Предотвращение Армагеддона

Я смотрел фильм Армагеддон, и он заставил меня задуматься о нескольких вещах. Нам, вероятно, не нужно было бы посылать команду, чтобы разнести астероид пополам, я думаю, мы все же могли бы послать боеголовку с достаточной мощностью, чтобы сбить его с нашей орбиты, если бы у нас было достаточно времени. Это просто для моего собственного интереса, но я не знаю достаточно физики, чтобы сделать это. Вот и решил спросить у специалистов.

Я хочу знать, какой тип ядерной боеголовки лучше всего использовать для отражения этого астероида, какая необходима взрывная мощность и сколько времени потребуется НАСА для запуска этой боеголовки.

Я провел небольшое исследование по нескольким пунктам, которые нам могут понадобиться, чтобы понять это, поэтому, надеюсь, я получил всю информацию. Также было бы неплохо в процессе, который вы предпринимаете, чтобы понять это. Я думаю, это было бы отличным началом разговора.

Я думаю, что астероид был сделан из железа, поэтому допустим, что этот астероид будет железным, поэтому плотность железа составляет 7500,0. к г / м 3 , 10 000 м в диаметре и скоростью 20000 м / с

Самая большая ядерная боеголовка, когда-либо созданная, имеет мощность около 50 000 мегатонн, так как же далеко должен быть астероид, чтобы у НАСА было достаточно времени, чтобы отклонить астероид?

Если скорость запуска 11 к м / с , сколько времени понадобится боеголовке, чтобы достичь астероида?

Итак, основываясь на скорости боеголовки и астероида и предполагая, что НАСА может запустить боеголовку, как только астероид будет обнаружен, насколько далеко от точки удара боеголовки может находиться астероид при обнаружении и все еще отклоняться и не падать. в землю?

Я рад поделиться тем, что я узнал от вас, ребята, с физиками, которых я знаю, и посмотреть, что они скажут. :)

JFYI более элегантным подходом было бы оттащить астероид с помощью гравитации - en.wikipedia.org/wiki/Gravity_tractor
Это не домашнее задание. Это для моего собственного любопытства CuriousOne ;) Вот почему тег домашнего задания изначально не был добавлен. Qmechanic добавил его, когда редактировал мой вопрос.
Привет пользователь 2856118. Добро пожаловать в Phys.SE. (Для протокола: действия CuriousOne и мои были независимыми.) Если вы еще этого не сделали, пожалуйста, найдите минутку, чтобы прочитать определение того, когда использовать тег домашнего задания, и политику Phys.SE для проблем, подобных домашним заданиям.
Понятно, спасибо за это объяснение. В этом есть смысл.

Ответы (3)

Забудьте об Армагеддоне и Deep Impact . Физика кино не реальна. Ведь это фильм.

Если какой-то большой астероид или комета класса убийц динозавров окажется на траектории, которая в конечном итоге столкнется с Землей, наша единственная надежда — обнаружить этот объект на десятилетия вперед. Существует большое количество вариантов при соответствующем предварительном предупреждении.

Не существует никаких вариантов, если бы мы обнаружили это большое тело всего за несколько недель до удара. Взрыв его вполне может привести к еще большему ущербу, чем если бы мы просто позволили этому быть. Он все равно попадет в нас, но теперь к нам летит множество осколков, покрытых радиоактивными обломками. Сделай это неправильно, и мы потеряем нашу атмосферу.

Редактировать

Нам потребуется огромное количество времени, чтобы отклонить астероид исчезающего уровня. Сто лет могли бы сделать это. Те события, которые случаются раз в сто миллионов лет или около того, не являются главной проблемой. Мы должны быть в состоянии увидеть их на сто лет вперед. Это события в стиле Тунгуски (астероид диаметром 50 метров), которые происходят каждые несколько сотен лет или около того (одни говорят, что больше, другие меньше), и события в стиле Цин-Ян (астероид диаметром 100 метров), которые происходят каждые несколько тысяч лет. лет (опять же, одни говорят больше, другие меньше), которые пугают людей.

