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DART-Mission: Test einer Asteroidenabwehr

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Frank
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DART-Mission: Test einer Asteroidenabwehr

Beitrag von Frank » 24. Nov 2021, 18:21

Auf dem Weg zu einem historischen Test: Heute morgen ist die NASA-Raumsonde DART ins All gestartet – eine Sonde, die erstmals einen Asteroiden aus seiner Bahn stoßen soll. Dafür wird die rund 300 Kilogramm schwere DART-Sonde im Herbst 2022 den 160 Meter großen Brocken Dimorphos rammen. Die Reaktion des Himmelskörpers liefert wertvolle Erkenntnisse für künftige Abwehrmissionen im Falle eines drohenden Asteroideneinschlags.
https://www.scinexx.de/news/kosmos/dart ... denabwehr/

Expertenfrage: Glaubt von euch einer, dass das Teil überhaupt nur zuckt? :wn:
Mit freundlichen Grüßen

Frank

Hawkwind
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Re: DART-Mission: Test einer Asteroidenabwehr

Beitrag von Hawkwind » 28. Nov 2021, 13:51

Mir stellen sich beim Lesen des Artikels einige Fragen. Da liest man
Die entscheidende Frage bei dem Test ist, ob und wie dies die Bahn des Asteroidenmonds um Didymos verändert
Das ist doch keine Frage: natürlich gilt der Impulserhaltungssatz und die Bahn des Zieles wird sich entsprechend voraussagbar ändern, wenn es denn ganz bleibt. Wenn man so ein auf die Erde zielendes Objekt "weit draußen" erwischt, reicht ja u.U. bereits eine winzige Änderung seiner Bahn, um es die Erde verfehlen zu lassen.

Den nächsten Satz verstehe ich nun gar nicht:
Besteht der Asteroid aus porösem Material oder nur losem Geröll, dann verpufft die Energie des kinetischen Aufpralls fast völlig – die Abwehrmission wäre gescheitert.
Die Impulserhaltung gilt für poröse Materialien nicht, oder was will man damit sagen? Das ist m.E. völliger Blödsinn.
Noch schlimmer wäre es, wenn der Aufprall der Sonde zu einem Auseinanderbrechen eines solchen instabilen Asteroiden führt. Denn dann würden der Erde im Ernstfall gleich mehrere verheerende Einschläge statt nur eines Treffers drohen.
Nun ja, zerbricht der Asteroid in hinreichend kleine Stücke, die in der Atmosphäre verglühen oder sie aufgrund des Zerberstens des Asteroiden verfehlen, dann ist das ja auch nicht unbedingt schlecht.

Freundliche Grüße,
Uli

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Re: DART-Mission: Test einer Asteroidenabwehr

Beitrag von Herr5Senf » 28. Nov 2021, 15:35

Es wird ein "langsamer" Auffahrunfall von hinten. Bei porösem Material verpufft die Wirkung auf die Bahn :licht:

Grüße Dip

Hawkwind
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Re: DART-Mission: Test einer Asteroidenabwehr

Beitrag von Hawkwind » 28. Nov 2021, 16:02

Das wäre dann ein komplett inelastischer Stoß, d.h. die kinetische Energie des Geschosses geht verloren für die "Verformung" des Zieles. Impulserhaltung gilt aber auch beim inelastischen Stoß, d.h. die Bewegungsrichtung des Zieles muss sich zwangsläufig ändern, wenn man nicht genau von hinten draufknallt (was schon ein etwas dusseliger Plan wäre).
Aber sicher ist die Abweichung von der ursprünglichen Bahn größer beim elastischen Stoß.

