Stopařův průvodce po kometách

I tak by mohl znít nadpis původního článku, který mě zaujal novátorským využitím historické technologie. Zatímco dnes již příslovečný galaktický stopař pro své cestování potřeboval především ručník a uklidňující knihu, my se dnes budeme zabývat cestováním mezi malými tělesy Sluneční soustavy za použití harpuny. Vlastně je to geniálně jednoduché, ovšem nebyla by to kosmonautika, kdyby věc neměla nějaké to „ale“, plynoucí z tradičně extrémních požadavků.

NASA tento projekt podpořila již více než před rokem v rámci programu NIAC částkou 100 000 dolarů. Zdá se, že program nese své první ovoce.

Komety sice mají spoustu kinetické energie, ale tu si nezle vypůjčit s využitím gravitačních manévrů, tak poutavě zobrazených v aktuálním sci-fi trháku Marťan. Nejde to proto, že komety a asteroidy jsou příliš malá tělesa, a tak nemohou okololetící sondu strhnout svým gravitačním polem. Nicméně způsob tu je, už ve škole při hodinách fyziky učitelé pro ukázku rovnováhy mezi odstředivou a dostředivou silou tradičně používají provázek. Zdá se tedy přirozené na místo gravitace použít kombinaci provázku, harpuny a navijáku, pak už stačí jen zaháknout harpunu za vyhlédnuté těleso a nechat se chvíli táhnout podobně jako lyžař na vodních lyžích, eventuálně přistát a zase vydat na další cestu.

Pokud Vám to něco připomíná, tak vězte, že harpuna měla poněkud neslavnou roli ve stále živém přistání Philae na kometě 67P/Churyumov-Gerasimenko, také sonda Osiris-Rex počítala s odběrem vzorků pomocí harpuny. Tím rozhodně nechci nijak snižovat krásu myšlenky, naopak, fascinuje mě šíře využití téhož ve své podstatě primitivního principu. To, o čem tu uvažujeme teď, je v tomto srovnání pochopitelně kaskadérský výkon, kladoucí diametrálně odlišné nároky zejména na materiál použitého lana – spíše by se snad s ohledem na rozumné rozměry a hmotnost navijáku hodil výraz vlákna. Jeho délka se uvažuje mezi 100 až 1000 km. Lano navíc musí být pružné, aby mohlo bez poškození absorbovat vznikající rázy. Masahiro Ono a jeho tým provedli počítačové simulace, z nichž vyplynulo, že při použití Kevlaru nebo Zylonu je možné počítat se změnou rychlosti až 1,5 km za sekundu, přičemž by jedna sonda mohla navštívit 5 – 10 těles. Použití vláken z uhlíkových nanotrubiček a diamantové harpuny by umožnilo dosáhnout urychlení sondy až 10 km za sekundu.

Když pominu, že fanoušci průzkumu vesmíru by se nad takovým projektem jistě pominuli, pak si na závěr dovolím ještě malou soukromou spekulaci. Vývoj technologie pracující ve velkém, ale reálném rozměru s nanotrubičkami by mohl akcelerovat práci na lanu pro vesmírný výtah. Nechme se překvapit.

Zdroje informací:
http://www.nasa.gov/feature/jpl/comet-hitchhiker-would-take-tour-of-small-bodies
http://www.nasa.gov/content/niac-2014-phase-i-selections
http://www.nasa.gov/content/comet-hitchhiker-harvesting-kinetic-energy-from-small-bodies-to-enable-fast-and-low-cost/

Zdroje obrázků:
http://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/hitchhikerconceptart1_nourl_main.jpg

Stopařův průvodce po kometách, 2.2 out of 5 based on 13 ratings
Pin It
(Visited 1 359 times, 1 visits today)
Nahlásit chybu

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 2.2/5 (13 votes cast)
(Visited 1 359 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


23 komentářů ke článku “Stopařův průvodce po kometách”

  1. Spytihněv napsal:

    OSIRIS-REx bude odebírat vzorky pomocí harpuny? To si opravdu nemyslím.

    • Milan Štrup napsal:

      Omlouvám se bylo to svého času plánováno, až při psaní článku jsem zjistil, že celá věc nakonec proběhne konvenčním způsobem a pak jsem použil starší verzi textu. Moje chyba.

  2. Vojta napsal:

    Zrychlení až 1,5 km za sekundu? km/s je jednotka rychlosti a chyba v jednotkách to také nebude (1,5 km*s^-2 není snad ani v hlavni děla). Jde tedy o zrychlení „o 1,5 km/s“ oproti původní rychlosti sondy na jedno přitažení ke kometě?