Чтобы представить ситуацию в перспективе, мы никогда не видели Челябинский метеор (астероид диаметром менее 20 метров) в феврале 2013 года до того, как он упал на Челябинск. Таких вещей очень много, но они не так вредны. Много людей было ранено, много зданий было повреждено, много денег было потеряно, но никто не погиб. Однако урон примерно пропорционален кубу линейного размера. Пятидесятиметровый астероид нанесет более чем в двадцать раз больший ущерб, чем тот Челябинский метеорит; стометровый астероид, почти в 200 раз больший урон. Событие в стиле Тунгуски над центром крупного мегаполиса унесло бы жизни сотен тысяч человек. Число погибших будет исчисляться десятками миллионов в случае события в стиле Цин-Ян.

Проблема с этими относительно часто повторяющимися событиями заключается в том, что даже с расширенными возможностями обнаружения нам повезет иметь заблаговременное предупреждение за десятилетие. Это исключает такие вещи, как гравитационный трактор в WetSavannaAnimal, также известном как ответ Рода Вэнса . Эта технология требует нескольких десятилетий использования существующей технологии, и с предварительным предупреждением всего за десятилетие у нас не было бы времени на исследования.

Нам потребуется несколько лет, чтобы определить орбиту, чтобы мы могли ее перехватить, несколько лет на подготовку к миссии, год или около того на ожидание открытия стартового окна и еще несколько лет на то, чтобы корабль туда попал. . Некоторые из этих вещей можно делать параллельно, но даже при этом десятилетие не дает много времени.

Что еще хуже, у нас не было бы десятилетия. У нас было бы самое большее восемь лет. Даже с ядерным оружием оно должно было бы взорваться примерно за два года до удара, чтобы этот удар превратился в промах. Дельта V, необходимая для превращения удара в промах, является сильно нелинейной функцией времени до удара. Если действие произойдет всего за несколько недель до удара, энергия, необходимая для превращения этого удара в промах, превысит годовое потребление энергии всем человечеством. Кривая близка к экспоненциальной с коротким временем до удара. Колено на кривой составляет около 400 или 500 дней. Это означает, что нам нужно будет принять окончательные меры примерно за пару лет до удара.

Самый надежный способ использовать ядерное оружие для отклонения астероида — заставить его взорваться на небольшом расстоянии от астероида. На это тратится более половины энергии взрыва, но мы знаем, как это сделать. Это «Уровень технологической готовности 9» или TRL 9. Взрыв омывает эту сторону астероида гамма-лучами, рентгеновскими лучами и высокоэнергетическими нуклидами. Этот почти мгновенный импульс энергии испаряет небольшой слой одной стороны астероида. Именно этот вторичный взрыв, а не первичный взрыв бомбы, меняет траекторию астероида.

Приятным побочным эффектом выполнения этого тупикового взрыва за пару лет до удара является то, что даже если астероид представляет собой груду щебня и разлетелся на части, он превратится в груду щебня в течение года или около того. Первичный взрыв мало что сделал с астероидом; что взрыв происходит в вакууме космоса. Вторичный взрыв выбрасывает этот тонкий слой испарившегося астероида, но удар, нанесенный остальным, меньше скорости убегания.

Альтернативы ядерному взрыву

Есть пара других подходов, включающих ядерные устройства, взрыв на поверхности и взрыв под поверхностью. Взрыв на поверхности передаст астероиду больше энергии, подповерхностный взрыв — еще больше. Оба подхода сопряжены с множеством проблем, которые снижают уровень готовности значительно ниже TRL 9.

Другой подход - кинетические ударники. Мы делали это раньше; например, мы намеренно сбросили просроченный спутник в кратер возле Южного полюса Луны, чтобы определить, есть ли в этих полярных лунных кратерах лед. Они делают. Проблема с кинетическими ударными элементами заключается в том, что они не имеют близкого к удару ядерной бомбы, а груды щебня и вращение создают еще больше проблем. Нам нужно будет использовать несколько ударных элементов, работающих согласованно друг с другом, что снова снизит готовность до уровня значительно ниже TRL 9.

