Bedrohliche Himmelskörper - Universität Stuttgart · Oortsche Wolke. •Durch Bahnstörungen können sie ins Innere des Sonnen-systems gelangen. •In Jupiternähe: Ausbildung des

UniversitätStuttgart

INSTITUT FÜR RAUMFAHRTSYSTEME

--Bedrohliche HimmelskörperBedrohliche Himmelskörper-- Kann Raumfahrttechnik Kann Raumfahrttechnik beschützen?beschützen?--

Bedrohliche Himmelskörper

Kann Raumfahrttechnik beschützen?

Prof. Dr. Ing.habil. Monika Auweter- Kurtz

Vortrag im Rahmen des Seminars

Raumfahrt aus Leidenschaft

Juni 2005

Einleitung

Die erdnahen Asteroiden und Kometen

Einschätzung der Gefahr

Möglichkeiten zur Abwehr von Katastrophen

Notwendige Voraussetzungen

Stand der Technik

Entwicklungsbedarf

Zusammenfassung




Was ist damals als die Dinosaurier

ausstarben eigentlich geschehen?

•1980: Veröffentlichung von L.W. Alvarez, W.

Alvarez, F. Asaro und Helen Michel

Theorie über die Iridiumanomalie an der Grenze

zwischen Kreidezeit und Tertiär

��Asteroid mit 6-14 km Durchmesser

��Krater 150-300 km Durchmesser

•1981: Antonio Camargo berichtet über einen

Krater in Yukatan




Chicxulub-Krater




Kraterdurch-

messer:

damals

250-290 km

Asteroiden-

durchmesser:

9,5-14,5 km




Was ist damals als die Dinosaurier ausstarben

eigentlich geschehen?

Man ist nun sicher:•Vor rund 65 Millionen Jahren schlug ein Himmelskörper

auf der Erde ein und schuf den Chicxulub – Krater in Mexiko mit einem Durchmesser von ca. 180 km

•Es kam zu Flutwellen, die an der karibischen Küstenlinie nachweisbar sind

•Staubwolken verdunkelten den Himmel lange Zeit mit der Folge einer Kältewelle

•Folge: Ausrottung eines beachtlichen Anteils allerdamals lebenden Arten (Schätzung: 70%)

•Die Schichtdicke der Sphärulen betrug weltweit ca. 2 cm




Andere große Einschläge, von denen

wir heute wissen

•Den ältesten nachweisbaren Einschlag datiert man heute auf 3,47 Milliarden Jahre, die Sphärulenschicht hat eine Dicke von 20-30 cm

•Der Himmelskörper hatte einen Durchmesser von ca. 20 km

•Damals gab es an Lebensformen wahrscheinlich nur Bakterien, die aufgrund ihrer Robustheit überlebten




Nördlinger Ries und

Steinheimer BeckenEntstanden vor 15 Millionen Jahren

Kraterdurchmesser: 24 km

Meteoritendurchmesser: 1,3 km

Sprengkraft: 141.000 Mt TNT� 2350 H-Bomben(60 Megatonnen)

Kraterdurchmesser: 3,8 km

Meteoritendurchmesser: 162 m

Sprengkraft: 270 Mt TNT � 4,5 H-Bomben




Barringer-Krater in Arizona•Entstanden vor 50 000 Jahren •Kraterdurchmesser: 1,32 km•Asteroidendurchmesser: 30 m•Sprengkraft: 2 Mt TNT




Tunguska, Sibirien•Entstanden 1908

Steinasteroid oder Komet

Durchmesser: 60 – 100 m

Eintrittsgeschwindigkeit:

15 km/s

Explosion in 5 – 9 km

Höhe

Sprengkraft: 10 – 15

Megatonnen TNT

Es wurden 2200 km2

verwüstet




Asteroidenschauer

1868 in Polen

1947 in Sikote-Alin, Nähe Wladiwostok

• Asteroiden explodieren einige Kilometer über dem Erdboden

�Meteoritenschauer innerhalb einer Streuellipse




Die erdnahen Asteroiden und

Kometen

Was sind das für Himmelskörper?

