Προσγείωση σε δυαδικούς αστεροειδείς
Η επιτόπια εξερεύνηση μικρών ουράνιων σωμάτων στο Ηλιακό μας Σύστημα είναι το σημερινό σύνορο της εξερεύνησης του διαστήματος. Μεταξύ αυτών των αντικειμένων, ο πληθυσμός του αστεροειδούς κοντά στη Γη (NEA) είναι σε μεγάλο βαθμό προσβάσιμος στα διαστημικά σκάφη και η πρόσβαση στα περισσότερα NEA είναι φθηνότερη από το να φτάσει κανείς στη Σελήνη μας.
Ένα άλλο ενδιαφέρον υποσύνολο είναι αυτό των δυαδικών αστεροειδών. Αυτά απέκτησαν αυξανόμενη δημοτικότητα από το 1993, όταν ανακαλύφθηκε ο πρώτος φυσικός δορυφόρος ενός αστεροειδούς. Εκείνη την εποχή, το διαστημόπλοιο Galileo της NASA απεικόνισε τον αστεροειδή φεγγάρι Dactyl ενώ εκτελούσε μια πτήση κοντά στο μεγαλύτερο σύντροφό του 243 Ida. Τις τελευταίες δεκαετίες, ανακαλύφθηκαν πολλά πολλαπλά συστήματα αστεροειδών και αυτή τη στιγμή υπολογίζεται ότι περίπου το 16% των NEA είναι δυαδικά.
Γιατί όμως είναι σημαντικοί οι αστεροειδείς και γιατί πρέπει να τους νοιαζόμαστε; Η μελέτη των αστεροειδών είναι σχετική για διάφορους λόγους. Κυρίως, υποκινείται από ένα μεγάλο επιστημονικό ενδιαφέρον:αυτά τα σώματα θεωρούνται τα δομικά στοιχεία των πλανητών μας και παρέχουν ανεκτίμητες και μοναδικές γνώσεις για τη γέννηση και την εξέλιξη του Ηλιακού μας Συστήματος.
Το περιβάλλον του δυαδικού αστεροειδούς είναι το ιδανικό μέρος για τη μελέτη της βαρυτικής δυναμικής, για την ενίσχυση της κατανόησης του πώς σχηματίστηκαν τα ουράνια σώματα στο Ηλιακό Σύστημα και πώς εξελίσσονται. Τα δυαδικά αρχεία προσφέρουν τη μοναδική ευκαιρία για τον ακριβή προσδιορισμό της μάζας και της πυκνότητας των αστεροειδών:στις μέρες μας, η μάζα και η πυκνότητα είναι γνωστές με ακρίβεια μόνο για μερικές δεκάδες μικροσκοπικά αντικείμενα. Στην περίπτωση των δυαδικών συστημάτων, η μάζα των αστεροειδών μπορεί να υπολογιστεί με ακρίβεια αφού μετρηθεί η τροχιά του δορυφορικού αντικειμένου. Από διαστημικής μηχανικής και τεχνολογικής άποψης, αντιπροσωπεύουν ιδανικά και οικονομικά μέρη για πειράματα In-Orbit-Demonstration (IOD) στο βαθύ διάστημα.
Επί του παρόντος, συνεχίζονται μελέτες για τη διερεύνηση της σκοπιμότητας εξόρυξης ορυκτών πόρων από αστεροειδείς. Αυτό δεν σχετίζεται μόνο με την αυξανόμενη κοινότητα των ανθρακωρύχων αστεροειδών, αλλά και για την υποστήριξη μελλοντικών διαστημικών ταξιδιών. Η αφθονία του νερού σε συγκεκριμένες κατηγορίες αστεροειδών θα μπορούσε να τους κάνει να χρησιμεύσουν ως διαπλανικοί σταθμοί τροφοδοσίας καυσίμων στο μέλλον. Αλλά οι αστεροειδείς δεν είναι μόνο ευκαιρίες για την επιστημονική και τεχνολογική ανάπτυξη:αποτελούν επίσης συγκεκριμένο κίνδυνο για τις πόλεις και τις κοινωνικές μας κοινότητες.
Για να αντιμετωπιστούν σωστά όλα αυτά τα προβλήματα, είναι πολύ σημαντικό να μελετηθούν οι δυναμικές και φυσικές ιδιότητες τέτοιων αντικειμένων. Επί του παρόντος, βασιζόμαστε κυρίως σε απομακρυσμένες έρευνες, οι οποίες προσφέρουν εξαιρετικά αλλά ελλιπή δεδομένα για τον πληθυσμό των γειτονικών μας αστεροειδών. Επομένως, τα δεδομένα πρέπει να συμπληρώνονται χρησιμοποιώντας μετρήσεις κοντινής εγγύτητας και επί τόπου.