Гравитационные тягачи, упомянутые WetSavanna, относятся к широкому классу подходов с медленным толканием / медленным вытягиванием, причем гравитационный тягач находится на вершине с точки зрения готовности. Был опубликован ряд статей о гравитационных тягачах с широким диапазоном промежутков времени, необходимых для создания необходимой дельты V. Статьи, в которых пристальное внимание уделяется технологии, теории управления, очень неравномерным гравитационным полям малой массы ( < 1 км в диаметре) и причудливое поведение этих астероидов при вращении говорят о том, что ракеты должны стрелять в течение многих лет, чтобы создать необходимую дельту V. кто игнорирует технические вопросы, кто не знает теории управления, кто не знает неприятных последствий этих комковатых гравитационных полей, и кто не знает

Есть и ряд других подходов. У большинства из них есть какая-то важная часть, которая находится где-то между TRL 1 и TRL 3. Часто технологиям требуются десятилетия, чтобы выбраться из этой трясины с низким TRL. Это нехорошо, когда миллионы жизней могут быть потеряны в течение десятилетия.

Рекомендации

Лучшей ссылкой на сегодняшний день является исследование 2006-2007 годов, проведенное НАСА. Он немного устарел, но довольно хорошо охватывает основные концепции. Отчет НАСА для Конгресса за 2007 год немного краток и немного урезан по науке и технике. Отчет о предварительном исследовании объектов, сближающихся с Землей, и исследовании отклонения за 2006 год содержит много материала. В разделе 6 (стр. 72-119) рассматриваются варианты отклонения.

Другим широко используемым справочником, в котором обобщаются доступные варианты, является магистерская диссертация Брента Барби: Барби, Б. (2005 г.), Планирование миссии по смягчению воздействия опасных объектов, сближающихся с Землей . Как и в случае с отчетом НАСА, ядерное противостояние является явным победителем как с точки зрения доставленной дельты V, так и с точки зрения отсутствия каких-либо технологических прорывов.

Набор более свежих ссылок можно найти в Исследовательском центре отклонения астероидов в Университете штата Айова . На сводной странице сайта nasa.gov описываются их последние исследования. Подробности можно найти на веб-сайте Исследовательского центра отклонения астероидов.

Я забыл фильмы. Эти переменные не из фильма, я просто дал их для исследования, которое я провел. Фильм заставил меня задуматься об этом. Но боеголовка не войдет в центр астероида. Я хочу запустить его с земли на астероид, и я хочу знать, как далеко должен быть астероид, чтобы у НАСА было достаточно времени, чтобы отклонить астероид, и сколько времени потребуется боеголовке, чтобы достичь астероида.

Один из способов решить эту проблему — использовать бомбу на основе антивещества. Он может дать достаточную разрушительную силу, чтобы испарить астероид. Прежде чем кто-либо начнет комментировать, сколько мы произвели антиматерии в истории или сколько энергии потребуется, чтобы накопить достаточное количество антиматерии для данной цели, я хочу напомнить, что проталкивание этого варианта — это, так сказать, серебряная пуля.

Сегодня бомба из антивещества может показаться нежизнеспособной, но научное понимание имеет тенденцию улучшаться огромными шагами. Так что, кто знает, возможно, в будущем у нас появится такая возможность.

Правда: Царь-бомба в полной комплектации могла выпустить около 4 к г энергии. Одна гигатонна оружия составляет около 40 к г энергии. Так что я полагаю, что в 1000 раз больше (если бы мы могли бросить 20 тонн антивещества в астероид), и мы начинаем говорить о серьезной разрушительной силе, учитывая расчеты в моем ответе. У вас могут возникнуть такие проблемы, как «предетонация», когда взрывающаяся масса отталкивается от астероида до того, как завершится полное объединение вещества и вещества.

