NASA will Asteroiden mit Atomraketen abwehren

Ich hatte bei Phoenix ein Vortrag ueber Asteroidengefahr gesehen gehabt. Und dort wird unter anderem auch ein Raumschiff mit einem Laser in Erwaegung gezogen. Der Gedanke war: ein Atomraktor getriebenes Raumschiff, in der Naehe zu plazieren und auf das Asteroid zu schiessen. Dabei sollte nur lockal das Gestein verdampfen, und so eine Dusenwirkung erzielt werden. Das Problem ist, die Kontrolle des Prozesss, vor allem, fals das Asteriod eine Eigenrotation aufweist.
...

Hallo Ilbus,

ich bin mir nicht sicher, ob die Eigenrotation ein großes Problem wäre. Man erwärmt auf einer Seite einen kleinen Bereich intensiv und die Verdampfung an der Stelle bewirkt etwas Schub. Sobald dieser Bereich durch die Rotation den Brennfleckt des Lichts verlässt, kühlt er sich ja relativ schnell durch Dissipation ab und ein anderer Bereich direkt unter dem Brennfleck wird erwärmt. Damit sollte Verdampfung immer nur in der Nähe des Brennflecks entstehen. Man erreicht ja keine ganzheitliche Erwärmung des Körpers, wie es die Sonne schafft.

Ich vermute aber, der einfachste Weg, thermische Energie zu erzeugen, ist der, kinetische Energie sich in thermische verwandeln zu lassen. Auf Deutsch gesagt: durch ein Geschoss od. eine Rakete, das bzw. die auf der Oberfläche des Asteroiden einschlägt. Bei einer Geschwindigkeit von mehreren km/s dürfte meiner bescheidenen Einschätzung nach auch eine plumpe Masse aus Metall od. sonstigem Müll eine beträchtliche Wirkung erzeugen: Beim Einschlag würde sehr viel thermische Energie freigesetzt, die den gewollten Düseneffekt hervorbringen würde.

Wie sehen es die Anderen?

Guten Morgen Domingo,

so etwas hat man ja gemacht bei der Deep Impact Mission, nur mit einem anderen Ziel.

Bei Wikipedia steht:

...
Der Impaktor stammt ebenfalls von Ball Aerospace & Technologies Corp. und war 1 m hoch, hatte einen Durchmesser von 1 m und wog 372 kg
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Die Kollision fand mit einer relativen Geschwindigkeit von 10,3 km/s (etwa 37.000 Kilometern pro Stunde) statt, dabei wurden ca. 19 GJoule oder 4,5 Tonnen TNT-Äquivalent Energie freigesetzt. Die Geschwindigkeit des Kometen wurde durch den Einschlag lediglich um 0,0001 mm/s verringert, was fast unmessbar ist
...

Die Wirkung eines Einzeleinschlags ist also minimal. Die sog. "Schubwirkung" der Verdampfung dürfte auch gering sein, da sie nur kurzzeitig wirkt und einen geringen Wirkungsgrad hat (z.B. fehlt eine Düse). Durch Verdampfung schafft man eine Wirkung also nur mittels langfristiger Erwärmung und Verdampfung auf einer Seite. Der reine Impulsaustausch des Zusammenpralls ist praktisch unelastisch und hat wenig Wirkung. 4.5t TNT-Äquivalent ist wenig. Die Explosion einer H-Bombe bringt also deutlich mehr Energie zum Asteroiden/Kometen, bis zu 2 Megatonnen.

Moin Daniel,

die Aufprallenergie könnte doch aber erhöht werden.

Z.B.: Tempel 1 hatte eine Geschwindigkeit von 29,9 km/s = 107.640 km/h
Deep Impact hatte eine Geschwindigkeit von 21,9 km/s = 78.840 km/h
Der Aufprallwinkel lag bei ~ 25°

Das ergibt: sin(25) x 107640 km/h - 78840 km/h = 33350 km/h

Wenn der Aufprallwinkel jetzt geändert würde, wäre doch auch die Aufprallenergie höher, oder denke ich da falsch?