Οι συνεχιζόμενες και προγραμματισμένες επί του παρόντος διαστημικές αποστολές σε αστεροειδείς χρησιμοποιούν μικρά διαστημόπλοια και συχνά χρησιμοποιούν πολύ μικρούς ανιχνευτές για να ενισχύσουν τις ικανότητες απόκτησης επιστήμης. Αυτοί οι ανιχνευτές συνήθως απελευθερώνονται σε κοντινή απόσταση από το ουράνιο σώμα και συνήθως έχουν πολύ χαμηλές (ή καθόλου) δυνατότητες ελιγμών. Ο ελιγμός απελευθέρωσης συνήθως εκτελείται έτσι ώστε ο καθετήρας να εγχέεται απευθείας στην ονομαστική του τροχιά ή σε μια διαδρομή προσγείωσης προς την επιφάνεια του αστεροειδούς. Όταν ασχολούμαστε με μικρά διαστημόπλοια, η εξερεύνηση από κοντινή απόσταση αστεροειδών και κομητών είναι μια από τις πιο πρόσφατες προκλήσεις της σύγχρονης αστροδυναμικής.
Λόγω της περίεργης και ακανόνιστης κατανομής μάζας τους, το πεδίο βαρύτητας γύρω από τέτοια ουράνια σώματα χαρακτηρίζεται από μια εξαιρετικά μη γραμμική δυναμική συμπεριφορά. Επίσης, λόγω της έλλειψης ακριβών δεδομένων, υπάρχουν μεγάλες αβεβαιότητες και δεν μπορούν να επιλυθούν στη φάση σχεδιασμού της αποστολής. Το πεδίο βαρύτητας γύρω από το αντικείμενο είναι σε μεγάλο βαθμό άγνωστο, όπως και το σχήμα και η δυναμική περιστροφής του. Σε τέτοια χαοτικά περιβάλλοντα, η βαλλιστική κάθοδος του ανιχνευτή πρέπει να σχεδιάζεται προσεκτικά για να μεγιστοποιήσει το ποσοστό επιτυχίας του ελιγμού απελευθέρωσης και να αποφύγει την απώλεια του ανιχνευτή, η οποία μπορεί να συμβεί εάν χάσει την επιφάνεια ή αναπηδήσει και διαφύγει από την ασθενή έλξη του αστεροειδούς .
Η αποστολή HERA της ESA (παλαιότερα ονομαζόταν AIM - Αποστολή πρόσκρουσης αστεροειδών) είναι μια κοινή συνεργασία με την αποστολή DART (Double Asteroid Redirection Test) της NASA ως μέρος της AIDA (Asteroid Impact and Delection Assessment). Ο απώτερος στόχος του AIDA είναι να αξιολογήσει τη δυνατότητα εκτροπής της διαπλανητικής τροχιάς ενός δυαδικού αστεροειδούς μέσω μιας υψηλής ταχύτητας κινητικής πρόσκρουσης στον μικρότερο (δευτερεύον) αστεροειδή. Η κρούση παρέχει μια μεγάλη ευκαιρία να μελετήσετε τις ιδιότητες του σώματος πριν και μετά την κρούση και να έχετε πληροφορίες για το εσωτερικό του.
Για αυτόν τον στόχο, ένα από τα καθήκοντα του AIM ήταν να σαρώσει το εσωτερικό του δευτερεύοντος χρησιμοποιώντας ένα διστατικό ραντάρ χαμηλής συχνότητας, του οποίου ο δέκτης βρισκόταν σε ένα μικρό κουτί για να απελευθερωθεί στην επιφάνεια. Στη συνέχεια, είναι σημαντικό να διερευνηθούν σχεδιαστικές λύσεις για τη βαλλιστική προσγείωση ενός τέτοιου καθετήρα. Το ποσοστό επιτυχίας φαίνεται να εξαρτάται δραματικά από τις συνθήκες απελευθέρωσης (τόσο θέση όσο και ταχύτητα). Οι πιο επιτυχημένες λύσεις βρίσκονται όταν η απελευθέρωση εκτελείται κοντά στο σημείο L2 που σχετίζεται με το πρόβλημα τριών σωμάτων του δυαδικού, αξιοποιώντας τη πολλαπλή δυναμική. Σε αυτήν την περίπτωση, η βαρυτική έλξη του πρωτεύοντος αστεροειδούς χρησιμοποιείται για να σταθεροποιήσει τη βαλλιστική κάθοδο και να μειώσει τις πιθανότητες διαφυγής από το σύστημα μετά την αναπήδηση από την επιφάνεια ή την απώλεια του δευτερεύοντος αστεροειδούς.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Balistic landing design on binary asteroids:the AIM case study, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Advances in Space Research . Η εργασία επικεντρώνεται στη μελέτη περίπτωσης AIM της ESA, αν και οι μέθοδοι και οι αναλύσεις που παρουσιάζονται είναι γενικές και εφαρμόσιμες σε οποιοδήποτε σενάριο δυαδικού αστεροειδούς. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Fabio Ferrari και Michèle Lavagna από το Politecnico di Milano.
