Một tàu vũ trụ sử dụng quỹ đạo Comet Hitchhiker và đáp xuống nhiều sao chổi và tiểu hành tinh bằng cách sử dụng một chiếc máy móc và dây buộc và năng lượng chuyển động của chính các cơ thể nhỏ.
Khái niệm nghệ sĩ này cho thấy Comet Hitchhiker, một ý tưởng cho việc di chuyển giữa các tiểu hành tinh và sao chổi bằng hệ thống harpoon và tether. Hình ảnh qua NASA / JPL-Caltech / Cornelius Dammrich
Ở đó, chỉ có một tàu vũ trụ từ Trái đất đã quay quanh một cơ thể trong hệ mặt trời của chúng ta, trái quỹ đạo và sau đó đi vào quỹ đạo của một thế giới thứ hai. Đó là tàu vũ trụ Dawn, đã đi vào quỹ đạo quanh tiểu hành tinh Vesta vào ngày 16 tháng 7 năm 2011 và hoàn thành nhiệm vụ khảo sát kéo dài 14 tháng trước khi lên hành tinh lùn Ceres - một thế giới khác trong vành đai tiểu hành tinh giữa Sao Hỏa và Sao Mộc - nó bắt đầu quay quanh quỹ đạo vào ngày 6 tháng 3 năm 2015. Nhưng, nếu Masahiro Ono của Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA biến giấc mơ thành hiện thực, một ngày nào đó sẽ có những tàu vũ trụ khác thường xuyên đi giữa các cơ thể hệ mặt trời, thông qua những gì anh gọi quá giang.
Ono đã làm việc để phát triển khái niệm Comet Hitchhiker tại Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực ở Pasadena, California. Tuần này, Ono đã trình bày một số kết quả mới về khái niệm này tại hội nghị SPACE của Viện Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ.
Trong một tuyên bố được JPL đưa ra vào ngày 1 tháng 9 năm 2015, ông nói rằng ông đã có Hitchhiker vào Hướng dẫn về Thiên hà ngay từ đầu.
Không giống như tàu vũ trụ Dawn, có thể đi từ Vesta đến Ceres thông qua hệ thống đẩy ion, một tàu vũ trụ sử dụng Comet Hitchhiker sẽ đi vào quỹ đạo và thậm chí hạ cánh trên nhiều cơ thể bằng động năng - năng lượng chuyển động - của sao chổi và tiểu hành tinh chúng tôi. Ono nói trong tuyên bố của mình:
Thay vì ngón tay cái, ý tưởng của chúng tôi là sử dụng một cây đàn hạc và dây buộc.
Ý tưởng là sử dụng một hệ thống tether có thể tái sử dụng thay vì một động cơ đẩy để đi vào quỹ đạo và hạ cánh. Một trong những tính năng tuyệt vời của ý tưởng này là - không giống như chất đẩy - một dây buộc không được sử dụng, và do đó, tàu có thể đến thăm nhiều cơ thể. Tuyên bố giải thích:
Trong khi bay sát mục tiêu, một tàu vũ trụ trước tiên sẽ ném một sợi dây có thể mở rộng về phía tiểu hành tinh hoặc sao chổi và tự gắn nó bằng cách sử dụng một chiếc máy móc gắn vào dây buộc. Tiếp theo, tàu vũ trụ sẽ vặn dây buộc trong khi sử dụng phanh thu năng lượng trong khi tàu vũ trụ tăng tốc.
Kỹ thuật này tương tự như câu cá trên Trái đất. Hãy tưởng tượng bạn trên một chiếc thuyền trên một cái hồ có cần câu và muốn bắt một con cá lớn. Một khi cá cắn câu, bạn sẽ giải phóng nhiều đường hơn với độ căng vừa phải, thay vì giữ chặt nó. Với một dòng đủ dài, cuối cùng thuyền sẽ đuổi kịp cá.
Khi tàu vũ trụ khớp với vận tốc của nó với ‘cá - sao chổi hoặc tiểu hành tinh, trong trường hợp này - nó sẵn sàng hạ cánh bằng cách đơn giản quay cuồng trong dây buộc và hạ xuống nhẹ nhàng.
Khi có thời gian để chuyển sang mục tiêu thiên thể khác, tàu vũ trụ sẽ sử dụng năng lượng thu hoạch để nhanh chóng lấy lại dây buộc, giúp gia tốc tàu vũ trụ ra khỏi cơ thể.