Jerry

Hallo Jerry,

die Winkel und damit die einzelnen Geschwindigkeitskomponenten sind egal. Bei der Betrachtung dieses unelastischen Stoßes geht es

um Energieerhaltung. Die gesamte kinetische Energie wird in die Oberfläche eingebracht. Dabei rechnet man dann skalar und nicht

vektoriell. Es geht also um die Gesamtenergie, und damit -geschwindigkeit.

Bei den Winkelangaben müsste man noch wissen, ob sie gegenüber der Oberfläche/Horizont oder dem Lot gemessen wurden.

Wahrscheinlich war es die Oberfläche. Aber wie gesagt, das ist bei der Betrachtung hier nicht relevant.

Ich frage mich, ob man den Winkel bei Aufprall des Penetrators beim Deep Imact bvewusst gewählt hat :-/, ich könnte es mir vorstellen, dass bei einem gewinkeltem Aufschlag mehr Material von der Oberfläche rausgeschleudert wird, als bei einem senkrechten. Und letztendlich ging dabei um den Wunsch das rausgeschleuderte Material im Sonnenlicht zu analysieren. Ich kann mir vorstellen, dass es dabei auch um die Menge geht. Aber ich würde es gern besser wissen, falls jemand da was genaueres kennt.

@Daniel, ich glaube die Zweiffel bei vorhanender Eigenrotation ist die Richtung der Verdampfung. Wenn die Wirkung eines Energiebündels zu kurz ist, um eine *Duse* auszubilden, kommt es bei dem Schubvektor sehr stark auf das Lot zur Fläche an. Wenn sich dieser, bedingt durch die Asteroidenrotation, permanent ändert wird da etwa nicht die Kontrolle der Wirkung schwieriger?

Viele Grüße. Yevgenij

Moin Yev,

der Winkel von 25° stimmt nicht ganz richtig; es waren 23,5° und der ergab sich aus der Anflugbahn:





Jerry

Hallo Yev (darf man deinen Namen so abkürzen? ),

ich sehe es genau anders, dass nämlich ein senkrechter Einschlag vorteilhafter gewesen wäre. Die Idee war ja, so tief wie möglich einzutauchen, um auch tieferes Material auszuwerfen. Das Auswerfen kam ja übrigens auch nicht durch direkten Impulsausttausch zustande (da hätte der Einschlagwinkel eine Rolle gespielt), sondern durch die beim Einschlag erzeugte Hitze/Erwärmung des umliegenden Materials. Wie ich oben schon sagte, ist dass dann unelastisch und reine Energieerhaltung. Da spielt der Winkel dann keine Rolle mehr.

PS: Wir werden etwas off topic .

Moin Daniel,

die Aufprallenergie könnte doch aber erhöht werden.

Z.B.: Tempel 1 hatte eine Geschwindigkeit von 29,9 km/s = 107.640 km/h
Deep Impact hatte eine Geschwindigkeit von 21,9 km/s = 78.840 km/h
Der Aufprallwinkel lag bei ~ 25°

Das ergibt: sin(25) x 107640 km/h - 78840 km/h = 33350 km/h

Wenn der Aufprallwinkel jetzt geändert würde, wäre doch auch die Aufprallenergie höher, oder denke ich da falsch?

Jerry

Kann man die Aufprallenergie nicht viel einfacher erhöhen, indem man die Masse vergrößert? Ich meine, Deep Impact war ein Minigeschoss. Mir schwebte etwas viel Größeres und Massiveres vor.

Hallo Domingo,

ja, kann man, aber damit wächst die Energie ja nur linear. Ein 4-mal so schwerer Impaktor hat dann auch nur 4mal mehr Energie, das ist bei den Größen hier nicht viel, v.a. im Vergleich zu einer H-Bombe. Außerdem stoßen die Trägersysteme dann auch an ihre Grenzen, was sie auf interplanetare Flugbahnen bringen können.
Bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit, wächst die Energie quadratisch, damit stoßen die Trägersystem aber auch an ihre Grenzen, was sie wie schnell ins All schießen könne.
Also, man kommt in Sachen Energie durch Kinetik noch nicht mal ansatzweise an eine H-Bombe ran.