Я хотел бы немного добавить к ответу Дэвида Хаммена . По его словам, центр масс астероидно-ядерной системы оружия в любом случае пройдет через Землю. Это верно просто по принципу сохранения импульса (учитывая, что на систему ракетно-оружия нет внешних сил) (см. сноску).

Давайте сначала обратимся к идее «уничтожения угрозы». Я полагаю, что большинство людей имеют в виду, что страшная бомба испарит все это. Ничего подобного не произошло бы даже в самых благоприятных условиях. Как вы говорите, самой большой из когда-либо созданных бомб была « Царь-бомба» с вероятной мощностью в сто мегатонн, если она была полностью загружена (в последнюю минуту она была лишена тампера из природного урана, чтобы предотвратить ядерные осадки, что означает, что фактически доставлена ​​«только» 57 мегатонн). Исходя из коэффициентов масштабирования здесь (TNT Equivlent Wiki) , я считаю, что 100MT TNT будет 4.2 × 10 17 Дж (кстати, примерно равно количеству солнечного света, падающего на Землю примерно за четыре секунды!). Предположим, что диаметр астероида составляет 10 км, т.е. примерно 1000 к м 3 "=" 10 12 м 3 , что соответствует примерно 5 × 10 15 к г если он сделан из камня. По оптимистичным оценкам, удельная теплоемкость астероида составляет около 10 3 Дж к г − 1 К − 1 , поэтому, даже если бы мы могли передать всю энергию оружия астероиду (мы никак не сможем этого сделать), у нас было бы достаточно энергии, чтобы поднять температуру всего этого объекта примерно на 0,1 К (=°C)! Царь-бомба была построена в 1961 году , и ее смысл лучше всего резюмируется обещанием Хрущева показать Западу Мать Кузьмы , т .. Его фактическое военное применение было бы практически нулевым (он весил 27 тонн и был слишком тяжелым, чтобы брать его с собой куда угодно): есть только столько разрушений, которые вы можете нанести с помощью ядерного оружия, прежде чем избыточная энергия от увеличения бомбы просто рассеется во внешнее пространство. космос, а Царь-бомба уже давно миновала эту точку. Можно справедливо поспорить, что с тех пор исследования ядерного оружия были сосредоточены на «гораздо меньшем» оружии («всего» около 1 МТ), поскольку единственным стимулом для этих исследований было военное применение. Таким образом, концепция гигатонного оружия почти наверняка выходит за рамки того, что мы могли бы сделать сегодня в короткие сроки. Даже такое оружие поднимет астероид всего на 1°C! Так что парения не будет. Помимо того факта, что вес Царь-бомбы что-то возьметприближается к ракете-носителю «Сатурн-5» , чтобы доставить ее. «Сатурн-5» может отправить 47 тонн в транслунную инъекцию.

Единственная польза от бомбы — это разбить астероид так, чтобы его осколки почти не попали в Землю. Вы можете подумать о том, чтобы разделить астероид на равные части и придать им равные боковые (то есть нормальные к линии Земля-астероид) компоненты скорости, чтобы их центр масс все еще проходил через Землю, но осколки не касались Земли. Скорее всего, вы попытаетесь использовать это оружие, чтобы удалить (расколоть и оторвать) небольшой фрагмент, чтобы фрагмент и основное тело имели одинаковую величину, но противоположный знак бокового импульса, чтобы они оба (или, по крайней мере, основное тело) не попали в Землю. и его атмосфера. Даже скользящий удар, осколки которого отскакивают от атмосферы, может быть опасен; без взаимодействия с атмосферой кинетической энергии астероида должно быть достаточно, чтобы избежать гравитационного поля Земли.гавитационно захватить осколок, что означает, что он вернется и будет представлять ту же угрозу позже.

