ماموریت های متمرکز بر اجسام کوچک در منظومه شمسی اخیراً ضخیم و سریع انجام شده است. OSIRIS-Rex، Psyche و Rosetta نمونه‌هایی از پروژه‌هایی هستند که با یک جسم کوچک در منظومه شمسی برنامه‌ریزی کرده‌اند یا با آن مواجه شده‌اند. اما یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های آنها درک گرانش این اجسام است – که به‌ویژه زمانی مشهود بود که فیلا، فرودگر روزتا، برای ماندن روی سطح دنباله‌دار مورد نظر خود مشکل داشت. ایده جدیدی از محققان دانشگاه کلرادو بولدر و آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا ممکن است به حل این مشکل کمک کند – با پرتاب کاوشگرهای کوچک به اطراف.
این مفهوم که Gravity Poppers نام دارد، نتیجه کمک مالی NIAC در سال 2020 است. این ایده به اندازه کافی ساده است – دسته ای از کاوشگرها را روی سطح یک جسم کوچک بیندازید و آنها را به طور دوره ای از آن بفرستید. وقتی آنها این کار را کردند، آنها را دنبال کنید. اگر نیرویی را که با آن پریدند و می‌توانید هنگام بازگشت به سطح آنها را ردیابی کنید، می‌توانید گرانش ناحیه‌ای که روی آن شناور هستند را با دقت بیشتری نسبت به تکنیک‌های جایگزین تخمین بزنید.
دانشمندان از سه روش اصلی جایگزین برای محاسبه گرانش اجسام کوچک استفاده می کنند – توموگرافی راداری، تصویربرداری لرزه ای و گرانش سنجی. هر کسی نقص هایی دارد که Gravity Poppers می تواند بر آنها غلبه کند.
اعتبار – کانال یوتیوب بن هاکمن
توموگرافی رادار از بازتاب سیگنال های رادیویی برای تخمین میزان گرانش در یک منطقه خاص استفاده می کند. با این حال، نفوذ به قسمت های عمیق تر بدن کوچک دشوار است. برخی از مواد به هیچ وجه امواج الکترومغناطیسی را منعکس نمی‌کنند، بنابراین نمی‌توان مناطقی را با این مواد مشخص کرد.
تصویربرداری لرزه ای اغلب در زمین استفاده می شود. با ردیابی حرکت امواج لرزه ای در امتداد سطح یک جسم، دانشمندان می توانند گرانش مناطق اطراف آنها را تخمین بزنند. با این حال، برخی از اجرام کوچک، به ویژه سیارک ها، صرفاً انبوهی از زباله هستند که ساختار داخلی منسجمی ندارند. امواج لرزه ای در چنین محیط هایی خیلی خوب عمل نمی کنند. ریوگو، سیارک Hayabusa-2 که از آن بازدید شد، انرژی لرزه ای ناشی از یک رویداد برخورد را جذب کرد به طوری که فضاپیما حتی نمی توانست تغییرات در ویژگی های سطح آن را تشخیص دهد.
گرانش سنجی ساده ترین تکنیک از این سه تکنیک است و به کمترین تجهیزات در سفینه فضایی نیاز دارد. جسم کوچک چگونه فضاپیمایی را که به دور آن می چرخد می کشد؟ با عبور از مناطق مختلف، آیا جاذبه افزایش می یابد یا کاهش می یابد؟ با این حال، اندازه گیری گرانش از راه دور آسان نیست زیرا مدارها معمولاً نسبتاً دور هستند. بنابراین دقت این تکنیک نسبتا پایین است.
Gravity Poppers را وارد کنید. یک مدارگرد می تواند چندین ده مورد از آنها را پرتاب کند – مقاله ای که جزئیات این ایده را نشان می دهد 20. همانطور که آنها روی سطح یک سیارک، دنباله دار یا ماه کوچک فرود می آیند، گاهی اوقات از نیروی داخلی برای پرش از سطح استفاده می کنند، اما برای شکستن گرانش کافی نیست. گرفتن بسته به منطقه مورد نظر مطالعه، آنها می توانند این کار را در زاویه یا مستقیم انجام دهند.
همانطور که آنها از سطح بلند می شوند، کشتی مادر در مدار آنها را ردیابی می کند و مسیر حرکت آنها را محاسبه می کند، که سپس می تواند برای محاسبه گرانش منطقه ای که بر فراز آن پرواز می کنند استفاده شود. سپس فرود می آیند، تنظیم مجدد می شوند و این کار را به طور مکرر با ردیابی مدارگرد انجام می دهند. این تیم دو نوع ساختار را برای پاپرها مورد مطالعه قرار داد: کروی و مکعبی. آنها بر روی مکعب مستقر شدند، که همچنین دارای LED های داخلی بود که منبع نوری را ایجاد می کند که مدارگرد می تواند آن را ردیابی کند.
با این حال، به سادگی ردیابی منبع نور نیست – بسیاری از دینامیک سیستم به محاسبه زاویه مسیر، نیرویی که پوپر با آن پرید و نقطه فرود می‌رود. این مقاله همچنین با استفاده از نرم افزار مدل سازی توسعه یافته در ناسا، شبیه سازی هایی از نحوه عملکرد چنین ماموریتی در عمل را شرح می دهد.
متأسفانه، این بدان معناست که هنوز هیچ نمونه اولیه ای برای آن وجود ندارد. هنوز بودجه فاز دوم را از NIAC دریافت نکرده است. اما این ایده به اندازه کافی منحصر به فرد و ساده است که با کمی تلاش برای توسعه، مهندسان ممکن است بتوانند بر این روش جدید برای کاوش در برخی از جالب ترین دنیاهای منظومه شمسی از لحاظ اقتصادی و علمی تسلط پیدا کنند.
اطلاعات بیشتر:
ویلا و غیره – تخمین گرانش در اجسام کوچک با ردیابی نوری کاوشگرهای مصنوعی پرش
UT – هنگامی که یک سیارک به زمین نزدیک می شود، فرصت نادری برای ما به دست می آید تا بفهمیم از چه چیزی ساخته شده است
UT – چگونه فرود سیارک را ایمن تر کنیم
UT – یک فضاپیما می تواند از گرانش برای جلوگیری از برخورد خطرناک سیارک استفاده کند
تصویر سرب:
رندر هنرمند مفهومی از ماموریت Gravity Poppers
اعتبار – بنجامین هاکمن