Wo kommen sie her?

Was wissen wir über sie?




Asteroiden•Die meisten Asteroiden befinden sich im Planetoidengürtel zwischen den Bahnen von Jupiter und Mars.

•Durch Bahnstörungen befinden sich einige Asteroiden auf Bahnen, die die Erdbahn kreuzen oder ihr nahe kommen, die „erdnahen Asteroiden“.

•Die meisten Asteroiden bestehen aus Gestein mit hohen Anteilen von Fe, Ni und C-Verbindungen. Wenige sind rein metallisch.

•Die Größe der erdnahen Asteroiden ist sehr unterschiedlich, bis zu 40 km Durchmesser.

•Die meisten dieser erdnahen Asteroiden sind für uns ungefährlich, könnten uns aber wertvolle Rohstoffe liefern.

•Jenseits von Neptun gibt es einen zweiten Ring von Planetoiden, den Kuiper-Gürtel.




Erdnahe Asteroiden in Resonanz mit der Erde

Merkur

ErdeMars

Sonne Venus

•Umlaufzeit um die Sonne ca. 1 Jahr

•Leicht zu erreichen, daher sind sie geeignete Erkundungs- und Übungsobjekte




Erdnahe Asteroiden in Resonanz mit der Erde

•Sind bei den Lagrange-Punkten der Erde Asteroiden?

•Es gibt Asteroiden auf stabilen Hufeisenbahnen.„Möchtegern Monde“!




KometenBestandteile: Eis, Staub, CO2,

organische Verbindungen

•ca. 45 000 AE von der Sonne entfernt bilden sie die Oortsche Wolke.

•Durch Bahnstörungen könnensie ins Innere des Sonnen-systems gelangen.

•In Jupiternähe: Ausbildung des Schweifs, von dort noch 3-4 Jahre zu uns.

•Größe der erdnahen Kometen: 100m bis einige 10 km.

•Ist ihre Umlaufdauer >200 Jahre, werden sie als langperiodisch bezeichnet.




Erdnahe Objekte -Asteroiden und Kometen

•Alle Objekte, die der Erde nahe kommen, werden als NEOs (Near Earth Objects) bezeichnet.

•Ihre Größe ist sehr unterschiedlich, sie reicht bis zu einigen 10 km.

•Die meisten Objekte zeigen ein flaches Spektrum mit schwacher Struktur und eine geringe Albedo (0,03 –0,08).





Welche Objekte können uns gefährlich

werden?

Wie viele gibt es von der Sorte?

Wie groß ist die Gefahr eigentlich?






•Untersuchungen der Mondoberfläche zur Bestimmung der Trefferhäufigkeit der Erde

-von der Erde aus

-durch die Apollo-Astronauten

•Aufnahmen militärischer Überwachungssatelliten werden herangezogen (zurück bis 1994)

•Warum gibt es bei uns viel weniger Krater als auf dem Mond?

•Wir haben ein Schutzschicht -

unsere Atmosphäre!




Was passiert eigentlich beim Eintritt in die Erdatmosphäre?

•Typische Eintrittsgeschwindigkeiten:

-Asteroiden: 15 km/s – 25 km/s

-Kometen: bis zu 73 km/s

•Bewegungsenergie:

-proportional zur Masse des Objektes

-proportional zum Quadrat seiner Geschwindigkeit

•Abbau der Bewegungsenergie durch:

-Abbremsung in der Atmosphäre (Luftwiderstand ~d2)�Erhitzung der Luft und des Eintrittskörpers�Zerbrechen des Objektes�Explosion des Objektes

-Aufschlag�Erdbeben�Tsunami�Aufschmelzen und Kraterbildung�Staubwolken




•Mikrometeoriten mit einem Durchmesser kleiner als100 µm kommen nicht zum Glühen, schweben herunter.•Meteoriden verglühen, zerfallen oder explodieren.•Meteoriten erreichen den Erdboden.

Was passiert eigentlich beim Eintritt in die Erdatmosphäre?