Я думаю, вы можете видеть, что во всех этих возможных сценариях нам нужно зарыться в астероид, чтобы мы могли использовать относительно небольшую энергию оружия, чтобы расколоть астероид на части. Осуществимо ли это, я не знаю: теперь это стало чисто горной задачей. Я полагаю, что все это будет сопряжено с большой неопределенностью: поскольку мы мало что знаем о каких-либо изъянах или недостатках внутри астероида, можно только догадываться, каким образом он расколется, если вообще расколется. Как и в ответе Дэвида Хаммена , всевозможные опасности могут возникнуть из-за попадания даже небольших осколков в атмосферу Земли, если они составляют значительную часть астероида..

Я думаю, вы понимаете, что даже вариант с ядерным оружием осуществим только в том случае, если он тщательно спланирован и предпринят задолго до удара. В отличие от всей этой неопределенности, другие методы, такие как Gravity Tractor , гораздо более надежны и лучше себя ведут. Гравитационный тягач работает как гравитационная рогатка наоборот: вы можете думать о тягаче и астероиде как о связанных «резиновыми лентами», как в превосходном описании рогатки Терри Боллинджером. По сути, тяга ракеты влияет на систему ракеты-астероида: эффект, хотя и небольшой, очень хорошо изучен и наверняка отклонит астероид при достаточном количестве времени.

Я не видел Армагеддона, и Deep Impact мало повлиял на меня: я почти забыл об этом.

Сноска: как указывает Дэвид Хаммен, все системы вращаются вокруг Солнца. Таким образом, в более длительных временных масштабах (вероятно, больше, чем несколько недель, которые вы, кажется, подразумеваете), Солнце должно быть включено в систему, чтобы применить закон сохранения импульса. В краткосрочной перспективе нам нужно думать о Земле как об одной системе, а об астероиде-оружии — как о другой: оба свободно падают, и их центры масс движутся по курсу столкновения. Мало что изменится в этом через несколько недель, независимо от того, в какой форме или наборе форм может оказаться астероид.

