AIDA & DART | Astronomie.de - Der Treffpunkt für Astronomie

AIDA & DART

P_E_T_E_R

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Noch nicht ganz in trockenen Tüchern, aber immerhin grünes Licht für eine vorläufige Konstruktionsstudie:

NASA plans to test asteroid deflection technique designed to prevent Earth impact

DART would use what is known as a kinetic impactor technique - striking the asteroid to shift its orbit. The impact would change the speed of a threatening asteroid by a small fraction of its total velocity, but by doing so well before the predicted impact, this small nudge will add up over time to a big shift of the asteroid's path away from Earth.

Der Plan ist, einen kleinen Asteroiden mit einem 300 kg schweren Modul anzustoßen und seine Bahn dadurch geringfügig zu verändern.

DART = "Double Asteroid Redirection Test" ist Teil von AIDA = "Asteroid Impact and Deflection Assessment", einem Gemeinschaftsprojekt von NASA, ESA, und verschiedenen nationalen Raumfahrtagenturen, darunter auch der deutschen DLR.

Als Zielobjekt für den Kollisionstest der NASA ist die kleinere Komponente "Didymoon" des doppelten Asteroiden 65803 Didymos vorgesehen. Dieser näherte sich der Erde im Jahr 2003 bereits bis auf einen Abstand von 7,2 Millionen Kilometern, und im Jahr 2123 werden es nur noch 5,9 Millionen Kilometer sein.

The impact of the 300 kg DART spacecraft at 6.25 km/s will produce a velocity change on the order of 0.4 mm/s, which leads to a significant change in the mutual orbit of these two objects, but only a minimal change in the heliocentric orbit of the System.


 

P_E_T_E_R

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Cash crunch for anti-Armageddon asteroid mission

Europe urged to reconsider pullout from 'Armageddon' asteroid mission

Europe's contribution, to send a small craft close to the action to measure the crash and its impact, suffered a setback when space ministers rejected a 250-million-euro ($300-million) funding request last December.

The project was called AIM, for Asteroid Impact Mission.

At the meeting in the Latvian capital, European scientists proposed an altered, slightly cheaper alternative for AIM. The new price tag? About 210 million euros, said Patrick Michel, the science lead for the European part of the project.

And of course there will be a delay.

European Space Agency boss Jan Woerner told AFP "we will go forward with a new proposal" for the next ministerial meeting in 2019.




 

P_E_T_E_R

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Art meets Science ...

109723


Image Credit: This work has been released into the public domain by its author, Raph_PH. This applies worldwide.
 

ThN

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Noch ein Nachtrag von Alexander Stirn, freier Wissenschaftsjournalist:

Hera: zugesagt 160 Mio. €, es fehlen 130 Mio €, Start 2024
Quelle: Alexander Stirn on Twitter

Das restliche Geld muss dann wohl auf der nächsten Ministerkonferenz 2021 eingesammelt werdn, oder? Ist schon ein hartes Brot, die Projektentwicklung... Da kann ich ein Wörtchen mitreden (Immobilienprojekte).

Thomas
 

MiMeDo

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Noch ein Nachtrag von Alexander Stirn, freier Wissenschaftsjournalist:

Hera: zugesagt 160 Mio. €, es fehlen 130 Mio €, Start 2024
Quelle: Alexander Stirn on Twitter

Das restliche Geld muss dann wohl auf der nächsten Ministerkonferenz 2021 eingesammelt werdn, oder?
Der Alexander Stirn ist ein notorischer Pessimist. Heute habe ich seine Tweets mal wieder hervorgeholt, und wusste ziemlich schnell warum ich ihn schon vor langem stummgeschaltet hatte.

Man bedenke, die nächste Ministerkonferenz ist 2022, d.h. das Geld von heute ist für die nächsten drei Jahre. Danach gibt's neues. Das Projekt müsste also schon klappen.

Dasselbe gilt für die robotische Mondmission. Da war vor zwei Jahren von 250 Mio. € die Rede, aber bis einschliesslich 2025. Es gibt jetzt 150 Mio, bis 2022. Kann also bis 2025 300Mio. werden. Kein Grund zur Klage.

Gruss
Thorsten
 
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ThN

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> Man bedenke, die nächste Ministerkonferenz ist 2022, d.h.
> das Geld von heute ist für die nächsten drei Jahre. Danach
> gibt's neues. Das Projekt müsste also schon klappen.

OK, also eine Finanzierung in Bauabschnitten. Und wenn sie gute Arbeit machen (Review board), gibts neues Geld. Macht Sinn. Das Wörtchen "fehlen" hörte sich so negativ an so in der Art "Man lässt die Jungs am ausgestreckten Arm verhungern". Und wo du es sagst, einige Kommentare vom Stirn kamen mir auch negativ und ein bisschen zynisch vor. Aber soll sich jeder selbst seinen Eindruck machen. Ich werde ihn in meiner Timeline noch lassen.

Im übrigen: Ich finde in Deutschland geht man in letzter Zeit so negativ an Aufgaben und große Projekte ran. Eher Problem- als Lösungs-orientiert. Und immer mit so'nem Schuss Zynismus und Häme und fehlender Sachlichkeit. Mit fehlerhaften, lückenhaften und auf Thesen hin zusammengeklaubten Daten.

Aber ich will mich jetzt nicht in Rage schreiben sondern lieber mal Schlafen gehen. ;)

Thomas ("I'm too old for that sh*t!")
 

P_E_T_E_R

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Zeit für ein Update: die Vorbereitung von DART, dem wesentlichen Beitrag der NASA zu diesem ersten ernsthaften Versuch, einen kleinen Asteroiden mit einem Flugkörper anzustoßen, um dessen Bahn - wenn auch nur geringfügig - zu verändern, hat jedenfalls gute Fortschritte gemacht, so dass der vorgesehene Start in gut einem Jahr am 22. Juli 2021 jedenfalls nominell realistisch erscheint. Da das Zielobjekt Didymos oder genauer dessen Mond nur hin und wieder der Erde nahe kommt, ist man da auch ziemlich festgelegt.

NASA's DART Mission to try to redirect an asteroid

After launching in July 2021, it will reach its target in September 22nd, when the binary asteroid is within 11 million km of Earth. And to get there, it'll rely on a powerful ion engine called NASA's Evolutionary Xenon Thruster - Commercial (NEXT-C).

NEXT-C is getting ready for the mission with a series of tests, both performance and environmental. The thruster was put through vibration, thermal vacuum and performance tests. It was also subjected to simulated spaceflight conditions: the extreme vibration during launch, and the extreme cold of space.

NEXT-C is a powerful engine. It's nothing like a rocket, which requires a massive amount of thrust to lift something away from Earth's gravity. But in terms of ion drives, it's a very powerful unit. It's about three times more powerful than the NSTAR ion drives on NASA's DAWN and Deep Space One spacecraft. NEXT can produce 6.9 kW thrust power and 236 mN thrust. The engine has produced the highest total impulse of any ion engine: 17 MN·s.

The impact is expected to change Didymos B's orbital velocity by about a half millimeter per second. That will change its rotation period by a large enough amount that Earth-based telescopes will detect it. It will also leave a crater in the surface, about 20 m wide.

Though DART will be destroyed when it impacts, the ESA is planning a follow-up mission. It's called Hera, and it's scheduled to launch in 2024, and to arrive in 2027. Hera will investigate not only the effect of DART's impact, but will carry a suite of instruments to learn more about binary asteroids, and the interior of the asteroid.


Eine Sonde der ESA mit dem Namen Hera soll den Effekt der NASA-Aktion einige Jahre später vor Ort untersuchen. Die genauen Details und die Ausstattung dieser Mission sind aber noch nicht festgelegt.

The baseline payload of Hera is still in flux, and it includes a camera, a miniaturized lidar and two 6U CubeSats dedicated to asteroid characterisation. Hera will be launched on an Ariane 6 in 2024.
 
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ThN

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Spannender Artikel von Michael Khan, Bahnanalytiker bei der ESOC in Darmstadt:


Thomas
 

P_E_T_E_R

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Update zu DART - das Startfenster beginnt am 24. November:

The DART spacecraft launch window begins November 24, 2021. DART will launch aboard a SpaceX Falcon 9 rocket from Vandenberg Air Force Base, California. After separation from the launch vehicle and over a year of cruise it will intercept Didymos’ moonlet in late September 2022, when the Didymos system is within 11 million kilometers of Earth, enabling observations by ground-based telescopes and planetary radar to measure the change in momentum imparted to the moonlet.

Der Asteroid Didymos hat einen kleineren Begleiter, den der DART-Flugkörper anstoßen soll, um eine mögliche Technik zur Bahnablenkung von Asteroiden zu testen.

The DART spacecraft will achieve the kinetic impact deflection by deliberately crashing itself into the moonlet at a speed of approximately 6.6 km/s, with the aid of an onboard camera (named DRACO) and sophisticated autonomous navigation software. The collision will change the speed of the moonlet in its orbit around the main body by a fraction of one percent, but this will change the orbital period of the moonlet by several minutes - enough to be observed and measured using telescopes on Earth.

Tja, und was ist mit HERA, dem Beitrag der ESA zu diesem "Gemeinschaftsprojekt"? Leider nur ein Trauerspiel:

Hera will launch five years after DART to orbit and study the crater on the asteroid.
 
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P_E_T_E_R

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Nochmal zum bevorstehenden Double Asteroid Redirection Test (DART) am Asteroiden Didymos bzw. seinem Mond "Didymoon":

Wie stark man so einen Asteroiden anstoßen darf, ohne ihn dabei zu zertrümmern, hängt wohl auch sehr davon ab, aus welcher Sorte von Gestein er zusammengesetzt ist. Wenn man den Asteroiden bei einem starken Anstoß zertrümmert, dann würde das im Ernstfall einer bevorstehenden Kollision mit der Erde wenig ausrichten, weil die Fragmente dann im wesentlichen auf dem alten Kurs weiterfliegen.

LIMITS ON ASTEROID KINETIC IMPACT DEFLECTION FROM HYPERVELOCITY CRATERING

Dabei wurden auf einer Gun Range in einem evakuierten Schacht ca. 2 bis 6 mm große Aluminiumkugeln mit 5 km/s auf verschiedene Meteoritenproben abgefeuert. Für jeden Schuss wurde dann das Massenverhältnis M_L/M_T des größten Fragments zur Gesamtmasse bestimmt und als Funktion der spezifischen kinetischen Energie pro Masse Q in J/kg aufgetragen. Dabei stellte sich heraus, dass kohlige Chronditen mit einem Kohlenstoffanteil von bis zu 3% erheblich weniger robust sind als gewöhnliche Chondrite. Konkret wurden dafür Meteoritenfunde aus Nordwestafrika untersucht: NWA 4502 und NWA 869.

Wenn man ein Massenverhältnis von M_L/M_T für das größte Fragment oberhalb von 0,5 noch für akzeptabel betrachtet, dann beträgt die maximale spezifische Energie nur ca. 200 J/kg für NWA 4502, gegenüber mehr als 2000 J/kg für NWA 869. Es kommt also ganz wesentlich auf die Kohärenz des Materials an.

Was natürlich praktische Konsequenzen für die Dosierung solcher Anstoßmanöver hätte:

The New York Times: Deflecting an Asteroid Before it Hits Earth May Take Multiple Bumps
 

P_E_T_E_R

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Zur Erinnerung: Morgen um 7:20 MEZ ist der Start
Yep - also heute ...

phys.org

Wikipedia

DART Mission

Wie bereits beschrieben soll DART im späten September 2022 beim Asteroiden-Mond Dimorphos ankommen und diesen mit einer Geschwindigkeit von 6,6 km/s rammen. Das Ganze spielt sich unter Beobachtung eines CubeSat in einer Erdentfernung von 11 Millionen Kilometer ab, wenn der Asteroid auf seiner Bahn also relativ erdnah steht. Angetrieben wird die Sonde von einem Xenon- Ionentriebwerk, ähnlich dem, welches bei der Dawn-Mission zum Einsatz kam.

DART-Infographic.jpg

Credit: NASA/Johns Hopkins APL
 
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ThN

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@P_E_T_E_R
< Wie bereits beschrieben soll DART im späten September 2022 beim Asteroiden-Mond Dimorphos ankommen und diesen mit einer Geschwindigkeit von 6,6 km/s rammen.

Ein sehr raffiniertes Experiment, finde ich. Durch den Stoß mit der Sonde dürfte sich die Bahngeschwindigkeit des kleinen "Monds" nur sehr geringfügig ändern (Ich mach dazu gleich eine Überschlagsrechnung). Direkt wäre diese Änderung wahrscheinlich nur sehr, sehr schwierig zu messen. Allerdings ändert sich mit der Bahngeschwindigkeit auch die Umlaufzeit - zwar auch nur geringfügig, dies lässt sich über mehrere Umläufe wahrscheinlich viel genauer bestimmen.

Überschlagsrechnung: "Didymoon" soll einen Durchmesser von d = 170m haben. Daraus ergibt sich ein Volumen von V = (Pi/6)*170^3 m^3 =ca. 2,6 Millionen Kubikmeter. Nimmt man mal eine Dichte von 2,5 Tonnen / m^3 an ergibt sich eine Masse von M = 6,4 Millionen Tonnen.

Der Aufschlagskörper hat eine Masse von ca. 0,5 Tonnen und eine Annäherungsgeschwindigkeit von ca. 6km/s. Das entspricht einem Impuls von ca. 3 Tonnen*km/s. Wenn der Stoß elastisch wie bei Billardkugeln erfolgt ergibt sich für Didymoon dann ein Delta-v von (3 / 2.600.000) km/s = ca. 1 mm/s

Ein Millimeter pro Sekunde hört sich wenig an. Der Bahnradius von Didymoon um Didymos beträgt ca. 1,2 km, die Umlaufdauer etwa 12 Stunden. Ich komm dann auf eine Bahngeschwindigkeit von ca. 175 mm/s. Wenn ich mal ganz grob rechne müsste sich dann die Umlaufzeit um 12*1/175 Stunden =ca. 4 Minuten ändern. Das ist aber nur eine ganz grobe Abschätzung der Größenordnung.

Nicht berücksichtigt habe ich die Änderung der Umlaufbahn, die Stoßrichtung und die Art des Stoßes. Wenn z.B. viel Energie zur Verformung des Körpers und auf die Absprengung der Trümmer verwandt wird, dürfte der Effekt deutlich geringer ausfallen. Das genau (unter anderem) soll dann aber später die ESA-Sonde HERA untersuchen.

Thomas
 
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ThN

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Erst nach Abschluss meines letzten Posts gesehen:


> Nach dem Aufprall soll die rund zwölfstündige Umlaufbahn von Dimorphos um mindestens 73 Sekunden und möglicherweise bis zu zehn Minuten kürzer dauern.

Na, da lag ich doch gar nicht so falsch.

Thomas
 

Cpt.Boiler

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Ich vermute, man dürfte da eher von einem nicht-elastischen Stoss ausgehen. Ist alles sooo lange her, war es nicht so, dass aus den Formeln dann die halbe Geschwindigkeitsänderung resultiert, vgl. zum el. Stoss ??
Aber Spass macht das sicher, mal ein bisschen rumballern :) Und vielleicht bekommt man bei so einem Projekt auch Putin mit ins Boot. Wenn der schon Schroitt-Satelliten zerknallt, warum nicht auch anderes...
-cb
 

M_Hamilton

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Hallo,

bei dem Einschlag kann sogar ein größerer Impuls als der des Impaktors übertragen werden, da der Auswurf in die Rückrichtung Impuls wegträgt. D.h. Impulserhaltung gilt natürlich, aber nach dem Einschlag hat man die Impulsänderung von Dimorphos plus den Impuls des Auswurfs. Das wird durch eine "momentum transfer efficiency β" beschrieben. Es scheint eine der wesentlichen Aufgaben der Mission zu sein, β in diesem speziellen Beispiel zu bestimmen.

