¿Cómo gestionar el aterrizaje en asteroides que no se pueden aterrizar?

En este artículo, Ryan y Ryan hablan sobre los múltiples casos de asteroides que giran más rápido que su "límite crítico", el límite en el que las partes se mueven más rápido que la velocidad orbital. Este documento anterior también analiza este fenómeno.

Todos los que giran tan rápido parecen ser pequeños, de 200 mo menos de diámetro. Digo "parecer" porque estos objetos son demasiado pequeños para medir sus diámetros mediante observación directa desde la Tierra o el espacio cercano a la Tierra. En cambio, los astrónomos miden la cantidad de luz solar reflejada recibida en el telescopio y la posición del objeto en el sistema solar, luego usan un albedo supuesto (fracción de la luz solar que cae sobre él que se refleja) para inferir un tamaño. Si la suposición del albedo está mal, también lo está el diámetro inferido. Un objeto muy oscuro tendrá su diámetro subestimado y viceversa para un objeto muy brillante.

Si las emisiones térmicas del objeto se pueden medir en longitudes de onda infrarrojas, se puede obtener una estimación del tamaño algo mejor porque las emisividades infrarrojas varían menos que los albedos visuales.

De todos modos, parece que un período de rotación de ~2,2 horas es el punto de interrupción. Cualquier cosa inferida como más grande que ~ 200 m de diámetro tiene un período de rotación de eso o más lento. Solo los objetos más pequeños tienen períodos de rotación más cortos que eso. Los astrónomos infieren que cualquier cosa que gire más rápido que eso es un cuerpo monolítico (no fracturado) con una resistencia a la tracción distinta de cero. Algunos han dicho que para ciertos tamaños y orientaciones de fracturas, un cuerpo fracturado de 200 m (o un poco más grande) aún podría permanecer unido a esa velocidad de rotación, pero eso se convierte en un área confusa. Dado que los tamaños son borrosos de todos modos, no vale la pena perseguir la pestaña de un mosquito. Está en algún lugar alrededor de 200 m.

Calculé para un objeto esférico homogéneo de una densidad dada qué período de rotación daría una aceleración centrífuga ecuatorial igual a la aceleración gravitatoria y obtuve

Si invierto esa ecuación para dar$\rho$en función de todo lo demás y enchufando el período de 2,2 horas, produce una densidad de ~ 2250 kg/m ^ 3, un poco más baja que los materiales típicos de asteroides. Si el objeto es elipsoidal, obtendrá una densidad algo mayor. Las densidades de 2500 - 3100 kg/m^3 son densidades típicas de los tipos de minerales (no porosos) que se ven en el material rocoso de asteroides, medidas a partir de los fragmentos meteóricos que tenemos en la Tierra; la porosidad puede disminuir eso.

Dado que un objeto de rotación tan rápida es pequeño, veo cuatro formas básicas de igualar su velocidad de rotación: 1) adjuntarlo con sujetadores que dependen de la resistencia a la tracción del objeto (como tornillos, pitones, clavos de concreto, etc.); 2) adjuntarlo con una herramienta que no dependa de la resistencia a la tracción (como un par [o tres, o cuatro, o lo que sea] cables que se enrollan detrás del objeto); 3) aplicar una fuerza centrípeta de forma propulsora (¡ horriblemente ineficaz para largas estancias!); o 4) reducir la velocidad de rotación del objeto a subcrítico.

Los métodos 3 y 4 consumen mucho combustible y probablemente no sean prácticos, al menos con los sistemas de propulsión actuales.

El método 2 es estable una vez colocado y girando . El truco es poner el sistema en marcha para empezar. Supongo que podría estacionar la nave espacial principal a una corta distancia (es decir, sin orbitar) y enviar una nave no tripulada para desplegar cables alrededor del objeto, evitando que toquen el objeto. Cuando todos los cables estén listos, la nave espacial principal podría comenzar a enrollarlos. Una vez que se hace contacto en el lado más alejado (visto desde la nave espacial), la nave espacial realiza una quema de alta aceleración a velocidad sincrónica. Los cables se apretarán naturalmente para proporcionar la fuerza centrípeta necesaria; probablemente se necesitaría algo de enrollado adicional.

El método 1 podría ser complicado porque no estamos seguros de las características importantes de la superficie, como la porosidad, la fragilidad, etc., que pueden influir en gran medida en la eficacia de varios tipos de sujetadores. ¿Es la superficie como basalto, vidrio, paneles de yeso u otra cosa? Un módulo de aterrizaje destinado a adherirse a la superficie podría llevar un par de tipos y usar la propulsión para aterrizar y luego mantenerse en la superficie (¡con suerte no por mucho tiempo!) Mientras intenta colocar esos sujetadores. Si tiene éxito, una vez que se colocan los sujetadores, la propulsión ya no es necesaria y se puede apagar. Si la superficie es áspera, ¡incluso puede usar algún tipo de pegamento de fraguado rápido !

Actualmente no hay misiones financiadas para ir a ninguno de estos objetos. La ciencia que obtendría de tal misión se ve superada por objetivos más apremiantes. Y el objetivo de ingeniería de ver si se puede desviar la órbita de un asteroide para evitar un impacto con la Tierra se logra mejor con objetos amontonados, ya que es una tarea más difícil.