{"id":1337,"date":"2007-03-03T00:59:59","date_gmt":"2007-03-02T22:59:59","guid":{"rendered":"http:\/\/bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=1337"},"modified":"2009-06-15T14:53:57","modified_gmt":"2009-06-15T12:53:57","slug":"asteroidenabwehr","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2007\/03\/03\/asteroidenabwehr\/","title":{"rendered":"Asteroidenabwehr"},"content":{"rendered":"<p>Gestern habe ich mal die Szenarien ausgemalt die passieren wenn ein die Erdbahn kreuzender Planetoid auf ihr einschl&auml;gt. Ein K&ouml;rper mit 100 m Durchmesser reicht aus um eine Region zu verw&uuml;sten, ein K&ouml;rper mit 10 km Durchmesser k&ouml;nnte das Ende der Menschheit bedeuten. Heute will ich mich mal mit der Abwehr besch&auml;ftigen. Schaue ich mir einen Film an so ist das ganz einfach: Da schickt man eine Astronautengruppe hin, die bringt eine Wasserstoffbombe zur Explosion und das war&#8217;s&#8230;.<\/p>\n<p>Ja Pustekuchen. Die Druckwelle die auf der Erde so viel Zerst&ouml;rung anrichtet gibt es bei einem Planetoiden mangels Atmosph&auml;re nicht. Die Hitze und freigesetzte Energie verdampft einen Teil des Asteroiden und sprengt Teile ab, die den Kurs leicht &auml;ndern k&ouml;nnen. Doch zerst&ouml;ren kann man ihn nur, wenn man ein tiefes Loch bohrt und dort die Bombe z&uuml;ndet. Doch selbst wenn man das geschafft h&auml;tte, was hat man damit gewonnen? Der Planetoid w&auml;re in St&uuml;cke gesprengt. Die Bahnen sind nicht berechenbar und man hat danach vielleicht nur das Problem verschoben. Viel sinnvoller ist es die Bahn so zu ver&auml;ndern, dass er die Erde verfehlt.<!--more--><\/p>\n<p>Was ich nun mache ist eine extreme Vereinfachung. Wenn ich die Geschwindigkeit eines Planetoiden &auml;ndere, so &auml;ndere ich auch die Bahn. Das hei&szlig;t der sonnen&auml;chste und sonnenfernste Punkt verschiebt sich oder ich drehe die Bahn im Raum. Das kann man aber vernachl&auml;ssigen wenn es wie hier um kleine &Auml;nderungen geht, dann kann man linear rechnen, als bewege sich der Planetoid auf einer Geraden.<\/p>\n<p>Zuerst einmal muss man ein paar Eckdaten festlegen:<\/p>\n<ul>\n<li>Gr&ouml;&szlig;e und Masse des Planetoiden: Annahme: Der Planetoid ist kugelf&ouml;rmig, 1 km Durchmesser mit einer Dichte von 1.9 (das entspricht Gestein, ohne gr&ouml;&szlig;ere Hohlr&auml;ume). So hat er eine Masse von rund 1 Billion kg (1000 Milliarden kg).<\/li>\n<li>Geschwindigkeit relativ zur Erde: 15 km\/s (ein durchschnittlicher Wert).<\/li>\n<li>Zeit die wir zur Geschwindigkeits&auml;nderung haben: 10 Jahre (je mehr desto besser, doch neigt die Menschheit auch bei Katastrophen (siehe Klimawandel) nicht in l&auml;ngeren Zeitr&auml;umen zu denken. Politiker denken prinzipiell nur in 4-5 Jahren Zeitr&auml;umen (allerh&ouml;chstens)<\/li>\n<li>Ablenkung: um 15000 km (Erddurchmesser 13000 km + etwas Luft nach oben\/unten).<\/li>\n<\/ul>\n<p>Frage 1: Welche Energie brauche ich ?