7 juli 2022

Astronomen zien mogelijkheden om ‘Oumuamua van nabij te observeren met projecten als Lyra en Sundiver 

Het instellaire object 1I/’Oumuamua raasde in 2017 en 2018 door ons zonnestesel. Het was de eerste ISO die door astronomen ontdekt werd op zijn baan door het zonnestelsel en riep in zijn kielzog talloze vragen over zijn aard en oorsprong op. De rots meet zo’n 150 bij 400 meter en vermoed wordt dat het uit het sterrenbeeld Lier komt. Maar om een beter inzicht in 1I/’Oumuamua te krijgen hebben sinds 2017 enkele wetenschappers zitten nadenken over projecten om in de nabijheid van deze ISO te komen. Enkele missie-concepten komen hiervoor in aanmerking.

AI van ISO 1I/ `Oumuamua. Credits: ESA/Hubble, NASA, ESO, M. Kornmesser

Project Lyra, een voorstel van het Institute for Interstellar Studies (I4is), richt zich op de ontmoeting met ‘Oumuamua. In een recente studie van I4is meldde het team dat als hun missie in 2028 gelanceerd zou worden en een zogeheten ‘JOM” of ‘Jupiter Oberth Manoeuvre’ zou uitvoeren, het in staat zou zijn om ‘Oumuamua in 26 jaar in te halen. I4Is werd reeds twee weken na de ontdekking van ‘Oumuamua aangekondigd, en wilde vooreerst weten of zo’n missie  überhaupt haalbaar was. Voor voortstuwing stelde I4is nucleair-thermischepropulsie (NTP), of een laserzeilschip à la Breakthrough Starshot voor. BS streeft ernaar om Alpha Centauri in 20 jaar aan te doen. Zoals het team van Lyra in hun onderzoek beschrijft, vereisen de meeste van de voorgestelde methoden om ‘Oumuamua te bereiken complexe operaties als een  ‘Solar Oberth Manoeuvre ‘ (SOM).

De ‘Sundiver’, is een ontwerp van Coryn Bailer-Jones van het Duitse Max Planck Institute for Astronomy (MPIA). Hij stelde reeds in een artikel in Universe Today, dat dit ontwerp met een SOM, gebaseerd is op de stralingsdruk van de zon om met een lichtzeil een zeer hoge snelheid te verkrijgen. BJ: “Het principe van het Oberth-effect is om je boost toe te passen wanneer je het snelst beweegt t.o.v. het lichaam waar je omheen draait, wat de zon is in het geval van de Sundiver,” en vervolgt: “Hoe dichter je bij de zon in je baan bent, hoe sneller je zult zijn. Dus om te profiteren van het Oberth-effect, moet je zo dicht mogelijk bij de zon komen.” Bij SOM draait alles om de ‘gravity-assist’, dit omvat het gebruik van de zwaartekracht van drie lichamen, waaronder het ruimteschip, een tweede object dat de ‘assist’ levert (meestal een grote planeet) en het centrale object waarover het pad van het ruimteschip wordt gecontroleerd.

SOM vertrouwt op drie discrete veranderingen in snelheid (ook wel impulsen genoemd) om het zonnestelsel te verlaten, te weten; 1) op aarde, om de verste afstand van het ruimtevaartuig tot de zon (het aphelium) te vergroten, 2) bij het aphelium, om te vertragen en in de buurt van de zon te vallen, en tenslotte, 3) op het punt dat zich het dichtst bij de zon bevindt (perihelium) wanneer het ruimtevaartuig het het snelst nadert om een ​​extra boost te krijgen.” Deze methode is brandstofoptimaal voor het genereren van hoge snelheden uit het zonnestelsel,” en, aldus Bailer-Jones; “Dit is precies wat nodig is om een ​​ISO te ‘vangen’ wanneer de ISO het perihelium heeft gepasseerd en snel van de zon terugwijkt. Dit ontwerp negeert Jupiter, maar met een aanpassing in de tweede stap, d.w.z. vertragen m.b.v. een omgekeerde Jupiter-gravitatie-assist, kan de sonde ontsnappen met nog minder brandstof.” Het is vanwege SOM’s efficiëntie in het genereren van hoge snelheden dat men deze methode onderzocht voor ISO-missies, maar men zocht tegelijk ook naar alternatieven, meer beproefde routes, zoals de Jupiter-gravitatie-assist of ‘JOM’. Adam Hibberd, een onderzoeker van I4is, was de hoofd-auteur van deze laatste Lyra-studie – ‘Lyra: A Mission to 1I/’Oumuamua without Solar Oberth Manoeuvre‘ en werkte aan interplanetaire trackingsoftware (OITS). Hibberd stelt: “SOM is wel een enorme uitdaging, zo’n zonne-zwaartekrachthulpmanoeuvre kan er, aldus Hibberd e.a. op papier geweldig uitzien maar is nog nooit eerder uitgevoerd en heeft daarom een ​​lage TRL-classificatie (Technology Readiness Level).”