    V každém případě dost divoký koncept, ale to se dalo za druhé světové říct o vyzvedávání sestřelených pilotů letadlem bez přistání taky a princip je podobný.

    • Milan Štrup napsal:

      Přiznávám, že mě to také poněkud zarazilo, než jsem si uvědomil, že to není to okamžité zrychlení za s^2. Takže počítám, že platí ta druhá možnost tj. zrychlení oproti původní rychlosti, také jsem přemýšlel nad formulací, nakonec jsem přidržel formulace z původního článku.

      Ano je to velice divoký a zároveň ne nemožný koncept, proto mě zaujalo. Téma jak stvořené pro rozverně odlehčený článek.

      • Petr Scheirich napsal:

        Původní článek ale uvádí „velocity change“, což není zrychlení. Doslovný překlad „změna rychlosti“ by byl méně matoucí.

    • Malky napsal:

      Jako ‚divoký koncept‘ by se dalo označit i posazení nákladu na obří bombu, zapálení spodku a zrychlování tak dlouho, dokud náklad nezačne padat kolem Země v nikdy nekončícím volném pádu 🙂

      • kopapaka napsal:

        Malky: takové nápady byly myslím dva, Orion (byť tam bylo hodně „malých“ výbuchů) a pak ještě jeden, který spočíval ve vykopání opravdu velké(hluboké) jámy s atomovou bombou dole(snad zalitou vodou) a pístem s „hloupým“ nákladem nahoře…

  3. O. Drtil napsal:

    Trošku mě zaráží spolehnutí se na správné „ukotvení“ harpuny v projektech, kdy záleží na jistotě, jednak z finančních důvodů, kdy celý projekt stojí nemalé částky a také opakování mise je v časovém horizontu dožití odesílajíci generace vědců „na hraně“. Materiál cílového tělesa se totiž nemusí chovat zcela předvídatelně. Což jsme mohli zaznamenat i na částečné ztrátě funkčnost Philae po neuchycení harpun.

    • Tomáš Kohout napsal:

      Harpuny u Philae se neuchytily, protože ani nevystřelily. Ale vědci z týmu Rosetta přiznávají, že povrch je tvrdší než čekali, což bylo znát při vrtání.

    • kopapaka napsal:

      Při vstřícné rychlosti penetrátoru a cíle 1,5km/s(nebo dokonce až 10km/s) bych se obával úplně jiných věcí, než že se harpuna „nezapíchne“ 🙂
      Docela by mě zajímaly hodnoty přetížení působící na samotnou sondu – kombinace odvíjení lana a pružnosti asi zvládne hodně, ale…

      • Milan Štrup napsal:

        Pokud bude ložisko na navijáku dostatečně volné, tak v ideálním případě by jediný ráz při zachycení kotvy vznikl než se roztočí jeho buben, takže lano musí absorbovat (vypružit) tento ráz a zbytek energie už pohltí brzda, jejíž provoz lze dobře kontrolovat a předvídat na 100 až 1000 Km lana-vlákna ze zmíněných materiálů to považuji za reálné. Myslím, že těch 100 000 se dělaly hlavně simnulace a podklady pro ně, pochybuji, že právě toto by v JPL opomenuli.

        • kopapaka napsal:

          Když nad tím tak přemýšlím, tak by takové lano s navijákem šlo použít k relativně levnému odeslání výzkumné sondy přímo od Země… Stačilo by najít vhodný „tahač“… 🙂

        • Spytihněv napsal:

          No naštěstí je takových potenciálních tahačů v okolí Země výrazný nedostatek 🙂

        • kopapaka napsal:

          Spytihněv: no asi ano. Tím ovšem – a ještě kvůli dalším drobnostem padá můj námět na povídku o jezdcích na „harpunovaných“ asteroidech 🙂
          Nějak jsem pominul obrovské vzdálenosti a malou četnost vhodných asteroidů. Asi by to nebyl moc zábavný závod 😀

        • gg napsal:

          Myslím, že největší průšvih je v rychlosti zvuku. My máme zatím problémy i s lany o délce desítek kilometrů.

    • Milan Štrup napsal:

      Přiznám se, že potíže s ukotvením harpuny mě taky napadly. Na druhou stranu by se nemuselo tolik dít, v pásu asteroidů by se vždy mohl najít náhradní kandidát, vždyť spousta sond letěla kolem různých těles jen proto, že tudy zrovna mely cestu. Nějak nepočítám – byť se to nikde nezmiňuje – že případná mise by se spoléhala jen a pouze na harpunu, je tu těžko oddiskutovatelný předpoklad potřeby manévrů pomocí konzervativní techniky.