•Große Objekte (>ca. 1 km) können zerbrechen oder explodieren aufgrund der Schwerkraft (Roche-Grenze).

•Täglich wird die Masse der Erde um ca. 40 Tonnen erhöht.

•Jährlich gibt es 20-30 Explosionen der kt-Klasse(Hiroshima-Bombe 13 kt).

•Jährlich erreichen 10.000-50.000 Meteoriten den Erdboden.

•Verhalten ist abhängig von:

•Dichte•Durchmesser •Geschwindigkeit




Einschätzung der Gefahr•Wie viele größere Objekte gibt es von der Sorte in Erdnähe?

•Welche Gefahr geht von diesen Objekten aus?

•Druckwellen

•Kratererzeugung

•Feuerbrünste

•Erdbeben (80 m Eisenasteroid, v=30 km/s �Stärke 7)

•Tsunami (80 m Eisenasteroid v=30 km/s �Wellenfront mit ca. 40 m Höhe)

•Staubwolken umkreisen die Erde. Reduzierte Sonneneinstrahlung und Kälte sind die Folgen.

Folgende Gefahren gehen von Objekten auf Kollisionskurs aus:

•Wie häufig sind Kollisionen?





Wie groß ist die Gefahr eigentlich?

Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Objekt der 1 km-Klasse nächstes Jahr einschlägt ist

1:100 000

Geht man von einer Lebenserwartung von 100 Jahren aus,

so ist die Wahrscheinlichkeit, einen NEO-Einschlag der 1 km-Klasse zu erleben,

3 mal größer als 6 Richtige im Lotto,wenn man 100 Jahre lang jedes Wochenende spielt.




Historischer Überblick1932 Entdeckung des ersten erdnahen Asteroiden (1932HA) durch Karl Reinmuth

Initiative zur Erfassung und Untersuchung gefährlicher Objekte•Sind alle gefährlichen Objekte bekannt?•Wer kümmert sich um die Überwachung unserer Nachbarschaft?

•Wer sorgt für unsere Sicherheit?

1973 Erstes Suchprogramm

Erst in den 90er Jahren wurde man sich weltweit der Bedrohung bewusst.

Die Suchprogramme sind bis heute nicht intensiv:•2008 werden erst 90% der Asteroiden mit d>1 km bekannt sein.

•Nach kleinen Objekten wird derzeit nicht gesucht.

•Nach großen Kometen mit langen Umlaufperioden wird nicht gesucht.

•Seit 1996 gibt es kein Suchprogramm auf der südlichen Halbkugel mehr.

Ein großer Teil der Entdeckungen werden von Amateuren gemacht.




Initiative zur Erfassung und Untersuchung gefährlicher Objekte•Wer kümmert sich um die Überwachung unserer Nachbarschaft?


USA

•Auswertung von Aufnahmen militärischer Überwachungssatelliten

Seit 1994 werden 60-80% der Erde beobachtet, ca. 30 Objekte zwischen 10 m und 100 m gefunden

Verschiedene Suchprogramme




Initiative zur Erfassung und Untersuchung gefährlicher Objekte

•Erkundung verschiedener Objekte

-Galileo (mit deutscher Beteiligung) – Bilder und spektroskopische Untersuchungen der Asteroiden Gaspraund Ida

-ISEE3/ICE wurde auf den Weg zum Halley gebracht

-Near-Shoemaker – 2001 Bilder des Asteroiden 433 Eros, Untersuchung seiner geologischen Zusammensetzung, Bestimmung der Masse, des Magnetfeldes, der Schwerkraftverteilung und der Schwerpunktslage, erstmals Landung und Vorbeiflug am Kometen Hayutake und am C-haltigen Asteroiden Mathilde

•Wer kümmert sich um die Überwachung unserer Nachbarschaft?


