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要抓住星际游客,请使用太阳能太空弹弓
2020-05-081975

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2017年,夏威夷的一个望远镜从另一个太阳系中发现了我们的第一位天体游客,这很重要,因为我们还没有弄清楚如何亲自拜访他们。“ Oumuamua是一种雪茄形的星际物体(ISO),其名称在夏威夷语中大致翻译为“第一个遥远的使者”,当然不会是最后一个经过的游客。如果将我们的宇宙故事写在星星中,那么即使是一个很小的碎片,只要经过很长一段路程就可以短暂访问,这将为科学发现提供巨大的机会。但是,为了足够接近阅读下一个徘徊在我们家门口的故事的下一部分,我们将必须首先抓住它。


要仔细观察ISO在太空中的伤害,时间至关重要。麻省理工学院航空与航天系(AeroAstro)的助理教授Richard Linares提出了“动态轨道弹弓以与星际物体交会的概念”。他在一项研究提案中概述了他的想法,该提案最近被选为NASA创新先进概念(NIAC)计划的第一阶段研究,该计划“为可以实现和改变未来任务的创新航空航天概念提供资金。”


“从地球上观察ISO面临很多基本挑战-它们通常很小,以至于太阳光需要以某种方式照亮它,以便我们的望远镜甚至能够检测到它,” Linares说道。天体动力学,空间机器人与控制实验室,隶属于AeroAstro空间系统实验室。“而且他们的飞行速度如此之快,以至于很难在没有机会的情况下,团结在一起,在一个很小的机会之窗中从地球发起任务。我们必须尽快到达那里,而当前的推进技术是一个限制因素。”


为了消除这些障碍,Linares提议使用仅由正确的质量面积比构造的太阳帆启用的静态石或“静态卫星”。具有足够大表面积的足够薄的帆将具有足够低的质量,以利用太阳辐射压力抵消太阳的引力,无论其距离多远,都会产生推动力,使推进力可以无限期地悬浮在适当的位置。Linares设想沿着我们太阳系的边缘部署一群星座来充当星际看门狗,等待被ISO越过我们的门槛而引起的骚动。


一旦被检测到,太阳帆就可以使状态石迅速切换齿轮并弹起。由于该方石的速度为零,因此它已处于有效轨迹的位置。释放后,太阳帆中存储的能量将利用太阳的引力以自由下落的轨迹弹向ISO,从而使其追赶ISO。如果时机合适,则该州长可以用配备有机载传感器的CubeSat标记ISO,以便在很长一段时间内绕ISO运行,从而收集重要的科学数据。


利纳雷斯说:“飞越任务通常会更容易,因为它们不需要您放慢速度—您越过目标并尝试在那个窗口中获取尽可能多的图片。” “交会任务更加困难,因为您必须放慢速度并与物体的速度保持一致,这样您才能在物体上停留一段时间。但是,您可以在星际物体周围停留的时间越长,可以收集的数据越好。好的科学近在咫尺。”


对于这个项目,利纳雷斯正与麻省理工学院的同僚Paulo Lozano一起工作,Paulo Lozano是航空和航天学教授,也是空间推进实验室的负责人。本杰明·魏斯(Benjamin Weiss),地球,大气与行星科学系行星科学教授;以及NASA喷气推进实验室的Damon Landau。在接下来的9个月中,Linares和他的调查人员将确定其想法的可行性,如何评估其系统的性能以及为潜在任务制定一个概念。


魏斯说:“研究星际物体的特写将彻底改变我们对行星形成和演化的理解。” “这是我们首次获得对其他太阳能系统整体组成的灵敏测量。我们还可以了解物体在太阳系之间的转移速度和频率,这将告诉我们星际生命转移的可行性。”


NIAC计划下的第1阶段指定可在为期9个月的可行性研究中为开箱即用的想法建立概念验证。研究人员随后可以根据NIAC计划申请第二阶段和第三阶段的奖项,以在更长的时间内进一步发展他们的概念。


“获得像这样的NIAC奖项是非常有声望的,但也非常困难,因为提议者必须在听起来像科幻小说的创新思想之间扎根,而在真正的物理基础上却是如此,” Olivier de Weck说,麻省理工学院航空航天工程学教授。“ Linares教授及其同事已经完美地做到了这一点,该概念将通过以新的方式实质上平衡我们从太阳中获得的两大物质:引力和辐射,从而以前所未有的方式实现对ISO的研究。”


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