Bereits im Oktober löste die Ankündigung des ersten interstellaren Asteroiden Aufregung aus. Seit dieser Zeit haben Astronomen Follow-up-Beobachtungen des als 1I / 2017 U1 (auch bekannt als `` Oumuamua) bekannten Objekts durchgeführt und einige interessante Dinge darüber festgestellt. Zum Beispiel wurde aufgrund schneller Änderungen seiner Helligkeit festgestellt, dass der Asteroid felsig und metallisch und ziemlich seltsam geformt ist.
Beobachtungen der Umlaufbahn des Asteroiden haben auch gezeigt, dass er im September 2017 am nächsten an unserer Sonne vorbeigegangen ist und sich derzeit auf dem Weg zurück in den interstellaren Raum befindet. Aufgrund der Geheimnisse, die dieser Körper birgt, gibt es diejenigen, die dafür eintreten, dass er abgefangen und erforscht wird. Eine solche Gruppe ist das Projekt Lyra, das kürzlich eine Studie veröffentlicht hat, in der die Herausforderungen und Vorteile einer solchen Mission beschrieben werden.
Die Studie, die kürzlich online unter dem Titel „Projekt Lyra: Senden eines Raumfahrzeugs an 1I / 'Oumuamua (ehemals A / 2017 U1), den interstellaren Asteroiden“, erschien, wurde von Mitgliedern der Initiative für interstellare Studien (i4iS) durchgeführt - a Freiwilligenorganisation, die sich der Verwirklichung der interstellaren Raumfahrt in naher Zukunft widmet. Die Studie wurde von Asteroid Initiatives LLC unterstützt, einem Unternehmen, das Asteroiden ausfindig macht und sich der Erleichterung der Exploration und kommerziellen Ausbeutung von Asteroiden widmet.
Um es noch einmal zusammenzufassen: Als Oumuamua am 19. Oktober 2017 zum ersten Mal von Astronomen beobachtet wurde, die das Panorama-Vermessungsteleskop und das Schnellreaktionssystem (Pan-STARRS) der Universität von Hawaii verwendeten, wurde zunächst angenommen, dass es sich um das Objekt (damals als C / 2017 U1 bekannt) handelt ein Komet. Nachfolgende Beobachtungen ergaben jedoch, dass es sich tatsächlich um einen Asteroiden handelte und in 1I / 2017 U1 (oder 1I / Oumuamua) umbenannt wurde.
Follow-up-Beobachtungen mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO konnten die Größe, Helligkeit, Zusammensetzung, Farbe und Umlaufbahn des Asteroiden einschränken. Diese zeigten, dass `Oumuamua etwa 400 Meter lang ist, sehr langgestreckt ist und sich alle 7,3 Stunden um seine Achse dreht - was daran zu erkennen ist, wie sich seine Helligkeit um den Faktor zehn ändert.
Es wurde auch festgestellt, dass es felsig und metallreich ist und Spuren von Tholinen enthält - organischen Molekülen, die mit UV-Strahlung bestrahlt wurden. Der Asteroid hat auch eine extrem hyperbolische Umlaufbahn - mit einer Exzentrizität von 1,2 -, die ihn derzeit aus unserem Sonnensystem entfernt. Vorläufige Berechnungen seiner Umlaufbahn zeigten auch, dass es ursprünglich aus der allgemeinen Richtung von Vega stammte, dem hellsten Stern im nördlichen Sternbild von Lyra.
Angesichts der Tatsache, dass dieser Asteroid von Natur aus außersolar ist, könnte eine Mission, die ihn aus nächster Nähe untersuchen könnte, uns sicherlich viel über das System erzählen, in dem er sich gebildet hat. Die Ankunft in unserem System hat auch das Bewusstsein für außersolare Asteroiden geschärft, eine neue Klasse interstellarer Objekte, von denen Astronomen schätzen, dass sie mit einer Rate von etwa einem pro Jahr in unser System gelangen.