Ono cho biết anh mường tượng ra thậm chí 5 đến 10 mục tiêu không gian trong một nhiệm vụ duy nhất.
Ông giải thích Comet Hitchhiker đã phát triển như thế nào trong vài năm qua. Là một phần của Nghiên cứu Giai đoạn I thông qua Chương trình Khái niệm Sáng tạo Tiên tiến (NIAC) của NASA, ông và các đồng nghiệp đã nghiên cứu liệu một chiếc máy móc có thể chịu được tác động của cường độ này hay không và liệu một dây buộc có thể được tạo ra đủ mạnh để hỗ trợ loại cơ động này hay không. Họ đã sử dụng các mô phỏng siêu máy tính và các phân tích khác để tìm ra những gì nó sẽ mất và bây giờ đã đưa ra những gì họ gọi là Phương trình không gian quá giang, liên quan đến sức mạnh cụ thể của dây buộc, tỷ lệ khối lượng giữa tàu vũ trụ và dây buộc và sự thay đổi vận tốc cần thiết để thực hiện thao tác.
Ono giải thích rằng, đối với bất kỳ tàu vũ trụ nào hạ cánh trên sao chổi hoặc tiểu hành tinh, việc có thể chậm lại đủ để đến nơi an toàn là rất quan trọng.Đó là lý do tại sao Comet Hitchhiker yêu cầu một dây buộc làm từ vật liệu có thể chịu được sức căng và nhiệt lượng lớn tạo ra do tốc độ giảm nhanh để đi vào quỹ đạo và hạ cánh.
Ông và các đồng nghiệp hiện nay đã tính toán rằng một sự thay đổi vận tốc khoảng 0,9 dặm (1,5 km) mỗi giây - mà thích đi từ Los Angeles đến San Francisco trong dưới bảy phút - có thể với một số tài liệu đã tồn tại. Những vật liệu đó là Zylon và Kevlar.
Tuy nhiên, sự thay đổi vận tốc cần thiết để chèn quỹ đạo càng lớn, thời gian bay cần thiết để đi từ Trái đất đến mục tiêu càng ngắn. Và thời gian bay ngắn là mong muốn. Hãy tưởng tượng bạn có thể đi từ Trái đất đến Sao Diêm Vương trong 5 năm, thay vì gần 10, như Chân trời mới đã làm gần đây.
Để thích ứng với sự thay đổi vận tốc lớn hơn khi chèn quỹ đạo, cần thiết nếu bạn muốn đến sao chổi hoặc tiểu hành tinh nhanh hơn, bạn cần những vật liệu mạnh hơn nữa. Có thể thay đổi vận tốc 6,2 dặm / giây (10 km mỗi giây), nhưng sẽ đòi hỏi các công nghệ tiên tiến hơn như dây buộc ống nano carbon và máy móc kim cương.
Ono và các nhà nghiên cứu của ông cũng ước tính rằng tether sẽ cần phải có khoảng 62-620 dặm dài (từ 100 đến 1.000 km) cho cuộc thao dượt quá giang xe để làm việc. Nó sẽ cần phải có thể mở rộng và có khả năng hấp thụ các cú giật trên nó, đồng thời tránh bị hư hại hoặc cắt bởi các thiên thạch nhỏ.
Nhóm nghiên cứu cũng hình dung các bước tiếp theo trong tương lai để nghiên cứu khái niệm này. Điều đó sẽ liên quan đến việc mô phỏng độ trung thực cao hơn và cố gắng tạo ra một chiếc máy bay mini vào một mục tiêu bắt chước vật liệu tìm thấy trên sao chổi hoặc tiểu hành tinh.
Comet Hitchhiker, nghệ sĩ dựng hình, một khái niệm cho quỹ đạo và hạ cánh trên các cơ thể nhỏ. Hình ảnh qua NASA / JPL-Caltech / Cornelius Dammrich.
Điểm mấu chốt: Một ý tưởng tuyệt vời cho lực đẩy nhanh giữa các tiểu hành tinh và sao chổi trong hệ mặt trời của chúng ta là khái niệm Comet Hitchhiker. Một tàu vũ trụ sử dụng Comet Hitchhiker sẽ đi vào quỹ đạo và thậm chí hạ cánh trên nhiều cơ thể bằng hệ thống harpoon và tether để sử dụng động năng - năng lượng chuyển động - của chính sao chổi và tiểu hành tinh.