Danke Daniel und Jerry. Jetzt leuchtet es besser ein

P.S hm... Yev als Kurform, warum nicht, klingt ok fühle mich auf alle Falle angesprochen.  

Außerdem stoßen die Trägersysteme dann auch an ihre Grenzen, was sie auf interplanetare Flugbahnen bringen können.

Bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit, wächst die Energie quadratisch, damit stoßen die Trägersystem aber auch an ihre Grenzen, was sie wie schnell ins All schießen könne.

Wie sehen diese Grenzen im Allgemeinen aus? Ich nehme an, es gibt hier schon zig Threads, wo dies haarklein besprochen wurde...

Moin Domingo,

Kann man die Aufprallenergie nicht viel einfacher erhöhen, indem man die Masse vergrößert? Ich meine, Deep Impact war ein Minigeschoss. Mir schwebte etwas viel Größeres und Massiveres vor.

In diese Richtung hatte ich auch gedacht, aber nun wurden wir ja eines Besseren belehrt.

Noch etwas dazu: Mir liegt eine mail vor (von einem Gast - Name und Adresse ist mir bekannt) der schreibt folgendes:

Stellen sie sich einen Elefanten und eine Maus vor. Beide rennen in ihrer jeweiligen Höchstgeschwindigkeit aufeinander zu. !!!!! arme Maus !!!!! Wobei der Elefant es nicht bemerkt. Damit er aus der Bahn geworfen wird, muß die Masse ebenso groß sein und der Aufprall darf nicht frontal sein.

Nur jetzt frage ich mich, wie bekommen wir diese Masse an diesen einen Punkt?

Jerry

Realistisch gesagt halte ich die in naher Zukunft einzig praktikable Möglichkeit zur Abwehr den Einsatz von Kernsprengsätzen, denn sie sind die einzige Form von Energiequelle für diesen Einsatz die getestet, leicht und zuverlässig ist. Ich halte nur das vorgeschlagene System mit Ares V für viel zu groß. Eine kleiner Variante mit 4 bis 5t Masse die man mit einer Rakete der Ariane V Klasse starten könnte wäre das sinnvoller System. Auch wenn der Einsatz von Kernwaffen sicherlich Bauchschmerzen bereitet, so sind sie das einzige was wir haben. Die Gafahr beim Start ist sicherlich nicht zu vernachlässigen, aber hier sollte man sich an das Ereignis von 1984 in Arkansas erinnern, als eine Titan II mit einem 9 Mt W-53 Sprengkopf in ihrem Silo explodierte. Dabei wurde die über 100t schwere Abdeckplatte des Silos weggesprengt und Sprengkopf aus dem Silo geschleudert. Dabei blieb er weitgehend intakt.
Dem Asteroiden auf andere Art genügend Energie zuzuführen, dafür gibt es außer der nuklearen Option noch nicht einmal Ansatzweise getestete Technologien. Man muss sich bei den Lasern z.B. nur mal anschauen, wie groß die nur für die Abwehr einer ballistischen Rakete sein müssen, wo man ein Ziel mit einer Wandstärke von etwa 1mm zerstören will. Die jetzigen Systeme zu diesem Zweck brauchen eine B747.
Aussichtsreicher halte ich da Spiegelsysteme wie die Sonnenöfen, aber auch die müssen entsprechnd Riesig sein. Die einzigen die damit derzeit im All Erfahrung haben sind die Russen mit ihren Sonnenschein-Experimenten für Nord-Russland, aber die waren ja auch nicht sonderlich erfolgreich. Da ist noch viel Forschungsarbeit nötig und entsprechend Zeit, deswegen bleibt kurzfristig nur die nukleare Option übrig.

Martin

@Domingo

Bzgl. der Leistungsgrenzen, was unsere Träger in den interplanetaren Raum auf "Abfangkurs" bringen können, schau nur wie schwer unsere Raumsonden sind, 1- 2t. Das ist das heute technisch machbare. Dabei muss man aber bedenken, dass die meisten Sonden in der Ekliptik fliegen. Ein Asteroid und v.a. Komet kann aus "allen" Richtungen kommen. Um solch einen Körper abzufangen, muss man also die Ekliptik verlassen. Das ist bahnmechanisch sehr schwierig und benötigt viel Energie. Die Nutzlast sinkt bei so einem Abfangkurs noch weiter.