Aus diesem Grund ist das Team hinter Project Lyra der Ansicht, dass das Studium von 1I / Oumuamua eine einmalige Gelegenheit wäre. Wie sie in ihrer Studie feststellen:
„Da 1I / Oumuamua die nächstgelegene makroskopische Probe interstellaren Materials ist, wahrscheinlich mit einer Isotopensignatur, die sich von jedem anderen Objekt in unserem Sonnensystem unterscheidet, sind die wissenschaftlichen Ergebnisse der Probenahme des Objekts schwer zu unterschätzen. Eine detaillierte Untersuchung interstellarer Materialien in interstellaren Entfernungen ist wahrscheinlich Jahrzehnte entfernt, auch wenn beispielsweise das Projekt Starshot von Breakthrough Initiatives energisch verfolgt wird. Eine interessante Frage ist daher, ob es eine Möglichkeit gibt, diese einmalige Gelegenheit zu nutzen, indem ein Raumschiff nach 1I / Oumuamua geschickt wird, um Beobachtungen aus nächster Nähe zu machen.
Aber das Rendezvousing mit diesem Asteroiden birgt natürlich viele Herausforderungen. Das offensichtlichste ist die Geschwindigkeit und die Tatsache, dass 1I / Oumuamua bereits auf dem Weg aus unserem Sonnensystem ist. Basierend auf Berechnungen der Umlaufbahn des Asteroiden wurde festgestellt, dass 1I / `Oumuamua mit einer Geschwindigkeit von 26 km / s fährt - was einer Geschwindigkeit von 95.000 km / h entspricht.
Keine Mission in der Geschichte der Weltraumforschung ist so schnell gereist, und die bisher schnellsten Missionen konnten nur etwa zwei Drittel dieser Geschwindigkeit bewältigen. Dies beinhaltet das schnellste Raumschiff, das das Sonnensystem verlässt (Voyager 1) und das schnellste Raumschiff beim Start (das Neue Horizonte Mission). Eine Mission zu schaffen, die sie einholen könnte, wäre daher eine große Herausforderung. Wie das Team schrieb:
„Dies ist erheblich schneller als jedes Objekt, das die Menschheit jemals in den Weltraum gebracht hat. Voyager 1, das schnellste Objekt, das die Menschheit jemals gebaut hat, hat eine hyperbolische Überschussgeschwindigkeit von 16,6 km / s. Da 1I / "Oumuamua unser Sonnensystem bereits verlässt, müsste jedes Raumschiff, das in Zukunft gestartet wird, es verfolgen."
Die Übernahme dieser Herausforderung würde jedoch unweigerlich zu wichtigen Innovationen und Entwicklungen in der Weltraumforschungstechnologie führen. Offensichtlich müsste der Start einer solchen Mission früher als später erfolgen, da der Asteroid schnell unterwegs ist. Eine Mission, die innerhalb weniger Jahre gestartet wird, kann jedoch spätere technische Entwicklungen nicht nutzen.
Wie der berühmte Schriftsteller Paul Glister, einer der Gründer der Tau Zero Foundation und Schöpfer von Centauri Dreams, auf seiner Website feststellte:
„Die Herausforderung ist gewaltig: 1I /’ Oumuamua hat eine hyperbolische Überschussgeschwindigkeit von 26 km / s, was einer Geschwindigkeit von 5,5 AE / Jahr entspricht. Es wird innerhalb von zwei Jahren jenseits der Saturn-Umlaufbahn sein. Dies ist viel schneller als jedes Objekt, das die Menschheit jemals in den Weltraum gebracht hat. “
Als solche würde jede Mission, die an 1I / `Oumuamua durchgeführt wird, drei bemerkenswerte Kompromisse mit sich bringen. Dazu gehören der Kompromiss zwischen Reisezeit und Delta V (d. H. Die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs), der Kompromiss zwischen Startdatum und Reisezeit und der Kompromiss zwischen Startdatum / Reisezeit und der charakteristischen Energie. Die charakteristische Energie (C3) bezieht sich auf das Quadrat der hyperbolischen Überschussgeschwindigkeit oder die Geschwindigkeit im Unendlichen in Bezug auf die Sonne.
Last but not least ist der Kompromiss zwischen der Übergeschwindigkeit des Raumfahrzeugs beim Start und seiner Übergeschwindigkeit relativ zum Asteroiden während der Begegnung. Eine zu hohe Geschwindigkeit ist beim Start vorzuziehen, da dies zu kürzeren Fahrzeiten führt. Eine hohe Übergeschwindigkeit während der Begegnung würde jedoch bedeuten, dass das Raumschiff weniger Zeit hätte, Messungen durchzuführen und Daten über den Asteroiden selbst zu sammeln.