USA





•Missionen mit Materialrückführung – in Vorbereitung und Planung

-Stardust:

Start 1999, Begegnung mit dem Kometen Wild-2, Vorbeiflug in 150 km Abstand zum Kern, Massenspektrometrie und Probenentnahme, Probenrückführung zur Erde

-Mars-Sample-Return:

zusammen mit Frankreich unter Beteiligung des IRS, Probenrückführung vom Mars



USA





•Missionen zur Erprobung neuer Technologien

-Deep Space 1:

Start 1998Ionenantrieb, autonome Navigation, Nahaufnahmen des Asteroiden Braille und des Kometen Borrelly (2001)

-Deep-Impact:

Start 2005Untersuchung des inneren des Kometen Tempel 1



USA





•Einrichtung einer zentralen Stelle beim „US Space Command“ (Planung)

•Studie über Frühwarneinrichtungen und Abwehrsystem – CAPS (Comet/Asteroid Protection System):

-Vorschlag der Einrichtung eines Frühwarnsystems im Weltall

-Entwicklung eines Abwehrsystems



USA




•Deep-Impact-Penetrator

im Anflug auf den

Kometen Tempel 1

Start: 12. Januar 2005

Einschlag: 4. Juli 2005





JapanMUSES-C Start: 2003, Rückkehr: 2007

Missionsziele:

•Rückführung von Material eines Asteroiden, 1989 SF 36, zur Erforschung der Entstehung des Sonnensystems

•Entwicklung und Erprobung neuer Technologien:

-Ionenantrieb

-Mechanismus zum Aufsammeln von Material

-Rückkehrkapsel

-Autonome Missionsdurchführung







Europa

ESA

Missionen zur Erkundung

-Giotto – 1986 Bilder des Kometen Halley(Staubschicht, geringe Albedo, Blausäuremolekül)

-Rosetta – zunächst war eine Mission mit Materialrückführung geplant, für die wir Voruntersuchungen machten.

Nun hat man sich für Untersuchungen des Kometen 67/Churyumov-Garasimenko entschieden.

Start: März 2004, Ankunft 2014







Europa

ESA

1.) Erfassung kleiner Objekte

Sonde im inneren Sonnensystem – Athen -Asteroiden

-Earthgard: zusätzliche Nutzlast für Bepi-Colombozum Merkur

-EUNEOS: Sonde knapp innerhalb der Venusbahn



Die ESA hat eine Studienphase durchgeführt

zu drei Themenschwerpunkten, Entscheidungen für die

nächste Ministerratskonferenz werden vorbereitet:





Europa

ESA

2.) Erforschung bekannter Objekt

-System zur Fernerkundung

-SIMONE: Flotte von 5 kleinen mit

Ionentriebwerken beweglicher Satelliten zur

Naherkundung



Die ESA hat eine Studienphase durchgeführt







Europa

ESA

3.) Missionen zur Technologieerprobung

-Don Quichote (Deimos Space): Untersuchung einer Ablenkstrategie durch Beschuss

-Ishtar: Radar-Tomographie, Studie zur Untersuchung des Inneren eines Asteroiden



•Die ESA hat eine Studienphase durchgeführt






Was rüttelte die ESA wach?

Europarat1996: Resolution mit der Aufforderung, sich der

Asteroiden und Kometenabwehr anzunehmen

Vereinte Nationen1999: Unispace III Report, Vienna Declaration

European Science Foundation2001: Future of Europe in Space Research,

ESSC-ESF Position Paper

Münchner Rück2002: Aufforderung an die Versicherer, sich auf

Schäden einzustellen




Initiative zur Erfassung und Untersuchung gefährlicher ObjekteWas hat diese Resolutionen ausgelöst?•Aufklärung der Ursache für das Dinosauriersterben•Beobachtung des Sturzes von Shoemaker-Levi auf den Jupiter 1994

•Häufige Meldungen über neuentdeckte gefährliche Objekte der letzten Jahre:

0,27199410m1994 XM112.1994

4,8716.12.20011998 WT241998

Einschlagwahrschein-

lichkeit: 1:500

203030-70m2000 SG3442000

ca. 113.08.2025800m2001 CU112001

201.2002

(unbemerkt!)

300mYB512.2001

0,220830,7-1,5km2002 ELG2002

ca. 114.06.2002

(unbemerkt!)