      • Spytihněv napsal:

        „V pásu asteroidů by se vždy mohl najít
        náhradní kandidát, vždyť spousta sond letěla
        kolem různých těles jen proto, že tudy zrovna
        měly cestu.“

        Škoda, že takhle jednoduše to nefunguje. Těch setkání mnoho nebylo a už vůbec ne náhodných. S tím rychlým dostižením jiného potahu bych to viděl značně pesimisticky.

        • Milan Štrup napsal:

          Já bych řekl, že to není takový problém. Namátkou mě napadá NEAR a Mathilde, Cassini a 2685 Masursky, Galileo a Gaspra, nakonec přístup k prodloužené misi New Horizon není v principu nic jiného, ani jedno z těch setkání neproběhlo proto, že by k němu sondu někdo naváděl. Vím zní to tak nějak neseriózně spoléhat na podobnou náhodu a minimálně v pásu asteroidů už známe dost těles na to aby podobný plán byl proveditelný. Vždyť to nemusí být rychle, taková mise by byla tak jako tak na dlouhé lokte možná i desítky let.

        • Spytihněv napsal:

          Blízká setkání s planetkami (vč. Ceres) do 3500 km proběhla 12 krát. Pak ještě dvě velmi vzdálená. Kolik z nich bylo náhodných to nevím. Pokud by se ten manévr s lanem a zabodnutím harpuny povedl podle plánu, tak nic proti. Asi by to fungovat mohlo. Ale připadá mi to celé příliš nejisté. Po případném selhání následuje hledání zcela nového nebo použití předem vytipovaného náhradního cíle a celá riskantní akce se opakuje a délka mise a tím i opotřebování sondy se dlouhým přeletem velmi prodlužuje (třeba i o mnoho let), palivo na korekce dráhy ubývá……

          Jako nápad je to zajímavé, realizaci bych uvítal, ale coby princip průzkumných misí se mi to zdá dost nepraktické a do značné míry se spoléhající na náhodu v podobě vhodného materiálu k zabodnutí nebo nalezení vhodného objektu.

        • Petr Scheirich napsal:

          Milan Štrup “ ani jedno z těch setkání neproběhlo proto, že by k němu sondu někdo naváděl.“: VŠECHNA tato setkání byla plánovaná a dráha sondy tomu byla přizpůsobená. Základní dráha k primárnímu cíli je samozřejmě dána dopředu, ale pak se vždy zkoumá, jestli ji není možné mírně přizpůsobit tak, aby po cestě sonda nenavštívila ještě další cíle. K žádnému náhodnému setkání sondy s planetkou zatím nikdy nedošlo, ostatně takové neplánované přiblížení k planetce je noční můrou konstruktérů.

        • Petr Scheirich napsal:

          Jeden příklad za všechny: plánování trajektorie sondy NEAR je popsáno zde:
          http://near.jhuapl.edu/PDF/OV_Traj.pdf

          Str. 2:
          The original target for NEAR was 1943 Anteros, but early in 1992, programmatic
          considerations resulted in a switch to 4660 Nereus with a launch in January 1998. This mission opportunity was especially attractive because a number of extended-mission scenarios involving flybys of additional asteroids and comets were possible following the completion of the Nereus rendezvous mission.

          Str. 7:
          One of the routine things that is done for a planetary mission is to examine the spacecraft’s trajectory to see if it comes close to any interesting objects (e.g., asteroids or comets). … Initial data from this search produced the exciting and unexpected result that NEAR’s trajectory would pass within 0.015 AU (~2.25 million km) of the large main-belt asteroid 253 Mathilde. Of course, a deviation of 0.015 AU from the baseline
          trajectory is not trivial, but further analysis revealed that the ∆V penalty associated with a trajectory change that would permit a close encounter Mathilde was only 57 m/sec.

        • Milan Štrup napsal:

          Tušil jsem, že tohle téma rozpoutá krásné kontroverze, totiž – v hloubi duše nevěřím, že současná NASA něco takového bude ochotná podniknout, ale přesto si myslím, že myšlenka je to natolik lákavá, že téma stojí za trochu duševní gymnastiky.