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Re: DART-Mission: Test einer Asteroidenabwehr

Beitrag von Hawkwind » 28. Nov 2021, 19:24

Naja, der Stoß ist natürlich sowieso komplett inelastisch; das Geschoss wird kaum wie ein Flummiball vom Asteroiden zurückticken, d.h. die kinetische Energie des Geschosses wird also komplett in irgendeine Art innerer Energie umgewandelt werden (Verformungen, teils auch in Schwingungen der Struktur des Asteroiden - "librations").
Entscheidend für die Ablenkung sind diverse Charakteristika des 2-Körper-Ziel-Systems Didymos-A & Didymos-B. Mit dem Geschoss zusammen liegt dann ein nicht mehr exakt lösbares 3-Körper-Problem vor. Aber auch von der Idealisierung der Objekte als Massenpunkte muss Abstand genommen werden.
Vorhersagen der zu erwartenden Effekte macht man mittels Störungsrechnung.
Vorhersagen sind unsicher, auch wegen nicht genau bekannter Anfangsbedingungen des Problems. Aber man wird wohl mit ziemlicher Sicherheit einen Effekt des Einschlags auf die Bahn von Didymos-B sehen. Eine Diskussion gibt es hier
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02 ... e/main.pdf

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seeker
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Re: DART-Mission: Test einer Asteroidenabwehr

Beitrag von seeker » 29. Nov 2021, 09:14

Die Impulserhaltung gilt natürlich, das ist klar.

Was ist, wenn der Asteroid nach dem Aufprall der Sonde anfängt zu rotieren? Was, wenn unsere Sonde den Asteroiden nicht richtig trifft und ihn nur streift?
Hawkwind hat geschrieben:
28. Nov 2021, 19:24
Mit dem Geschoss zusammen liegt dann ein nicht mehr exakt lösbares 3-Körper-Problem vor.
Genau genommen könnte nach dem Aufprall auch ein 10^9-Körper-Problem vorliegen, wenn es viel Staub und kleine Bröckchen gibt. Was, wenn dieses Material bei einem elastischen Körper erst verzögert ausgeworfen wird, von einem dann trudelnden Körper?
Nicht genau vorhersehbare Verdampfung wird es wohl auch geben.
Hawkwind hat geschrieben:
28. Nov 2021, 13:51
Besteht der Asteroid aus porösem Material oder nur losem Geröll, dann verpufft die Energie des kinetischen Aufpralls fast völlig – die Abwehrmission wäre gescheitert.
Die Impulserhaltung gilt für poröse Materialien nicht, oder was will man damit sagen? Das ist m.E. völliger Blödsinn.
Vielleicht ist daher so etwas wie oben gemeint?
Ein Aufprall könnte außerdem auch Effekte haben wie bei einem Kugelstoßpendel: Auf der einen Seite schlägt unsere Sonde ein, auf der anderen Seite wird die dem Impuls entsprechende Masse der Sonde ausgestoßen, der Hauptkörper fliegt dann recht unbeirrt weiter.
DART könnte den Asteroiden im Prinzip auch einfach durchschlagen, was dann?

Und wenn das Teil irgendwie zerbricht, geht es in alle Richtungen weiter. Um die Sache noch zu verkomplizieren, ist die Masse von Dimorphos auch noch an den größeren Partnerbrocken Didymos gebunden.
Das Problem ist nicht trivial.

Ansonsten ist der Text auf sciencexx sehr kurz und pop.-wiss. gehalten, da hast du sicher Recht.

Die Verhältnisse einmal angeschaut:

Dimorphos hat einen Durchmesser von 160 m (Volumen? Etwa 4 Millionen m³?) und ist gravitativ an den Hauptkörper 65803 Didymos gebunden. Masse? Wenig wird das nicht sein. Sehr genau bekannt auch nicht, auch die Masseverteilung im Körper nicht.
Unsere Sonde (DART) soll mit 6,6 km/s einschlagen. Masse: 610 kg (Volumen? Etwa 1m³?)