Re Как он говорит, центр масс астероидно-ядерной системы оружия будет проходить через Землю, что бы ни случилось. Я этого не говорил. Это не верно. Гравитационный тягач — хороший подход с многолетним заблаговременным предупреждением. Через десятилетие или меньше ядерный вариант будет практически единственным вариантом. С несколькими годами или меньше, нет никакого выбора.
@DavidHammen Как так? Даже в системе гравитационного тягача это верно, если принять во внимание движущие газы в гравитационном тягаче, т. е. всю систему, если не задействовано третье тело. Единственный способ, которым это не может быть правдой, это если вы включите какое-то другое тело в систему, т.е. отклоните тело под влияние, например, Луны . Ты это имеешь ввиду? Если это так, я могу сказать, чтобы быть немного яснее. Я также исправил опечатку: я хотел сказать, что гравитационный тягач является гораздо более ОПРЕДЕЛЕННЫМ (а не неопределенным), потому что он гораздо меньше зависит от неизвестной структуры внутри астероида.
@DavidHammen На самом деле, Дэвид, ты довольно уверен в своих сроках: похоже, ты внимательно прочитал о том, что оправдывает < 10 у р ⇒ только ядерный и так далее, поэтому было бы неплохо указать ваши ссылки в вашем ответе. Я думаю, что мой ответ показывает, что это очень технический вопрос, требующий большого количества исследований, чтобы ответить на него полностью, что, вероятно, не входит в сферу применения Physics SE, т.е. вариант оружия кажется мне в основном проблемой горной инженерии.
Даже в системе гравитационного тягача это верно, если принять во внимание движущие газы в гравитационном тягаче, т. е. всю систему, если не задействовано третье тело. Хотя это было бы верно в пустом пространстве, но не тогда, когда что-то движется по орбите. Простой контрпример: рассмотрим пару объектов, вращающихся вокруг Солнца как одно целое. Толчок друг против друга, чтобы отделиться, с Δ В направлена ​​вдоль вектора орбитальной скорости. В какой-то момент времени объекты окажутся на противоположных сторонах своих орбит: центр масс будет находиться близко к Солнцу или внутри него.
@DavidHammen «Центр масс будет близко к Солнцу или внутри него»: как это всегда было в этой проблеме с тремя телами, поэтому я подчеркнул третье тело. Я думаю, что временные рамки немного расплывчаты в вопросе ОП, но они, кажется, подразумевают что-то делать, пока астероид находится в нескольких неделях. Я добавил сноску к ответу. Нам нужно думать о Земле как об одной системе, а об астероиде-оружии — как о другой: обе находятся в свободном падении, и их центры масс находятся на пути столкновения. В течение нескольких недель это мало что изменит. Кроме того, у вас есть какие-либо ссылки - я думаю ...
@DavidHammen ... вы читали об этом небольшими частями в течение длительного периода времени, поэтому цитирование ссылок может быть непростым? Кстати, главная цель моего ответа — проиллюстрировать, насколько мы малы в масштабе Солнечной системы: даже наши самые большие бомбы — это крошечные хлопья в общей схеме вещей, сильно отличающиеся от того, как вещи изображаются в кино и поп-культуре.
Нет никаких шансов изменить траекторию, если у вас есть предупреждение всего за несколько лет, не говоря уже о нескольких неделях. Даже ядерное оружие не может сделать так много. Как функция времени до удара, дельта V, которую необходимо сообщить, чтобы избежать этого удара, является сильно нелинейной функцией. (Это ближе к экспоненциальному.) Измените орбиту на крошечный, крошечный бит на десятилетия вперед, и столкновение станет промахом. Всего за несколько недель до предупреждения энергия, необходимая для превращения удара в промах, превышает годовое потребление энергии всем человечеством.
Re: расщепление астероида. Насколько я понимаю, ряд астероидов, в том числе печально известный DA 1950, на самом деле просто груды щебня. См. Розитис и др. 2014 .
@ChrisWhite - Это правильно. Как я писал в своем обновленном ответе, это не проблема ядерного взрыва. Реальное использование ядерного противостояния должно быть осуществлено примерно за два года до удара. Ряд симуляций показал, что рассредоточенные обломки повторно объединяются в астероид в виде груды обломков примерно через год, задолго до удара (или близкого удара в этом случае).
@DavidHammen, кажется, у вас есть цифры: «энергия, необходимая для превращения удара в промах, превышает годовое потребление энергии всем человечеством». У вас есть ссылка? Я имею в виду изменение орбиты астероида, отправив ракету с роботизированным устройством, которое прикрепит саму ракету к астероиду перпендикулярно орбите и будет продолжать ее менять. Не взрыв. Превратите его в ракету.
@annav - Единственный раз, когда вы хотите применить тягу по нормали к вектору скорости, - это когда вам это абсолютно необходимо. Вы должны, когда астероид близко. В противном случае стрелять по вектору скорости или против него гораздо лучше. Что касается драки, то это не лучшая идея. Причина 1: Астероиды вращаются, и это вращение нехорошо; погуглите конструкцию Пуансо. Причина № 2: груды щебня. Многие (большинство?) астероидов представляют собой слабо соединенные друг с другом груды валунов, камней и мелких предметов; погуглите 25143 Итокава для примера.
@DavidHammen хорошо, тогда я бы использовал две или три форсунки для управления вращением и придания желаемой импульсной тяги. Для каменной воды? чтобы заморозить его вместе: приземлитесь на ночную сторону, на которую вы хотите нанести толчок. Конечно, для этого потребуются чрезвычайно умные роботы. Возможно пилотируемые машины. Научная фантастика :).
@annav - Вы хотите применить тягу к рассвету или закату. Все остальное просто глупо, если, конечно, орбитальная механика не диктует вам необходимость использовать этот глупый подход (например, слишком долгое ожидание). Орбитальная скорость составляет несколько десятков километров в секунду; дельта V составляет максимум метр в секунду (и предпочтительно сантиметры в секунду или меньше). Тяга, нормальная к орбитальной скорости, мало влияет, практически не влияет, если общая дельта V составляет сантиметр в секунду. Даже небольшая тяга вдоль или против орбитальной скорости может иметь огромный эффект, особенно если она выполняется в перигелии.
Предотвращение Армагеддона
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v