50-120m2002 MN17.06.2002

zunächst Einschlag

nicht ausgeschlossen

01.02.20192km2002 NT709.07.2002

1,318.08.2002800m2002 NY4014.07.2002

Geschätzte Distanz in

Mondentfernungen

VorbeiflugGrößeNameEntdeckung




Früherkennung und Erforschung erdnaher Objekte

Wichtige Voraussetzungen für den Erfolg eines Abwehrprogrammes und zur Minimierung des Aufwandes sind:

Zur Erforschung gehört:

•Das Erkennen

•Das Ermitteln aller wichtigen Größen

•Früherkennung

•Erforschung des Objekts




•Was wissen wir überhaupt über diese Objekte?

•Welche Informationen brauchen wir?

•Wie können wir uns die erforderliche Datenbasis verschaffen?

•Bahnvorhersage erschwert durch:

-kleine Masse

-Vorbeiflüge an Sonne, Planeten, Monden, Asteroiden und Kometen

-Sublimation

-nicht selbstleuchtend

•Zusammensetzung

-nur die Oberfläche ist direkt zugänglich

-Detektion von der Erde aus ist durch die Atmosphäre behindert

•Rotationsfrequenz aus Lichtschwankungen





Konzept zur Früherkennung gefährlicher Objekte

Ziele: bei großen Objekten Zeit zur Abwehr

bei kleinen Objekten Zeit zur Evakuierung

CAPS – Studie der NASA:

-Erkennung eines Objektes >1km ∅

mind. in 5 AE Distanz (� mind. 1 J)

-Erkennung von 50m Objekte

in 0,2 AE Distanz (� mind. 1 Monat)





Erfordernis: eine Überwachung im Weltall

-auf dem Mond

-von einem Lagrange-Punktdes Systems Sonne-Erde(L4 oder L5) aus


Bestehend aus:-hochauflösendem Teleskop mit großer Aperatur (Interferometer)-schnelle empfindliche Detektoren zur Untersuchung eines großen Spektralbereiches (UV-IR)-Laserentfernungsmessung

Fazit: -heutige Technologie reicht nicht aus





Die Zerstörung des Objektes

Die Ablenkung des Objektes




Möglichkeiten zur Abwehr von KatastrophenZerstörung des Objektes

2 Möglichkeiten:

-Nuklearexplosion

-durch Penetration

Nachteile:

-Anzahl und Bahnen der Bruchstücke nicht vorhersehbar

-Bruchstücke sind auf ähnlichen Bahnen

Fazit: Eine Zerstörung wird man nur bei kleinen Objekten versuchen.




Ablenkung des Objektes


Sie muss umso größer sein,

je größer das Objekt ist,

je größer die Relativgeschwindigkeit des Objektes ist,

je weniger Zeit zur Verfügung steht.

Sie sollte auf eine möglichst große Fläche verteilt angreifen, um ein Zerbrechen des Objektes zu verhindern.

Die Kraft muss am Schwerpunkt angreifen.

Die erforderliche Geschwindigkeitsänderung ∆v ist umso größer, je später man eingreift.




Es gibt 2 Möglichkeiten:

• Erzeugung eines Rückstoßes durch Ausstoß von Materie

• Eine Impulsübertragung durch „Beschuss“







Erzeugung eines Rückstoßes durch Ausstoß von Materie

•Einsatz eines Raketenantriebes

•Gerichteter Ausstoß von Asteroiden- bzw. Kometenmaterial






Einsatz einer Rakete

Bei langer Vorwarnzeit für Asteroiden der 100m Klasse eine Möglichkeit

Probleme:

Der Raketenmotor muss samt Treibstoff auf dem Objekt landen und verankert werden.