Siehe Abschnitt 3 hier:


Viele Grüße
Mark
 
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ThN

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Leider habe ich mich oben übrigens verrechnet :( Ich habe bei der Delta-v-Berechnung das Volumen (in m^3) eingetragen und nicht die Masse. Dann komm ich nur auf ein Delta von nur ca. 0,5 mm/s. In dem Artikel gehen sie andererseits nur von 4,8 Millionen Tonnen für die "secondary mass" aus (knapp 1,9 Tonnen pro Kubikmeter). Dann sind wir immerhin wieder bei 0,7 mm/s und die Umlaufdauer ändert sich um ca. 2,9 Minuten.

Aber ich möchte da jetzt nicht weiter dran rumrechnen. Ein dicker Knackpunkt sind sicherlich noch die geänderten Bahnparameter und die allein dadurch veränderte Umlaufzeit. Aber, wie gesagt, die Rechnung sollte nur die Größenordnungen etwa deutlich machen.

Thomas
 

P_E_T_E_R

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bei dem Einschlag kann sogar ein größerer Impuls als der des Impaktors übertragen werden, da der Auswurf in die Rückrichtung Impuls wegträgt. D.h. Impulserhaltung gilt natürlich, aber nach dem Einschlag hat man die Impulsänderung von Dimorphos plus den Impuls des Auswurfs. Das wird durch eine "momentum transfer efficiency β" beschrieben. Es scheint eine der wesentlichen Aufgaben der Mission zu sein, β in diesem speziellen Beispiel zu bestimmen.

Siehe Abschnitt 3 hier:

DART Mission Determination of Momentum Transfer: Model of Ejecta Plume Observations
Wow, da wird ja aus einer Banalität wie dem Auswurf von Material geradezu eine neue Wissenschaft, siehe dazu auch :

A.S. Rivkin et al.: The Double Asteroid Redirection Test (DART): Planetary Defense Investigations and Requirements

@ThN (Thomas)

zur Masse von Dimorphos: sollte sich doch aus den bekannten Abständen und Umlaufzeiten des Zweikörpersystems ergeben, siehe

Using Binary Stars to Determine Stellar Masses
 

M_Hamilton

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Hallo Thomas,

bei einer Bahngeschwindigkeit von 175 mm/s und einer Geschwindigkeitsänderung von 0,7 mm/s (0,4%) ändert sich nach


die große Halbachse von der ursprünglich angenommenen Kreisbahn aus um ca. 0,8% (d.h. die Exzentrizität ist dann ca. 0,008), ähnlich wie hier


und nach


ändert sich die Umlaufdauer um ca. 1,2%, d.h. bei 12 Stunden um ca. 8,6 Minuten. Daher kommt eventuell der Faktor ~ 3.

Viele Grüße
Mark
 
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P_E_T_E_R

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Wie viel vom Impuls der DART-Sonde auf den Asteroiden übertragen wird, hängt sehr von dessen Struktur ab: Maximaler Impulsübertrag wie beim Billard-Spiel würde bei elastischer Rückstreuung der Sonde an einem harten und glatten Körper stattfinden, aber das ist so gut wie ausgeschlossen. Sehr wahrscheinlich ist der Asteroid eher ein Schotterhaufen (rubble pile) aus lose zusammenhängendem Material, wovon ein Teil beim Aufprall unter Aufheizung komprimiert wird, ein anderer Teil wird aufgewirbelt und zurückgeschleudert. Alles in allem wird man effektiv eine Mischung von inelastischen und elastischen Stoßprozessen haben, wie es in den oben verlinkten Papieren mit dieser "momentum transfer efficiency β" beschrieben wird.

