Рой прыгающих роботов сможет измерить силу тяжести на астероидах

Астрономы разработали концепцию, которая позволит в будущем исследовать внутреннее строение небольших небесных тел — спутников планет или астероидов.

Рой прыгающих роботов сможет измерить силу тяжести на астероидах
«Прыгающие гравироботы» для исследования космических тел сложной формы

Для этого космический аппарат должен выпустить на поверхность рой прыгающих роботов — и тщательно замерять их прыжки. По дальности прыжков можно судить о силе тяжести в данном месте, а сделав множество таких экспериментов в разных точках — составить картину гравитационного поля малого небесного тела.

Для исследования распределения масс внутри малых космических тел (это могут быть кометы, астероиды или небольшие спутники планет) астрофизики используют в основном три техники, позаимствованные у геологов — радарную томографию, сейсмотомографию и гравиметрию. Многочисленные другие технологии разведки земных недр, вроде магнитометрии, тоже используются с разным успехом, но их сфера применения в космосе пока скромнее.

Радарная техника использует отражение сигналов радара от поверхности и на небольшой глубине (обычно это электромагнитные волны радиодиапазона, которые могут проникать вглубь поверхности). Исследовать тело сильно вглубь тут не получится: к примеру, недавно при помощи радарной съёмки удалось построить геологический разрез Марса на глубину всего около 20 метров. Для сейсморазведки необходимо «просвечивать» небесное тело сейсмоволнами от естественных или искусственных источников — например, землетрясений и падающих метеоритов, а также, например, вибраций при работе марсо- или лунохода на поверхности. Но многие астероиды представляют собой фактически груды слепившегося щебня — таким является астероид Рюгу, образцы с которого недавно доставил на Землю зонд «Хаябуса-2». Сейсмические волны в подобных кучах материала распространяются плохо. Например, аппарат «Хаябуса-2», выстреливший в астероид специальным танталовым штырьком, чтобы выбить из поверхности материал для проб, а впоследствии сбросивший ещё и заряд взрывчатки с этой же целью, так и не смог зафиксировать вразумительного сейсмоотклика.

Гравиметрия — самый непосредственный из трёх способ изучения внутренней структуры небесного тела. Для неё в идеале не нужно дополнительного специального оборудования на борту космического аппарата. Зонд, обращающийся вокруг массивного тела (Луны, Земли или астероида) находится в невесомости в состоянии свободного падения. Но его ускорение в каждой точке зависит от распределения массы планеты, и в принципе для изучения гравитации достаточно аккуратно отслеживать динамику аппарата на орбите. Но это — основная задача навигационных приборов, которыми оснащён каждый космический аппарат. Именно таким образом, например, лунные орбитальные станции выявляют внутри Луны участки с более высокой плотностью материала — масконы. Трудности возникают при практической реализации сценария. Часто орбита станции находится слишком далеко от поверхности — тогда мелкие гравитационные аномалии распознать сложнее.

Новая концепция предлагает использование некоторого количества миниатюрных прыгающих роботов, которые летательный аппарат выпустит на поверхность астероида и будет фиксировать на камеру их прыжки по поверхности. Зная «силу» и направление каждого прыжка, можно отследить, как далеко в итоге прилетит мини-робот, соответственно, решив несложную задачу школьной физики, можно рассчитать силу гравитации в точке прыжка. Для сканирования больших участков или всей поверхности небесного тела роботов должно быть достаточное количество (авторы, «обкатывая» идею в статье, делают расчёты для двадцати). Главное — космический аппарат должен чётко отследить траектории всех роботов и потом решить обратную задачу гравиметрии — восстановить картину гравитационного поля небесного тела. Такая задача становится гораздо сложнее задачи по физике про дальность выстрела из пушки, и требует значительных вычислительных усилий, примерно как задачи сейсмотомографии («просвечивания» структуры Земли или другой планеты по данным о распространении сейсмоволн от многочисленных землетрясений в разных направлениях). Но авторы идеи показывают, что такая вычислительная задача для оптимального не слишком большого количества роботов хотя бы в принципе решаемая, и для неё есть необходимое программное обеспечение, разработанное NASA.

Подготовка материала: Сергей Шапиро

Ссылка на источник

Поделится записью