Parker Solar Probe Credits; NASA

De NASA studie ‘Interstellar Probe: Humanity’s Journey to Interstellar Space’  stelt in bijlage D2.2, dat ingaat op thermische bescherming in de context van een SOM; “Zoals de Parker Solar Probe ruimschoots aantoont, vereist het naderen van de zon een hitteschild dat bestand is tegen de extreme hitte en straling, Parker’s schild heeft een diameter van 2,44 m en weegt het bijna 72,5 kg. Hoewel de grootte en massa van een hitteschild voor Lyra niet identiek zouden zijn, is het waarschijnlijk dat een hitteschild op zonne-energie zou resulteren in veel extra massa voor het lichtzeil. 

Als alternatief adviseerden Hibberd e.a. de ​​Jupiter Oberth-manoeuvre (JOM), die vanaf de aarde zou lanceren, rond Venus en de aarde zou zwiepen, een Deep Space Manoeuvre (DSM) zou uitvoeren, opnieuw langs de aarde zou slingeren en vervolgens een zwaartekracht-assist zou ontvangen m.b.v. de zwaartekracht van Jupiter, samengevat als VEEGA ‘Venus, Earth, Earth, Gravity Assist’. Hibberd toont de voordelen van de JOM t.o.v. een SOM: “[Het] zou geen zwaar hitteschild nodig hebben en er is ook geen noodzaak voor a) een extra reisafstand van Jupiter naar de Solar Oberth van 5,2 AU, [en] b) een verdere reis terug naar en rond Jupiter van een extra 5.2 AU. Zowel (a) als (b) zouden tijd vergen voor een SOM die niet vereist zou zijn voor een Jupiter Oberth-manoeuvre.” En vervolgt; “JOM is een ontdekking die essentieel is voor het Lyra-project om opties te vinden met de huidige technologie, aangezien er in wezen geen hardware of manoeuvres voor nodig zijn die nog niet eerder zijn beproefd, i.t.t. voor SOM.” Desalniettemin, ondanks de tijdwinst doordat (a) & (b) hierboven niet vereist zijn, betekent de lagere ontsnappingssnelheid die door de JOM wordt gegenereerd, dat de missieduur langer moet zijn, er is meer tijd bij ‘aankomst’ bij ‘Oumuamua, zo’n 18 km/s (64.800 km/h) versus 30 km/s (108.000 km/h). Dit zou het ruimtevaartuig meer tijd geven om ‘Oumuamua te analyseren tijdens nadering en vertrek. Op basis van een lanceervenster van 2028 bepaalde het team dat een ruimtevaartuig van Project Lyra in 2054 Oumuamua zou kunnen inhalen. Tegen de relatief lage kosten van een rendez-vous-missie zou de mensheid tegen het midden van de eeuw een eerste glimp kunnen opvangen van een interstellair object en mogelijk meer inzicht verkrijgen over de aard van de insterstellaire omgeving die al zolang lonkt, en met ‘Oumuamua nu tastbaarder is  dan ooit. Bronnen; Space.com, Universe Today, NASA, Isi4, MPIA
 

Speak Your Mind

*

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: