Un tractor de gravedad es una nave espacial teórica que desviaría otro objeto en el espacio, típicamente un asteroide potencialmente peligroso que podría impactar la Tierra, sin entrar en contacto físico con ella, utilizando solo su campo gravitacional para transmitir el impulso requerido . [1] [2] La fuerza gravitacional de un vehículo espacial cercano, aunque pequeña, es capaz de alterar la trayectoria de un asteroide mucho más grande si el vehículo pasa suficiente tiempo cerca de él; todo lo que se requiere es que el vehículo impulse en una dirección consistente con respecto a la trayectoria del asteroide, y que ni el vehículo ni su masa de reacción expulsada entren en contacto directo con el asteroide. La nave tractora podría flotar cerca del objeto que se está desviando o orbitarlo, dirigiendo su escape perpendicular al plano de la órbita.
El concepto tiene dos ventajas clave: a saber, que esencialmente no es necesario saber de antemano nada sobre la composición mecánica y la estructura del asteroide; y que las cantidades relativamente pequeñas de fuerza utilizadas permiten una manipulación y determinación extremadamente precisas de la órbita del asteroide alrededor del Sol . Mientras que otros métodos de desviación requerirían la determinación del centro de masa exacto del asteroide, y podría ser necesario un esfuerzo considerable para detener su giro o rotación, al utilizar el método del tractor estas consideraciones son irrelevantes.
Surgen varias consideraciones sobre los medios para evitar una colisión devastadora con un objeto asteroidal, en caso de que se descubriera uno en una trayectoria que se determinara que provocaría un impacto en la Tierra en una fecha futura. Uno de los principales desafíos es cómo transmitir el impulso requerido (posiblemente bastante grande) a un asteroide de masa, composición y resistencia mecánica desconocidas, sin romperlo en fragmentos, algunos de los cuales podrían ser peligrosos para la Tierra si se dejan en un lugar. órbita de colisión. El tractor de gravedad resuelve este problema acelerando suavemente el objeto en su conjunto durante un período prolongado de tiempo, utilizando la propia masa de la nave espacial y el campo gravitacional asociado para ejercer la fuerza de desviación necesaria. Debido a la universalidad de la gravitación , que afecta a todas las masas por igual, el asteroide se aceleraría casi uniformemente en su conjunto, y sólo las fuerzas de marea (que deberían ser extremadamente pequeñas) causarían tensiones en su estructura interna.
Otra ventaja es que un transpondedor en la nave espacial, al monitorear continuamente la posición y la velocidad del sistema tractor/asteroide, podría permitir conocer con precisión la trayectoria posterior a la deflexión del asteroide, garantizando su colocación final en una órbita segura. [3]
Las limitaciones del concepto de tractor incluyen la configuración de escape. Con el diseño estacionario más eficiente (es decir, apuntar el escape directamente al objeto objetivo para obtener la máxima fuerza por unidad de combustible), la masa de reacción expulsada golpea el objetivo de frente, impartiendo una fuerza exactamente en la dirección opuesta a la atracción gravitacional. del tractor. [4] Por lo tanto, sería necesario utilizar el esquema del tractor en órbita que se describe a continuación, o diseñar el tractor suspendido de manera que su escape esté dirigido en un ligero ángulo lejos del objeto, mientras aún apunta "hacia abajo" lo suficiente como para mantener una posición estable. flotar. [5] Esto requiere un mayor empuje y, en consecuencia, un mayor consumo de combustible por cada cambio de metro por segundo en la velocidad del objetivo.
Se han planteado cuestiones sobre el efecto de la propulsión iónica sobre el polvo de los asteroides, lo que sugiere que tal vez sea necesario considerar medios alternativos para controlar la posición de mantenimiento del tractor de gravedad. En este sentido se han sugerido velas solares . [6]
Según Rusty Schweickart , el método del tractor gravitacional también es controvertido porque durante el proceso de cambio de la trayectoria de un asteroide, el punto de la Tierra en el que es más probable que impacte se desplaza lentamente entre diferentes países. Significa que la amenaza para todo el planeta se minimizaría a costa de la seguridad de algunos estados específicos. En opinión de Schweickart, elegir la forma en que se debe "arrastrar" el asteroide sería una decisión diplomática difícil. [7]
Si un OCT de tamaño aproximado de 100 m y masa de un millón de toneladas métricas amenazara con impactar la Tierra, y una corrección de velocidad de 1 centímetro por segundo sería adecuada para colocarlo en una órbita segura y estable, evitando la Tierra, entonces la corrección debía aplicarse en un plazo de diez años.
Con estos parámetros, el impulso requerido sería: V × M = 0,01 m/s × 10 9 kg = 10 7 Ns, de modo que la fuerza media del tractor sobre el asteroide durante 10 años (que es 3,156×10 8 segundos), sería debe ser de aproximadamente 0,032 newtons . Una nave espacial ion-eléctrica con un impulso específico de 10.000 Ns por kg, correspondiente a una velocidad del haz de iones de 10 kilómetros por segundo (unas 20 veces la obtenida con los mejores cohetes químicos), requeriría 1.000 kg de masa de reacción ( el xenón es actualmente favorecido) para proporcionar el impulso. La potencia cinética del haz de iones sería entonces de aproximadamente 158 vatios; la energía eléctrica de entrada al convertidor de potencia y al accionamiento iónico sería, por supuesto, sustancialmente mayor. La nave espacial necesitaría tener suficiente masa y permanecer lo suficientemente cerca del asteroide para que el componente de la fuerza gravitacional promedio sobre el asteroide en la dirección deseada igualara o excediera los 0,032 newtons requeridos. Suponiendo que la nave espacial esté flotando sobre el asteroide a una distancia de 200 m de su centro de masa, eso requeriría que tuviera una masa de aproximadamente 20 toneladas métricas, porque debido a la fuerza gravitacional tenemos
Considerando posibles posiciones estacionarias u órbitas del tractor alrededor del asteroide, tenga en cuenta que si dos objetos están gravitacionalmente unidos en una órbita mutua, entonces si uno recibe un impulso arbitrario que es menor que el necesario para liberarlo de la órbita alrededor del otro, debido a Las fuerzas gravitacionales entre ellos, el impulso alterarán el momento de ambos, considerados en conjunto como un sistema compuesto. Es decir, mientras el tractor permanezca en una órbita fija, cualquier fuerza de propulsión que se le aplique será efectivamente transferida al asteroide en el que orbita. Esto permite una amplia variedad de órbitas o estrategias de vuelo estacionario para el tractor. Una posibilidad obvia es que la nave espacial orbite el OCT con la normalidad a la órbita en la dirección de la fuerza deseada. El haz de iones se dirigiría entonces en la dirección opuesta, también perpendicular al plano de la órbita. Esto daría como resultado que el plano de la órbita se desplace un poco lejos del centro del asteroide, "remolcándolo", mientras que la velocidad orbital, normal al empuje, permanece constante. El período orbital sería de unas pocas horas, esencialmente independiente del tamaño, pero ligeramente dependiente de la densidad del cuerpo objetivo.
