Прыгающие роботы смогут изучать гравитацию астероида
Миссии, посвященные малым телам Солнечной системы, в последнее время становятся все более активными. OSIRIS-Rex, Psyche и Rosetta — все это примеры проектов, которые планировали или провели встречу с небольшим телом в Солнечной системе. Но одной из их самых больших проблем является понимание гравитации этих тел, что было особенно очевидно, когда Филе, посадочный модуль Розетты, с трудом удерживался на поверхности предназначенной для нее кометы. Новая идея исследователей из Университета Колорадо в Боулдере и Лаборатории реактивного движения НАСА может помочь решить эту проблему — путем перемещения небольших зондов. Концепция под названием Gravity Poppers возникла в результате гранта NIAC еще в 2020 году. Идея достаточно проста — выпустить группу зондов на поверхность небольшого тела и заставить их периодически спрыгивать с нее. Когда они это сделают, следите за ними. Если вы знаете силу, с которой они отпрыгнули, и можете отслеживать их возвращение на поверхность, вы можете оценить гравитацию области, над которой они плывут, более точно, чем альтернативные методы.
Ученые используют три основных альтернативных метода расчета гравитации малых тел — радиолокационную томографию, сейсмическую визуализацию и гравиметрию. У каждого есть недостатки, которые гравитационные попперы могут преодолеть. Радарная томография использует отражения радиосигналов для оценки гравитации в конкретной области. Однако проникнуть в более глубокие части маленького тела сложно. Некоторые материалы вообще не отражают электромагнитные волны, что делает невозможным определение характеристик областей с этими материалами. На Земле широко используются сейсмические изображения. Отслеживая движение сейсмических волн по поверхности тела, ученые могут оценить гравитацию окружающих их регионов. Однако некоторые небольшие тела, особенно астероиды, представляют собой просто груды обломков без внутренней целостной структуры. Сейсмические волны не очень хорошо себя чувствуют в таких условиях. Рюгу, астероид, который посетил Хаябуса-2, поглотил сейсмическую энергию удара так, что космический корабль даже не смог различить никаких изменений в характеристиках его поверхности.
Гравиметрия является наиболее простым из трех методов и требует наименьшего количества оборудования на борту космического корабля. Как маленькое тело притягивает космический корабль, вращающийся вокруг него? Когда он проходит над разными областями, сила тяжести увеличивается или уменьшается? Однако измерить гравитацию издалека непросто, поскольку орбиты обычно расположены относительно далеко. Таким образом, точность этого метода относительно невысока. Введите Гравити Попперс. Орбитальный аппарат мог бы выпустить несколько десятков таких штук — статья, подробно описывающая идею, опубликованную на arXiv, предполагает 20. Когда они приземляются на поверхность астероида, кометы или небольшой луны, они иногда используют внутреннюю силу, чтобы отпрыгнуть от поверхности, но недостаточно, чтобы разорвать гравитацию. В зависимости от предполагаемой области исследования, они могли делать это под углом или прямо вверх. Когда они отрываются от поверхности, орбитальный корабль-база отслеживает их и рассчитывает траекторию, которую затем можно использовать для расчета гравитации региона, над которым они пролетают.
Затем они приземляются, перезагружаются и делают это неоднократно, а орбитальный аппарат отслеживает их. Команда изучила два типа конструкции попперов: сферическую и кубическую. Они остановились на кубе, в котором также были встроены светодиоды, создающие источник света, который мог отслеживать орбитальный аппарат. Однако это не так просто, как отслеживание источника света: множество системных динамических процессов учитываются при расчете угла траектории, силы, с которой прыгнул поппер, и места приземления. В документе также подробно описывается моделирование того, как такая миссия будет работать на практике, с использованием программного обеспечения для моделирования, разработанного в НАСА. К сожалению, это означает, что прототипов для этого пока нет. Он также еще не получил финансирования фазы II NIAC. Но идея уникальна и достаточно проста, поэтому, приложив немного усилий, инженеры смогут освоить этот новый способ исследования некоторых из наиболее экономически и научно интересных миров в нашей Солнечной системе.