Zur Zeit stehen nur chemische Raketen zur Verfügung.

daher: - lange Vorwarnzeit erforderlich

- sehr hoher Transportbedarf






Gerichteter Ausstoß von Asteroiden- oder Kometenmaterial

Die zur Sublimation erforderliche Energie kann aufgebracht werden:

- durch ein Geschoss

- durch Detonation

- durch Ausnutzung des Sonnenlichtes

- durch Einsatz eines Hochleistungslasers




Möglichkeiten zur Abwehr von KatastrophenAblenkung des Objektes

Einsatz eines Geschosses

Übertragung von Impuls und Energie

Vergleich mit einer chemischen Rakete derselben Masse:

Bei einem Aufprall mit 10 km/s ist der erzeugbare Impuls um den Faktor 100 höher.

Voraussetzung ist die Kenntnis von:-Schwerpunkt-Masse-Zusammensetzung-Dichteverteilung-Oberflächenschichten





Eine Sprengung muss unbedingt vermieden werden

Missionen zur Technologieerprobung:

-Deep Impact (USA) 2005

-Don Quichote (ESA) Studie





durch Detonation

Detonation einer Nuklearbombe auf der Oberfläche oder in Oberflächennähe

Vergleich mit einer chemischen Rakete derselben Masse:

-Es kann ein bis zu 100 000fach höherer Impuls übertragen werden

Nachteile:

-ein monolithischer Körper könnte zerbrechen

-ein loser Steinhaufen wird kaum abgelenkt

-die Bombe muss im Weltall zusammengebaut werden

-die Positionierung birgt politische Risiken





Ausnutzung des Sonnenlichtes zur Sublimationvon Asteroiden- bzw. Kometenmaterial

Funktionsprinzip:

Durch die eingestrahlte Leistung wird eine Abtragung des Asteroiden durch Sublimation hervorgerufen.

Das abgetragene Material expandiert ins Vakuum und erzeugt als Reaktion eine Schubkraft.





Ausnutzung des Sonnenlichtes zur Sublimationvon Asteroiden- bzw. Kometenmaterial

Der Wirkkoeffizient (Schub/Leistung) ist abhängig von:

•Strahlungsdichte

•Thermodynamischen Eigenschaften des Objektes





Ausnutzung des Sonnenlichtes zur Sublimation von Asteroiden- bzw. Kometenmaterial

Erfordernisse:-hohe Temperaturen, > 2000°C-hohe Wärmeflüsse, einige MW/m2

-genaue Kenntnisse der oberen Schichten zur Optimierung des Systems-Kenntnisse der Rotation-große Spiegel

Entwicklungsstand dieser Technologie:

Studien:

1993 Melosh und Nemchinov

2002 Volker, Gritzner und Fasoulas, TU Dresden




Beispiel (Volker, TU Dresden)

Ablenkung eines Steinasteroiden mit 1km Durchmesser um 10 Erdradien

Spiegeldurchmesser: 1,5 km

Betriebszeit: 1 Jahr

Systemmasse: 50 t


Probleme:-lange Vorwarnzeit erforderlich-Betriebszeit über viele Jahre-Verschmutzung der Spiegel-Bewegung der Sublimationsfläche-Abschattungseffekte-hoher Transportbedarf




Hochleistungslaser zur Sublimation

Funktionsprinzip:

Der Laserimpuls ruft eine Abtragung von Asteroidenmaterial durch Sublimation hervor

Das abgetragene Material expandiert ins Vakuum und erzeugt als Reaktion eine Schubkraft


Es gibt eine optimale Leistungsdichte abhängig von:

Der Einsatz eines Systems für unterschiedliche Objekte macht eine adaptive Optik erforderlich.

•Pulsdauer•Wärmeleitfähigkeit•Rotationsfrequenz

Wirkkoeffizient für einen 5 ns Laserpuls





Es gibt eine optimale Leistungsdichte abhängig von:

Der Einsatz eines Systems für unterschiedliche Objekte macht eine adaptive Optik erforderlich.