@Martin
Deswegen halte ich einen Träger in der ARES-V-Klasse für sinnvoll, auch wenn er für "normale" Abfangmissionen überdimensioniert erscheint. Ariane 5 und Konsorten können solche Bahnen kaum erreichen. Außerdem kann kann er mehrere Sprengsätze tragen und zum Ziel bringen, falls notwendig.

Was meinst du mit den Sonnenscheinexperimenten der Russen/Sowjets? Was war das? Gibt es eine Quelle im Netz zum Nachlesen?

N'abend Daniel,

betreff Sonnenscheinexperimenten der Russen: es gab mal zu MIR-Zeiten eine Progress-Mission, bei der nach dem Abkoppeln von der Station ein großes Sonnenreflektorenrad entfaltet wurde. Kann aber i.M. keine Quelle nennen. Aber hier ein Photo:

http://[IMG]http://i12.tinypic.com/4m18xvq.jpg[/IMG]

Quelle: Roskosmos

Gruß
roger50

Edit: War wohl Progress-40, Entfaltung fand am 3.3.89 statt

@Roger
Danke,

aber was wollte man damit versuchen? Sollte etwas beleuchtet werden oder sollte es ein Solarsegelexperiment werden? Für ein Solarsegel wäre so ein Brocken wie Progress ja eher ungeeignet und die Erde würde stören.

@All
Ich halte Laser und auch fokussiertes Licht auch für wenig realistisch. Dabei könnte man immer nur einen kleinen Bereich erhitzen und verdampfen. Diese Wirkung wäre minimal.
Kometen werden bei ihrer Sonnenpassage ja vollständig und länger erwärmt. Da kommt es dann zu starken Ausgasungen an vielen Stellen der Oberfläche. Gibt es Erkenntnisse über die Wirkungen dieser sog. aktiven Flächen auf Kometen auf deren Umlaufbahn? Immerhin wirken diese Ausgasungen stärker und länger, als was wir mit Laser und Sonnenlicht selbst erreichen könnten.

@Roger
Danke,

aber was wollte man damit versuchen? Sollte etwas beleuchtet werden oder sollte es ein Solarsegelexperiment werden? Für ein Solarsegel wäre so ein Brocken wie Progress ja eher ungeeignet und die Erde würde stören.

Man wollte die dunklen Gebiete in Nordrussland beleuchten, umd künstliches Licht einzusparen und solche Dinge. Gibts übrigens auch in erdgebundener Form irgendwo in den Alpen, wo ein Dorf in einem engen, dunklen Tal mit Spiegeln auf einem Berg beleuchtet wird.

Nochmal zu Ares V Mission: Das Problem ist, das man hier eine große, extrem teure Rakete vorhalten müsste. Vielleicht treten dann noch Probleme auf, der Start muss erschoben werden und ähnliches wie beim Shuttle. Bei einem kleineren System hat man den Vorteil, zwischen Trägern wechseln zu können. Proton, Ariane V, Atlas V, Delta IV, HII-A. Hier könnte man mitunter auch mehre Träger einsetzen, falls eine höhere Sprengkopfzahl gebraucht würde. Nimmt man eine Sonde mit 2 t Gewicht mit 1 t für Sprengköpfe, könnte man so 10 * 100kt lossschicken. Das ganze ist natürlich auch eine Zeitfrage, ob man mit einem Impakt diesen Oktober oder in 10 Jahren rechnet. Hat man Zeit, könnte man auch mittels Swing-by Manövern eine schwerere Sonde auf die Reise schicken, wenn er im Oktober kommt, hätte man auch mit Ares V ein Problem.
Also ist erstmal Aufklärung gefragt.

Martin

Ich glaube, man muß sich erst einmal klar werden, welcher Impuls überhaupt notwendig ist, um solch ein Geschoß ablenken zu können.
Ein 10km Brocken mit einer Masse von rund 1e15kg muß soweit abgelenkt werden, daß er die Erde verfehlt. Das sind dann rund 10.000 km.