Mit all dem berücksichtigt das Team dann verschiedene Möglichkeiten zur Schaffung eines Raumfahrzeugs, das auf einem impulsiven Antriebssystem beruht (d. H. Eines mit ausreichend kurz anhaltendem Schub). Außerdem gehen sie davon aus, dass diese Mission keine planetarischen oder solaren Vorbeiflüge beinhalten würde und direkt nach 1I / `Oumuamua fliegen würde. Daraus werden einige grundlegende Parameter festgelegt, die sie dann festlegen.
"Zusammenfassend ist die Schwierigkeit, 1I / Oumuamua zu erreichen, eine Funktion des Startzeitpunkts, der hyperbolischen Überschussgeschwindigkeit und der Missionsdauer", geben sie an. „Zukünftige Missionsdesigner müssten geeignete Kompromisse zwischen diesen Parametern finden. Für einen realistischen Starttermin in 5 bis 10 Jahren liegt die hyperbolische Überschussgeschwindigkeit in der Größenordnung von 33 bis 76 km / s bei einer Begegnung in einer Entfernung weit über Pluto (50-200 AU). “
Last but not least betrachten die Autoren verschiedene Missionsarchitekturen, die derzeit entwickelt werden. Dazu gehören solche, die der Dringlichkeit Priorität einräumen würden (d. H. Innerhalb weniger Jahre starten), wie das Space Launch System (SLS) der NASA, von dem sie behaupten, dass es das Design der Mission vereinfachen würde. Eine andere ist die Big Falcon Rocket (BFR) von SpaceX, von der sie behaupten, dass sie dank ihrer Betankungstechnik im Weltraum bis 2025 eine direkte Mission ermöglichen könnte.
Diese Art von Missionen würde jedoch auch einen Jupiter-Vorbeiflug erfordern, um eine Schwerkraftunterstützung bereitzustellen. Mit Blick auf langfristigere Techniken, bei denen fortschrittlichere Technologien im Vordergrund stehen, wird auch die Technologie mit Sonnensegelantrieb berücksichtigt. Dies wird durch das Starshot-Konzept von Breakthrough Initiatives veranschaulicht, das Missionsflexibilität und die Fähigkeit bietet, schnell auf zukünftige unerwartete Ereignisse zu reagieren.
Während dieser Ansatz das Warten und die Möglichkeit zukünftiger Begegnungen mit einem interstellaren Asteroiden beinhalten würde, würde er eine schnelle Reaktion und eine Mission ermöglichen, die die Schwerkraftunterstützung beseitigen könnte. Es könnte auch ein besonders attraktives Missionskonzept ermöglichen, das darin besteht, winzige Schwärme von Sonden zum Rendezvous mit dem Asteroiden zu schicken. Dies würde zwar erhebliche Investitionen bedeuten, aber der Wert der Infrastruktur würde die Kosten rechtfertigen, behaupten sie.
Am Ende stellte das Team fest, dass weitere Forschung und Entwicklung erforderlich sind, was die Bedeutung des Projekts Lyra unterstreicht. Wie sie schlussfolgerten:
„[Eine] Mission zum Objekt wird die Grenze dessen erweitern, was heute technologisch möglich ist. Eine Mission mit einem konventionellen chemischen Antriebssystem wäre mit einem Jupiter-Vorbeiflug möglich, um die Schwerkraft bei einer engen Begegnung mit der Sonne zu unterstützen. Mit den richtigen Materialien könnten Sonnensegeltechnologie oder Lasersegel eingesetzt werden. Zukünftige Arbeiten im Rahmen von Project Lyra werden sich darauf konzentrieren, die verschiedenen Missionskonzepte und Technologieoptionen genauer zu analysieren und 2 bis 3 vielversprechende Konzepte für die weitere Entwicklung auszuwählen. “
Es ist ein uraltes Axiom, dass gewaltige Herausforderungen für Innovation und Veränderung unerlässlich sind. In dieser Hinsicht hat das Auftreten von Oumuamua in unserem Sonnensystem das Interesse an der Erforschung interstellarer Asteroiden geweckt. Und während eine Gelegenheit, diesen Asteroiden zu erkunden, in den nächsten Jahren möglicherweise nicht möglich ist, ist die Ankunft zukünftiger felsiger Eindringlinge in unserem System möglicherweise nur erreichbar.