•Pulsdauer•Wärmeleitfähigkeit•Rotationsfrequenz

Wirkkoeffizient für einen 5 ns Laserpuls




Erforderliche Energie zur Ablenkung um einen Erdradius in Abhängigkeit vom Objektradius


Auslegung eines Lasersystems

Übertragene Energie in Abhängigkeit der Laserbetriebsdauer

1) Komet:Ø 200 m 6 Monate Vorwarnzeit

2) Asteroid: Ø 1 km 12 Monate Vorwarnzeit

11

11

2

2




Vorschlag der NASA-Studie für einen ersten Schritt:Aufgabenstellung:Ablenkung eines 80 m Eisenasteroiden, der eine Geschwindigkeit von 30 km/s besitzt, wenn man noch 20 Tage Laserbetriebszeit zur Verfügung hat.

Anforderung an das Lasersystem:-56 MW mittlere Laserleistung-bei einer Laserwellenlänge von 500 nm-Pulsdauer von 10 ps-einer Laserpulsenergie von 14 MJ-bei einer Frequenz von 4 Hz



Hauptproblem:

Solche Laser gibt es noch nicht!Lichtblick:

US Air Force entwickelt einen chemischen MW-Laser für den Einsatz in Kampfflugzeugen (ABL)






Wo wird ein Lasersystem für die Abwehr von NEOspositioniert?

-auf der Erde

Vorteile:

•Die Masse des Lasersystems spielt keine Rolle

•Der Transport ins Weltall entfällt

•Die Energieversorgung ist unproblematisch

Nachteile:

•Absorption der Laserenergie in der Atmosphäre

•Störung durch Turbulenzen in der Atmosphäre

•Man kann das Objekt erst spät erreichen und braucht viele Anlagen zur kontinuierlichen Verfolgung






-Station auf dem Mond oder in einem LagrangePunkt

Vorteile:

•Man kann die Objekte schon in großer Entfernung (1AE) erreichen

Nachteile:

•Strahlaufweitung

-Laserwellenlänge sollte klein sein

-Lasersystem mit Aperatursynthese erforderlich

•Adaptive Optik erforderlich

•Energieversorgung und Wartung ist schwierig

•Kühlung






-ein System auf einem Raumschiff

Vorteile:

•Einfachere Optik

•Einsatz des Systems weit von der Erde entfernt, ∆v-Bedarf kleiner

Nachteile:

•Antrieb mit hohem Schub und hoher Austrittsgeschwindigkeit erforderlich

•Autonomer Betrieb erforderlich

•Verschmutzung der Optik




Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit (Yarkovski-Effekt)

Prinzip:

-da Photonen einen Impuls besitzen, kann durch einseitige Veränderung der Strahlungseigenschaften eine Kraft auf den Himmelskörper erzeugt werden durch:

•Veränderung der thermischen Emission

•Veränderung des Reflexionsvermögens für Sonnenlicht (Albedo)

Erde – 0,37 Mond – 0,07

Wolken – 0,7-0,9 Schnee – 0,5-0,9

Wasser – 0,02-0,7 Basalt – 0,05


4

OFOFTQ σε=




•Die erreichbare Bahnänderung ist proportional zum Quadrat der Flugzeit und umgekehrt proportional zum Radius des Objektes

•Beispiel (Spitale)

-Objektdurchmesser 1 km

-Veränderung eines glatten Steines in eine poröse Regolith-Oberfläche bewirkt:

in 100 Jahren eine Bahnänderung von 1400 km

in 300 Jahren ca. 14 000 km





Erforderliche Masse Staub zur Erzielung einer ausreichenden Albedoänderung:

-mindestens 25 000 t � über 500 Saturn 5

Fazit:

Man braucht genaue Kenntnis des Objektes

-Oberflächenbeschaffenheit

-Dichte

-thermische Eigenschaften (ε, λ, c)

-und mindestens 100 Jahre Zeit!





Befestigung eines SolarsegelsPrinzip:

Der solare Strahlungsdruck auf das Segel durch Reflexion des Sonnenlichts wird zum Segeln genutzt.

Die Beschleunigung ist

proportional zur Segelfläche (Fs), umgekehrt proportional zur Masse des Objekts (mo), umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes zur Sonne (Rs).