Sky & Telescope

If DART and Dimorphos were billiard balls of infinite strength and elasticity, the outcome of the impact would be easy to predict: the spacecraft would bounce off almost as fast as it hit, and the moon would slow by a tiny amount. But Didymos and Dimorphos are almost certainly rubble piles, which are not bouncy like billiard balls. They’re loosely agglomerated piles of gravel with a lot of empty space. What happens then?

On one hand, the lack of cohesion among the particles might allow the swift-flying spacecraft to penetrate deeply into the surface, compressing it instead of bouncing off. That would reduce the effectiveness of the collision.

On the other hand, the energy DART imparts will mobilize Dimorphos particles, launching them off of the super low-gravity asteroid moon. Each fragment will carry some of Dimorphos’ momentum with it. The slowing effect of flying ejecta is predicted to rival the slowing effect of the head-on impact.
 

M_Hamilton

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If DART and Dimorphos were billiard balls of infinite strength and elasticity, the outcome of the impact would be easy to predict: the spacecraft would bounce off almost as fast as it hit, and the moon would slow by a tiny amount. [...]

The slowing effect of flying ejecta is predicted to rival the slowing effect of the head-on impact.

DART soll den Mond übrigens von vorne auf seinem Orbit um Didymos treffen (s. Seite 5 im verlinkten Artikel arXiv:2007.15761 oben), deshalb bremsen der Einschlag und der Auswurf den Mond ab. Es gibt dann diesen paradoxen Effekt aus der Bahnmechanik: Durch die geringere Geschwindigkeit verringert sich auch die große Halbachse des Orbits und dadurch verringert sich die Umlaufdauer.

Viele Grüße
Mark
 

ThN

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@M_Hamilton Ich bin zunächst von der Annahme ausgegangen, dass der Stoß in Bewegungsrichtung erfolgt um den Körper zu beschleunigen (ähnlich wie Billardkugeln auf dem Spieltisch) um dadurch die Umlaufzeit zu verkürzen. "Paradoxerweise" ist es aber genau andersherum: Man muss den Körper abbremsen um ihn auf eine niedrigere, kürzere und schnellere Umlaufbahn zu bugsieren. Wenn ich mich richtig erinnere hat dieses kontra-intuitive Verhalten schon den ersten Astronauten bei Rendezvous-Manövern Kopfzerbrechen bereitet.

Edit: Oh - Habe deinen letzten Text gar nicht gesehen und quasi das gleiche nochmal geschrieben.

Thomas
 

M_Hamilton

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Hallo Thomas,

ja, ist mir auch erst heute Morgen aufgefallen, dass sich bei einem Impakt von vorne die Umlaufdauer verringert.

Viele Grüße
Mark
 

P_E_T_E_R

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DART soll den Mond übrigens von vorne auf seinem Orbit um Didymos treffen, deshalb bremsen der Einschlag und der Auswurf den Mond ab.
Wie ja in der Grafik in Post #15 gezeigt.
Es gibt dann diesen paradoxen Effekt aus der Bahnmechanik: Durch die geringere Geschwindigkeit verringert sich auch die große Halbachse des Orbits und dadurch verringert sich die Umlaufdauer.
Aus Keplers drittem Gesetz folgt aber

a = G (m + M) / v²

Mit abnehmender Bahngeschwindigkeit und gleichbleibender Masse, sollte sich die große Halbachse also nicht verringern, sondern vergrößern.

So hat z.B. Merkur eine Bahngeschwindigkeit von 48 km/s, die Erde hat 30 km/s, und Neptun ~5 km/s.
 
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MiMeDo

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Nein.
Dein v ist ja eine mittlere Bahngeschwindigkeit.
Durch den Impakt verringert sich die Bahngeschwindigkeit aber nur im Punkt des Impaktes.
Wenn z.B. die Bahn vorher kreisförmig war, dann ist dieser Punkt für die neue (jetzt leicht elliptische) Bahn das Apodidymosäum.
Eine halbe Runde später, im Perididymosäum, ist die Sonde aber dann schneller, und im Mittel letztlich auch.
Passt also schon.
Analog auch für nicht-kreisförmige Anfangsbahn.
Oder so... :cool:

Gruss
Thorsten
 
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