Πώς να διατηρήσετε τροχιές γύρω από το σύστημα τριπλού αστεροειδούς 2001SN263;
Οι αστεροειδείς είναι ουράνια σώματα πολύ μικρότερα από τους πλανήτες. Έχουν ακανόνιστο σχήμα και πολύ ασθενή πεδία βαρύτητας. Οι διαστημικές αποστολές γύρω από έναν αστεροειδή μπορεί να είναι προκλητικές λόγω κυρίως των μεγάλων ενοχλητικών δυνάμεων – όπως αυτές που προέρχονται από την πίεση της ηλιακής ακτινοβολίας και από το μη σφαιρικό πεδίο βαρύτητας του αστεροειδούς – που ενεργοποιούνται στο περιβάλλον του μικρού σώματος. Επιπλέον, μια λειτουργία κοντινής απόστασης γύρω από έναν αστεροειδή απαιτεί πλοήγηση υψηλής ακρίβειας προκειμένου να αποφευχθεί η πρόσκρουση του διαστημικού σκάφους με τον αστεροειδή ή να διαφύγει στο βαθύ διάστημα. Επομένως, η τοποθέτηση και η διατήρηση ενός διαστημικού σκάφους σε τροχιά γύρω από έναν αστεροειδή μπορεί να είναι εξαιρετικά δύσκολο έργο. Αλλά, τι κάνει τους αστεροειδείς τόσο ελκυστικούς;
Από την ανακάλυψη του πρώτου αστεροειδούς (Ceres) το 1801 από τον Giuseppe Piazzi, έχουν βρεθεί πολλά άλλα παρόμοια αντικείμενα. Στην πραγματικότητα, η κύρια ζώνη αστεροειδών (που βρίσκεται περίπου ανάμεσα στις τροχιές των πλανητών Άρη και Δία) περιέχει εκατομμύρια μικρά σώματα. Όταν ένα από αυτά τα αντικείμενα έχει τροχιά μικρότερη από 7,5 εκατομμύρια χιλιόμετρα και διάμετρο μεγαλύτερη από 150 μέτρα, ταξινομούνται ως Πιθανώς Επικίνδυνος Αστεροειδής (PHA). Ωστόσο, ο κίνδυνος σύγκρουσης με τη Γη δεν είναι ο μόνος λόγος για εξερεύνηση. Η διαδικασία εξόρυξης έχει γίνει μια ολοένα και πιο ενδιαφέρουσα δραστηριότητα για τις διαστημικές υπηρεσίες και τις ιδιωτικές εταιρείες, καθώς πολύτιμα ορυκτά, σπάνια στη Γη, μπορούν να βρεθούν σε τέτοια αντικείμενα. Επιπλέον, υπάρχει και το επιστημονικό κίνητρο. Πιστεύεται ότι οι περισσότεροι αστεροειδείς διατηρούν ακόμη πληροφορίες σχετικά με την προέλευση του ηλιακού συστήματος.
Μέχρι στιγμής, πολλά διαστημόπλοια έχουν επισκεφθεί αστεροειδείς και έχουν φέρει σημαντικές πληροφορίες για αυτά τα πολύπλοκα αντικείμενα. Ωστόσο, κανείς δεν έχει εξερευνήσει ένα τριπλό σύστημα αστεροειδών όπως αυτό που ανακαλύφθηκε το 2008 από επιστήμονες από τον ραδιοαστρονομικό σταθμό του Arecibo, στο Πουέρτο Ρίκο, και ονομάστηκε 2001SN263. Ένα τέτοιο σύστημα αποτελείται από ένα κεντρικό σώμα (Alpha), με ακτίνα 1,25 km, και δύο μικρότερα σώματα (Beta και Gamma), με ακτίνα 0,39 και 0,22 km, αντίστοιχα. Το βήτα έχει τροχιακή περίοδο 6,23 ημερών ενώ το Γάμμα περιφέρεται γύρω από το Άλφα με περίοδο 0,69 ημερών. Είναι γνωστό ότι η έρευνα, από κοντινές αποστάσεις, τέτοιων συστημάτων μπορεί να έχει μεγάλη επιστημονική σημασία. Υπό αυτή την έννοια, μια συνεργασία μεταξύ βραζιλιάνικων και ρωσικών διαστημικών ινστιτούτων πρότεινε την αποστολή ASTER με στόχο την εξερεύνηση του αστεροειδούς 2001SN263.
