друг с другом, и очень быстро расширяются в вакуум. В этой ситуации перетаскивание не применяется. Астероид — это не объект, движущийся через море жидкости, которая оказывает на него давление со всех сторон, он больше и намного тяжелее, чем облако газа, в которое он попадает, которое он рассеивает с динамикой столкновения одного объекта с множеством крошечных частиц. объекты. Газовое облако может вести себя аналогично жидкости, если оно остается достаточно плотным. но это было бы больше похоже на то, как происходят некоторые явления, такие как жидкости, когда вы пробегаете кучу листьев. Удар сдвигает частицы с пути и в стороны, на самом деле это не похоже на сопротивление.

Учтите, что все насосы работают за счет создания частичного вакуума, который немедленно заполняется жидкостью. Выпустить газ в почти идеальный вакуум — это все равно, что окружить его идеальным насосом, высасывающим его наружу во всех направлениях одновременно.

Размер полезной нагрузки, конечно, будет увеличиваться со временем, но он никогда не будет более эффективным, чем другие варианты.

1 Orion MPCV имеет сухую массу 21 метрическую тонну, но он не подходит для миссий с такой дельтой V, которая потребуется. 10 тонн - это общая приблизительная оценка того, что может остаться для полезной нагрузки после того, как будет удовлетворена грузоподъемность delta V.

Я не понимаю, почему концепция перетаскивания не применяется. Даже если бы газовое облако было меньше 50 м в момент удара (что кажется невозможным), оно все равно прилегало бы к астероиду и обтекало его, создавая сопротивление. Кроме того, все жидкости представляют собой совокупность частиц, но жидкости достаточно плотны, чтобы передавать движение и давление, приспосабливаясь к объектам (мое очень грубое определение жидкости). Облако явно останется жидким, хотя бы на мгновение. Как я уже говорил выше, даже сам солнечный ветер подобен жидкости, так как несет ударные волны.
Ударные волны возникают, когда магнитное поле Земли сталкивается с выбросом корональной массы Солнца, который представляет собой миллиарды тонн заряженной плазмы. Динамика в этой ситуации обусловлена ​​огромным размером явления, тем фактом, что он выбрасывается с высокой скоростью, и тем фактом, что, поскольку он заряжен, он реагирует на магнитное поле Солнца. Тем не менее, к тому времени, когда она достигает Земли, масса становится очень рассеянной.
Частицы в солнечном ветре также заряжены и поэтому ведут себя так, как они ведут себя из-за их взаимодействия с магнитными полями Солнца и других тел. Их также можно назвать ветром, потому что они постоянно текут от солнца во всех направлениях и, таким образом, их плотность постоянна.
@brillig, Итак, я хочу сказать, что даже очень разреженный газ может вести себя как жидкость, то есть он может оказывать сопротивление. Мой вопрос, в сотый раз, СКОЛЬКО сопротивления?
@KokotheTalkingApe, исходя из самых оптимистичных предположений, общее сопротивление 10 тонн газа снизит скорость 170 000-тонного астероида с 25 км/с до 24,997 км/с.
@Марк, спасибо! Откуда ты это знаешь? Я надеялся увидеть некоторые расчеты.
Я рассматривал это как полностью неупругое столкновение (астероид подметает все газовое облако и увлекает его за собой) и применял формулу сохранения импульса.
@Mark Раньше я был удивлен замедлением на 3 м / с, но не был уверен, что будет справедливо попросить вас объяснить ваши предположения и расчеты в комментариях. То, что вы описываете, не является процессом перетаскивания, и настолько маловероятно, что для его создания потребуется бесконечный двигатель невероятности .
Жидкости не «сразу» заполняют частичный вакуум насосов; скорее, они ограничены (среди прочего) скоростью звука в этой жидкости. Сопротивление сжатия возникает, когда объект движется со скоростью, превышающей скорость звука, и, следовательно, толкает массу жидкости вперед. Это очень важно для тупых объектов, таких как астероиды или возвращающиеся капсулы.

Допустим, вы поймаете опасный объект за один виток до того, как он упадет на Землю. Это означает, что ему осталось пройти около миллиарда километров, и вы хотите отклонить его, скажем, на 10 000 километров (почти диаметр Земли). Это (очень) грубо говоря десять частей на миллион регулировки импульса.

В таком случае он понадобится вам для перехвата облака «вещества» с (тоже очень) грубо говоря массой десять частей на миллион опасности. Предполагая аналогичные плотности, это означает, что ваш материал - в ракете - до расширения - будет иметь размер 1/100 000 ^ 0,33 или примерно 1/50 размера или массы опасности.

Если ваша опасность 1 км в диаметре с плотностью 3 г/см^3 и ваш жидкий ксенон имеет такую ​​же плотность (имеет), то вам нужен шар жидкого ксенона диаметром 20 метров, чтобы вскипеть, превратиться в газ, а затем оставайся на месте. Конечно, если ехать гораздо дальше, можно использовать меньшую массу.

Если ваше гравийное (" микро -импакторное") облако, или дисперсионное (" нано -импакторное") облако, или молекулярное (" пико -импакторное") облако выбрасывается в космос, то оно находится на орбите - на орбите - независимо от того, хочешь не хочешь - вокруг солнце.

Это означает, что если вы хотите, чтобы он оставался перед опасным объектом в течение длительного времени, он должен находиться на той же или похожей орбите — с пасхальным яйцом, что он может двигаться в любом направлении. Таким образом, вы можете перевести его на «обратную» орбиту и максимизировать потерю импульса.

Все ударные облака, упомянутые выше, работают одинаково - будь то столкновения молекул или столкновения с гравием, столкновения, грубо говоря, «снимают» импульс с опасного тела. Все они будут иметь некоторую долю прилипания - прилипание вдвое менее эффективно, чем отскок для передачи импульса.

Термин «жидкость» относится к аппроксимации — временному забыванию того, что молекулы существуют, и представлению о том, что у вас есть однородный материал. Это чрезвычайно полезное приближение, но здесь мы должны просто придерживаться несколько более реалистичного взгляда на газ как на отдельные ударники и передачу импульса.

Разница между облаком молекулярных частиц и облаком более крупных частиц заключается в относительных скоростях и эффекте столкновений. Если представить температуру как кинетическую энергию частицы, то чем легче частица, тем выше скорость при данной температуре.

Однако к тому времени, когда газ расширяется с 1 метра до 10 километров, это действительно сверхвысокий вакуум (СВВ). Длина свободного пробега равна величине самого облака. Теперь после расширения оно "холодное" - в том смысле, что хаотическое движение мало, но скорости теперь "упорядочены". Молекулы по-прежнему движутся быстро, но радиально расширяются.

Когда газ охлаждается за счет расширения в пространстве, молекулы не замедляются, а останавливаются. «Холодный» просто относится к случайной части движения. Заказанная часть (расширение) будет продолжаться примерно с той же средней скоростью.

Изюминка: если вы хотите, чтобы ваши частицы оставались на месте (имеется в виду — все на одной орбите) дольше, то, возможно, молекулы — не лучший выбор, потому что они будут иметь самую высокую скорость расширения.

Может ли облако плотного газа, такого как ксенон, отклонить опасный астероид?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v