科學也可以如此靠近

追逐Oumuamua 遺憾的是人類現有技術不能勝任這個任務


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- 2018年3月14日13時24分
- 【科技大偵探】

科技大偵探

一個多月前,一個名叫「Oumuamua」的星際旅客距離地球2400萬公里的地方經過。現在它正以約26km / s的速度快速離開太陽系。比起航行者1號航天飛船,它以17km / s的速度超越太陽系,飛行速度要快得多。

這個知名的星際客人是一個奇形怪狀的雪茄形小行星第一個星際物體是倍受吸引的,因為人類從來沒有能夠近距離地研究太陽系外的某些東西。此外,最近的觀察表明,Oumuamua的天文學家說,它的顏色偏紅,意想不到的長圓形,就像一個巨大的400米長的雪茄。目標已經從視野中消失了,我們再也看不到它了。

但是,如果我們要怎樣可以追蹤它呢?美國宇航局正在建造世界上最強大的火箭 (太空發射系統)。它能夠啟動一個小探測器來捕捉Oumuamua?我們有什麼技術可以抓住這個星際闖入者?

為了找到答案,我們將視角轉向位於阿拉巴馬州亨茨維爾的NASA馬歇爾太空飛行中心的Advance Concepts辦公室。辦公室的經理馬克·羅傑斯(Mark Rogers)和他的一個任務規劃人員拉里·科斯(Larry Kos)也對阿爾斯討論。事實證明他們也很好奇,並且對攔截「Oumuamua」的可能性做了一些初步的計算。

簡而言之,不幸的是現在的技術已經太晚了。儘管「Oumuamua」以26km / s的速度運動,考慮到地球的速度矢量,地球軌道上的太空飛行器與物體之間的δ-v值接近60km / s。化學推進只是沒有在這種情況下已經無力回天。羅傑斯說。「這不可行。」

但是如果美國宇航局在十月十九日發現了這個天體之後,並且已經對太空進行了探測呢? 我們主要推進方法的問題在於,化學火箭很擅長從地球的軌道中獲取物質,而在太空中則是燃氣炸藥。我們現有的大多數太空推進系統都是基於化學物質的,他們需要大量的燃料(通常是氫氣)來推動太空船。在這種情況下,科斯計算出化學火箭發動機在大約450秒鐘捕獲「Oumuamua」所需的具體數據。

美國航空航天局對一枚革命性火箭的長期投資可能即將取得成功。這實際上是個好消息,因為傳統的火箭發動機可以達到這種具體的推動水平。但也有一些壞消息。保持趕上「Oumuamua」的具體推動需要大量的燃料。那麼根據科斯的說法,NASA就需要把相當於兩個國際空間站,即約800噸燃料推入地球軌道。所有這些燃料,我們可以推動的太空飛行器,一個GoPro與一些基本的航空電子設備,以最終趕上「Oumuamua」。

太空發射系統火箭的第一次反應雖然強大,但只能發射70噸。預計它應該在2020年之前飛行。一個能夠提升130噸的更強大的版本可能在2020年之前準備發射。我們現在根本沒有能力推出這麼多的燃料,或者在不久的將來會實現。

另外一種選擇是,如果我們能夠早點看到「Oumuamua」,那麼本來是把飛船送到最接近的攔截點,大約是地球和月球之間距離的60倍。不幸的是,直到最接近的飛越之後的五天才發現了Oumuamua 。由於物體的雙曲軌道,相對於恆星的背景,它並沒有太多的橫向移動,因為它在9月9日最接近太陽,然後移向地球。

儘管天文學家認為這樣的星際飛行可能相當頻繁,估計一個類似於「Oumuamua」的星際物體一年數次經過地球軌道,這樣的飛行很難找到。換句話說,我們必須非常非常幸運地發現類似的星際物體,然後,我們必須有一個飛船在待命。(美國宇航局科學使命的平均交付時間,推出前五到七年。)

我們可能錯過了追捕Oumuamua的機會。但是,假設太空發射系統或者其他相當強大的火箭,如獵鷹重型或新格倫助推器,將在未來十年內上線,那麼我們能否在短時間內用另一種不同的方式捕捉另一個星際物體,太空推進?

與化學火箭相比,通過與太陽能電池和離子推進器相比,可以汲取燃料的電力推進裝置不需要大量的推進劑進入軌道。然而,目前的系統沒有足夠快的速度,即使是大規模的電力推進也需要數年的時間才能達到與「Oumuamu」相匹配的速度,並且還有很多年的時間來追趕它。

羅傑斯說,對此的一個答案是核熱推進。像60年代和70年代早期開發的NERVA項目這樣的核熱發動機,可能勉強有足夠的能量來追逐一個像Oumuamua這樣的物體。但為此,我們需要地球與星際物體大致相同的方向行進,(事實上,由於成本和核問題,自1972年以來,美國航空航天局並沒有深入研究核引擎。)

「Oumuamua」的最後一個可能性是突破性的Starshot項目所研究的技術 ,它基本上是一個克尺度的晶片上的太空飛行器。這種微型技術將包括照相機,光子推進器,電源,導航和通信設備。這些晶片將攜帶一個輕帆,在100GW範圍內有一個地球相位雷射器陣列,足以推動風帆以大約20%的光速移動。

如果到2021年這樣一個微小的太空飛行器可以發射,它可以達到約Oumuamua大約七年。除了微小的太空飛行器還不存在,它們依賴於未經證實的小型化技術,這將是令人期待的。

總之,我們可能會永遠失去Oumuamua。也許它會激勵人類更努力的去專研太空飛行項目,這樣我們就不會錯過下一個星際侵略者。

本文由RehooTech團隊Leery原創,無授權禁轉!

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