          Připomínám, že tuto variantu probíráme jen pro krizový případ, kdy selže ukotvení. V případě hladkého průběhu by se jednalo o plánovanou a kontrolovanou trajektorii. Studie nepočítá se standardním postupem, kdy se sonda někam vrhne a potom budeme zkoumat, jestli v cestě není nějaké příhodné těleso. Coby krizový plán mi však přijde zcela přijatelný. Samozřejmě rozhodně netvrdím, že případná změna trajektorie je nějaká legrace na tři kliknutí, ani jsem se k tomu nevyjadřoval, netriviální výpočty a simulace IMHO tak nějak k podobnému podniku asi budou patřit vždy. Nikdy nebudeme mít k dispozici nekonečně paliva, ať už při použití jakékoli technologie, naopak palivo bude vždy limitující faktor a tak se s ním bude šetřit bez ohledu na náročnost plánování.

          Tak nějak se mi zdá, že Váš příspěvek podporuje spíše můj náhled na věc. A to zvláště věta: “Initial data from this search produced the exciting and unexpected result that NEAR’s trajectory would pass within 0.015 AU (~2.25 million km) of the large main-belt asteroid 253 Mathild”. Ono docela záleží jak si definujeme slovo náhoda, samozřejmě že třeba v případě NEAR-Mathilde bylo finální přiblížení na 1200 Km plánované, ale fakt že původní trajektorie sondu zavedla 2 mil. Km k Mathilde byl zjištěn dodatečnou analýzou dráhy, myslím že tak zcela naplňuje výraz neplánovaný (jinak by ho snad sotva kdo označil jako exciting and unexpected) – vědomě se vyhýbám slovu náhodný. Mimo to znovu připomínám New Horizons, tam jsme dokonce do poslední chvíle nevěděli jestli vůbec nějaká příhodná tělesa nalezneme, jenom se předpokládalo, že spíše ano. A ejhle – našli, a to dokonce Kuiperově pásu, který máme prozkoumaný určitě méně než pás asteroidů a také se nám mnohem hůře pozoruje. Jistě zase je to to samé, průlet kolem libovolného kandidáta bez korekcí by byl samozřejmě k ničemu, ale fakt že to nebo ono konkrétní těleso je v dosahu drobných – jakkoli netriviálních – manévrů rozhodně nebyl plánovaný, a to přesto že potřebné manévry pro blízký vědecky hodnotný průlet, už je nutno naplánovat.

          Přikládám video zobrazující pokrok v průzkumu pásu asteroidů, skoro bych považoval spíše za náhodu (nebo snad smůlu) pokud bych skrz něj nalezl libovolnou newtonovskou dráhu na níž by těleso v horizontu řekněme 2-3 let nemíjelo jiné těleso ve vzdálenosti jednotek milionů kilometrů.

          https://www.youtube.com/watch?v=xJsUDcSc6hE

          Pokud jde o životnost sondy, dnes už víme, že umíme vyrobit hardware fungující v kosmických podmínkách desítky let. Navíc i kdyby se stalo, že taková mise mise prozkoumá “jenom” 6 těles místo optimistických 10-ti, protože se několikrát vytrhla kotva, to je pořád o půlku víc než jich známe dnes, navrch by se na některých ještě mohlo i přistát. Takový výsledek bych považoval za fenomenální úspěch.

          Při našich znalostech o pásu asteroidů bych neviděl problém ani ve snad hůře ovlivnitelném výběru navštívených těles. Víme toho příliš málo než aby nás muselo trápit, že uvidíme jen to co nám dovolí Newtonova mechanika, ta je navíc limitující i v případě klasických pohonů. Chce to se jen odpoutat od člověku nepříjemné myšlenky, že na místo aby se snažil ze svého počínání náhodu vyloučit, tak se jí najednou povezeme na hrbu, a to navíc jen pro případ, že věci nepůjdou tak jak bychom chtěli.

  4. kopapaka napsal:

    Tak si říkám, že taková technologie může mít i další využití. Co třeba návrat od Měsíce nebo dokonce Marsu? Nemyslím teď zrovna let s osádkou, ale třeba jen přeletový habiat – což by mohlo být výhodné hlavně od Marsu nebo při levném brždění surovin vytěžených na Měsíci… Čistě teoreticky by lano mohlo posloužit i pro přílet posádky, případně i cestujících na „pravidelnou linku“ Země-Měsíc(Mars-pokud je takový pendl vůbec možný). Loď vezoucí střídající posádku k pendlu by klidně mohla být větší – ale po spolehlivém zachycení by dál pokračoval jen modul s posádkou, případně nákladem.

Zanechte komentář