Das schaut nach einem Verhältnis aus, wie wenn eine sehr schnelle Gewehrkugel auf einem treibenden Ozeandampfer (oder vielleicht besser noch: Eisberg) einschlägt, der von einem noch größeren Dampfer (Eisberg) angezogen wird und die Frage dann ist, wie sich der Kurs des Schiffes (Eisbergs bzw. der Hauptmasse davon) dadurch verändert? (Klar, Weltraum ist nochmal anders, fehlende Reibung, usw., aber in die Richtung scheint es schon zu gehen.)
Am 24. November 2021 startete die NASA die Raumsonde Double Asteroid Redirection Test (DART) auf einer SpaceX Falcon 9-Rakete vom Space Launch Complex 4 East auf der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien, USA.[13] DART ist das erste Experiment zum Schutz der Erde vor gefährlichen Asteroiden, und die Raumsonde wird versuchen, Dimorphos leicht von ihrer Position abzulenken.[14] Die Raumsonde wird voraussichtlich zwischen dem 26. September und dem 1. Oktober 2022 mit einer Geschwindigkeit von etwa 15.000 mph (6,6 km/s)[14] auf Dimorphos stürzen. Es wird erwartet, dass die Kollision Dimorphos und Didymos einander näher bringt.[16][17] Dimorphos umkreist Didymos dann schneller als zuvor, sodass sich seine Umlaufbahn um mindestens 10 Minuten verkürzt.[14][16]

Das DART-Raumschiff wird von LICIACube begleitet, einem vorbeifliegenden Cubesat der italienischen Raumfahrtbehörde (ASI) 6-Unit, das 10 Tage vor dem Aufprall freigegeben wird, um die Kollision aufzuzeichnen.[13] Dann schickt die Europäische Weltraumorganisation ESA ihre Raumsonde Hera 2024 nach Dimorphos, um den Einschlagskrater und die neue Umlaufbahn des Doppelkörpersystems zu untersuchen.
https://en.wikipedia.org/wiki/Dimorphos (ins Deutsche übersetzt)

DART-Mission:
https://de.wikipedia.org/wiki/Asteroid_ ... Assessment

Warum nimmt man eigentlich ein Doppelkörpersystem als Versuchsobjekt?
Liegt das vielleich daran, weil man dann die Auswirkungen des Einschlags über den Abstand a der beiden Körper (A und B) vorher mit a' nachher viel genauer bestimmen kann als es bei einem Einzelkörper der Fall wäre?
Grüße
seeker


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Re: DART-Mission: Test einer Asteroidenabwehr

Beitrag von Hawkwind » 29. Nov 2021, 16:11

Hi Seeker,

Sorry, ich hatte das Problem unterschätzt. Mein 1. Ansatz war viel zu vereinfachend gewesen: ich hatte 2 Massenpunkte vor Augen (Geschoss & Asteroid). Dann wäre durch Impulserhaltung das Problem komplett festgelegt gewesen. Aber so einfach geht das nicht: wegen der Ausdehnung des Asteroiden spielen auch die von dir erwähnten Effekte eine Rolle (Drehimpulsübertrag, Struktur des Asteroiden etc).

Wenn man an das System Erde-Mond denkt, dann gibt es ja ähnliche Effekte aufgrund der Ausdehnungen der Körper und deren Struktur (Gezeiten, Veränderung des Orbits des Mondes mit der Zeit etc). Die Lösung des 2-Körper-Kepler-Problems reicht einfach nicht, wenn man z.B. verstehen will, warum sich der Mond im Laufe der Zeit immer mehr von der Erde entfernt.

Gruß,
Uli

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Re: DART-Mission: Test einer Asteroidenabwehr

Beitrag von Frank » 29. Nov 2021, 20:27

seeker hat geschrieben:
29. Nov 2021, 09:14



Ansonsten ist der Text auf sciencexx sehr kurz und pop.-wiss. gehalten,
Man könnte ja auch einfach zur Quelle gehen, auf die ja auch verwiesen wird.

https://www.nasa.gov/planetarydefense/d ... spacecraft.
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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