Nun kommt es darauf an, in welcher Zeit diese Ablenkung erfolgen muß. Je früher der Brocken bearbeitet werden kann, desto geringer ist der Energieaufwand für die Ablenkung. Früherkennung ist also das Wichtigste.

Nehmen wir mal an, wir hätten ihn so früh erkannt, daß er 1 Jahr vor Einschlag bearbeitet werden kann und geben uns 1 Monat Zeit für die Impulserteilung.

Ganz grob kann man dann sagen, die Geschwindigkeit des Brockens muß um etwa 10.000km/1Jahr = 0,32m/s geändert werden.

Der nötige Impuls beträgt dann 0,32m/s * 1e15kg = 3,2e14 kgm/s.
Um diesen Impuls in 1 Monat zu bewirken, ist eine Dauerkraft von 3,2e14kgm/s / 2,6e6s = 12,3 MN nötig, also rund 1.230 "Tonnen" 1 Monat lang. Ganz schön happig.

So etwas kann keine Bombe bewirken, welche neben dem Brocken explodiert. Solch eine Vorstellung ist lächerlich. Mit Solarantrieb ist da auch nichts zu machen und mit Laser geht das auch nicht.

Wenn man eine Art Kanone installieren würde, welche laufend Material wegschießt, nehmen wir mal mit 100m/s an, wird diese Kraft bei einer sekündlichen Materialabschußmenge von 12,3MN/100m/s = 123.000 kg/s erreicht, also 123 t/s. Und dies 1 Monat lang.

Der Leistungsbedarf für diese Kanone wäre dann etwa (100m/s)^2*123.000kg * 1/2 = 615 Megawatt.

Der gesamte Energieaufwand wäre dann 615 MW * 1 Monat = 443.000 MWh. Das entspricht einer 0,5 Mt Bombe, deren Energie optimal so freigesetzt wird, daß das Material eben mit 100m/s wegfliegt.

Dazu müßte man ein Löchlein bohren, etwa 1.000m tief und die Bombe darin versenken. Nach dem Rums fliegt dann ein ordentlicher Materiebrocken, 300 Mio Tonnen, mit den rund 100m/s weg und die Erde ist gerettet.

Das wäre wohl die wirksamste Methode.

Allerdings gibt es kein Verfahren, so einfach ein 1.000 m tiefes Loch "mit Speed" a la bunkerbrechender Waffe hineinzubekommen. Man benötigte also schon irgendeine Bohrmaschine o.ä. vor Ort, welche gezielt das Loch hineinbohrt oder nach und nach hineinsprengt. So etwas dürfte nur mit einer Mannschaft vor Ort gehen.

Wenn das allerdings ein Eisenmeteorit ist, dann sieht das ganz böse aus.

Mit gebündelter Sonnenenergie und "Direktverwertung" derselben ist in keinem Fall etwas zu machen. Damit kann man bestenfalls die Energieversorgung für das Bohren sicherstellen.

Je sinnvoller der Einsatz geplant ist (wenig Energie), desto kleiner kann auch die Rakete werden. Selbiges gilt für eine frühere Problemerkennung.

In "astronomie heute" [size=9](astronomie heute 09/07, "Der gefährlichste  Asteroid im Sonnensystem S. 70)[/size] bin ich gerade auf ein paar interessante Fragen bzgl. einer Asteroidenabwehr gestoßen:

• Welche nationale oder internationale Organisation trifft der Entscheidung?
• Wer finanziert das?
• Wer handelt?
• Wer haftet bei einem Fehlschlag?

Neben der technischen Diskussion scheinen solche Fragen zwar wie Haarspalterei ohne Mehrwert. Aber man stelle sich mal folgendes Szenario vor:
Alle Berechnungen zeigen, dass ein Land getroffen wird. Dieses Land unternimmt einseitig etwas dagegen und ändert den Kurs des Asteroiden minimal. Mit der neuen Bahn wird plötzlich ein anderes Land bedroht/getroffen.
Um solche Fragen zu erörtern und "zu lösen", wird bei UN und anscheinend auch mit der NASA ein Komitee gebildet.