Sonnensegel sollte sein:großleichthochreflektierend

2~

so

s

Rm

F

t

v

∆

∆





Befestigung eines Solarsegels

Vorteile:

•Ungefährlich

•Vergleichsweise einfach

Nachteile:

•Die erzeugte Kraft ist gering-Nur für kleine Objekte anwendbar-Lange Vorwarnzeiten erforderlich

•Nur in Sonnennähe wirksam

•Eine Befestigung des Segels ist erforderlich

-Kenntnis der Struktur der Oberfläche ist erforderlich

•Bei Rotation des Objekts sehr schwierig





Zusammenfassung der Abwehrmöglichkeiten

Wenn die Vorwarnzeit kurz ist - ca. 1 Jahr - gilt:

•Man kann nur Systeme einsetzen, die bereits im Weltraum stationiert sind oder sofort gestartet werden können.

•Eine maßgeschneiderte Lösung ist nicht möglich; das System muss mit wenigen „Basisdaten“ funktionieren.

•Die erzielbaren Beschleunigungen müssen groß sein, da die verfügbare Einwirkzeit kurz ist.

•Das System muss möglichst schnell in die Nähe des Objektes transportiert werden. Der hierfür erforderliche Antrieb muss schubstark sein.

•Das System muss zuverlässig sein, für einen zweiten Versuch reicht die Zeit nicht.





Wenn die Vorwarnzeit ca. 10 Jahre beträgt:

•Man ist auf existierende Technologie angewiesen.

•Bei Verwendung eines fertigen Systems hat man mehrere Versuche.

•Man kann ein maßgeschneidertes System bauen -muss aber sofort loslegen.

•Zeit für politisches Gerangel und unsichere Finanzierung bleibt nicht.





Wenn man mehrere Jahrzehnte Vorwarnzeit hat:

•Man sollte sich trotzdem sputen, da man sonst die Zahl der Möglichkeiten wieder beschränkt.

•Man kann neue Technologien entwickeln und erproben.

•Man könnte mehrere Systeme bauen, um sicher zu gehen.

•Man sollte möglichst schnell politische und finanzielle Klarheit schaffen.





Wenn man mehr als 100 Jahre Zeit hat...

...kann man erst einmal einen Wettbewerb ausschreiben!




Unsere Situation heute

•Wir kennen nicht einmal alle großen erdnahen Objekte mit kurzen Umlaufzeiten.

•Wir haben kein Frühwarnsystem, entdecken gefährliche Objekte oft erst, wenn sie an uns - zum Glück - vorbei gerast sind.

•Wir sind auf eine Abwehr in keiner Weise vorbereitet und bräuchten mehrere Jahre, um verfügbare Technologie einsatzbereit zu machen.




Verfügbare Technologie im weitesten Sinne:

•Chemische Großraketen

•Nuklearwaffen

Technologien in Entwicklung:

•Hochleistungslaser

•Wiederverwendbare Transportsysteme in den erdnahen Orbit

•Elektrische Raketenantriebe

Unsere Situation heute




ZusammenfassungUnser blauer Planet ist schützenswert!

Dazu bedarf es:

•Der weiteren Erkundung erdnaher Asteroiden und Kometen

•Des Aufbaus eines Frühwarnsystems

•Der Entwicklung eines Abwehrsystems und seiner Stationierung im Weltraum

•Der Entwicklung leistungsfähiger, kostengünstiger, wiederverwendbarer Transportsysteme für erdnahe Orbits

•Der Entwicklung neuer schubstarker Antriebe für den Transport im Weltall

Wir können das aus Sicherheitsgründen nicht

anderen überlassen!

Europa kann und muss sich an dieser Aufgabe

beteiligen!




ZusammenfassungUnser blauer Planet ist schützenswert!

Europa kann und muss sich an dieser Aufgabe

beteiligen!

Eine technische Herausforderung, an der

wir uns am IRS bereits auf mehreren

Gebieten beteiligen!




Beiträge des IRS

Elektrische Raketenantriebe Raumtransportfahrzeuge

Interplanetare Missionen WiedereintrittstechnologieWiedereintrittstechnologie




ENDE

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