Αρκετές μελέτες που περιλαμβάνουν διαστημικούς ελιγμούς γύρω από συστήματα αστεροειδών έχουν αναπτυχθεί από την ομάδα αστροδυναμικής από το βραζιλιάνικο ινστιτούτο INPE (Εθνικό Ινστιτούτο Διαστημικής Έρευνας). Συγκεκριμένα, μια πρόσφατα δημοσιευμένη έρευνα έδειξε πώς να προσδιορίσετε την καλύτερη στρατηγική, όσον αφορά τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα και την κατανάλωση καυσίμου, για την εκτέλεση μιας λειτουργίας κοντινής απόστασης γύρω από το σύστημα τριπλού αστεροειδούς 2001SN263. Η εργασία βασίστηκε στο πολύ πρόσφατο προτεινόμενο μοντέλο διπόλου περιστρεφόμενης μάζας, το οποίο εξετάζει τα αποτελέσματα της πλάστιξης στα σώματα του αστεροειδούς. Μερικά από τα θεμελιώδη ερωτήματα που απαντήθηκαν σε αυτή την έρευνα είναι:Πώς να αποφύγετε μια σύγκρουση με τον αστεροειδή ή μια διαφυγή στο βαθύ διάστημα χρησιμοποιώντας διορμητικούς ελιγμούς; Πώς η πίεση της ηλιακής ακτινοβολίας επηρεάζει τη δυναμική του διαστημικού σκάφους;
Μια τροχιακή μεταφορά μπορεί να οριστεί ως μια αλλαγή στην τροχιακή ταχύτητα του διαστημικού σκάφους μέσω της εφαρμογής μιας αύξησης της ταχύτητας. Στην πράξη, αυτή η αλλαγή επιτυγχάνεται με προωθητές διαστημικών σκαφών και ονομάζεται προωθητικός ελιγμός. Ωστόσο, στη θεωρητική ανάλυση, συνήθως θεωρείται ότι η αύξηση της ταχύτητας προστίθεται στιγμιαία έτσι ώστε η προκύπτουσα μεταφορά να ονομάζεται παρορμητικός ελιγμός. Στην έρευνα που αναπτύχθηκε στο INPE, θεωρήθηκε μια δι-παρορμητική στρατηγική μεταφοράς, δηλαδή, εφαρμόζεται μια πρώτη ώθηση σε επιλεγμένο σημείο της φυσικής τροχιάς γύρω από το σύστημα αστεροειδών, προκειμένου να αποφευχθεί ένα μη επιθυμητό συμβάν (ως σύγκρουση ή μια διαφυγή), και στη συνέχεια εφαρμόζεται μια δεύτερη ώθηση για να επαναφέρει το διαστημόπλοιο στην αρχική του θέση. Φυσικές τροχιές και διωθητικοί ελιγμοί τόσο για περιπτώσεις σύγκρουσης όσο και για περιπτώσεις διαφυγής. Επιπλέον, τα διαγράμματα χαρτών πλέγματος που παρέχονται στην έρευνά μας υποστήριξαν τον σχεδιαστή της αποστολής να εκτιμήσει τη συνολική μάζα προωθητικού που απαιτείται για την επίτευξη μιας επιθυμητής διάρκειας τροχιακής ζωής.
Τα αποτελέσματα έδειξαν επίσης ότι χαμηλές τιμές κατανάλωσης καυσίμου μπορούν να επιτευχθούν λαμβάνοντας υπόψη οχήματα με μικρές τιμές αναλογίας περιοχής προς μάζα και εφαρμόζοντας τους παλμικούς ελιγμούς με τη δύναμη της ηλιακής ακτινοβολίας που προέρχεται από συγκεκριμένες κατευθύνσεις. Η έρευνά μας παρείχε πολύτιμη υποστήριξη στην ομάδα εννοιολογικών μελετών της διαστημικής αποστολής ASTER Brazilian, αυξάνοντας την κατανόηση του συστήματος τριπλού αστεροειδούς 2001SN263.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Ανάλυση παρορμητικών ελιγμών για τη διατήρηση τροχιών γύρω από τον αστεροειδή 2001SN263, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Astrophysics and Space Science. Αυτή η εργασία έγινε από τον Willer G. Santos και τους συναδέλφους τους από το Εθνικό Ινστιτούτο Διαστημικής Έρευνας στο São José dos Campos, Βραζιλία.