<\/p>\n<p>Nun ich habe zwei M&ouml;glichkeiten Zum einen kann die Geschwindigkeit des Planetoiden soweit abbremsen, dass die Erde auf ihrer Bahn weitergezogen ist. Die Erde bewegt sich im Durchschnitt mit 29.8 km\/s. Man m&uuml;sste also die Ankunftszeit um 15000\/29.8 = 504 Sekunden verz&ouml;gern.<\/p>\n<p>Das zweite ist den Planetoiden abzulenken, indem man ihn quer zur Bahn beschleunigt. Nach S= 1\/2 a*t? br&auml;uchte man f&uuml;r 15000 km und 10 Jahre eine Beschleunigung von 3.02x 10<sup>-10<\/sup> m\/s. L&ouml;sung Nr.1 l&auml;uft im Prinzip auch auf eine Streckenberechnung heraus, allerdings ist die Strecke kleiner. Denn der Asteroid bewegt sich mit 15 km\/s, die Erde aber mit nahezu 30 km\/s. F&uuml;r jeden Asteroiden der eine Geschwindigkeit relativ zur Erde kleiner als 30 km\/s hat ist L&ouml;sung 1 g&uuml;nstiger. Man kommt dann mit 1.501 x 10<sup>-10<\/sup> m\/s Dauerbeschleunigung aus.<\/p>\n<p>Multipliziert man dies mit der Masse des Planetoiden von 1&#215;10<sup>12<\/sup> kg so kommt man auf 151 N als Dauerbeschleunigung. Das ist recht wenig. Ein typischer Satellitenantrieb produziert 400 N Schub. Allerdings muss man ihn &uuml;ber 10 Jahre aufrecht erhalten. Mit <a href=\"raktreib1.shtml\">chemischen Treibstoffen<\/a> br&auml;uchte man dann ungeheure Mengen. Bei dem heute verwendeten Treibstoffen etwa 16 Millionen kg. Das ist also nicht praktikabel.<\/p>\n<p><a href=\"elektrische-antriebe.shtml\">Elektrische Antriebe<\/a> sind hier erheblich besser. Heute sind diese vor allem optimiert auf geringe Kosten, weshalb man sehr hohe Spannungen zum Beschleunigen vermeidet. Doch verf&uuml;gbar sind Antriebe die Ausstr&ouml;mgeschwindigkeiten von 200 km\/s durch Hintereinanderschalten von Beschleunigungsstrecken schaffen. Dadurch kann man die Treibstoffmenge drastisch reduzieren. Doch 240 t Treibstoff br&auml;uchte man immer noch. Mehr noch man br&auml;uchte eine Energiequelle welche den Strom f&uuml;r den Antrieb liefert. Eine Berechnung ergibt einen Strombedarf von etwa 22 MW und das ist ein Problem. Solarzellen leisten heute etwa 200-250 W\/m? beim Start, da die Leistung abnimmt im Laufe der Zeit und ein Planetoid auch von der Sonne weiter entfernt kann man in Durchschnitt nur mit 100 W\/m? rechnen. Bei 2 kg\/m? (ein guter Wert f&uuml;r gro&szlig;e Solarpanels) braucht man so eine fl&auml;che von 220.000 m? und die Panels wiegen 440.000 kg. Dazu kommen noch die Triebwerke, Strukturen und die Tanks f&uuml;r den Treibstoff. Weiteren Treibstoff braucht man um &uuml;berhaupt den Planetoiden zu erreichen. So kommen sicherlich insgesamt 800 t zusammen.<\/p>\n<p>800 t &#8211; das ist nicht viel. Die USA planen eine neue Mondrakete, genannt <a href=\"cev.shtml\">ARES V<\/a> mit einer Nutzlast von 100-150 t. 6-8fl&uuml;ge dieser Rakete w&uuml;rden daf&uuml;r ausreichen. Selbst wenn man nur die derzeit verf&uuml;gbaren Tr&auml;gersysteme nimmt, dann stehen mit der Ariane 5, Proton, Delta IV Heavy 3 Systeme zur Verf&uuml;gung die zusammen in 2-3 Jahren diese Nutzlast transportieren k&ouml;nnen. 800 t ist nur etwa doppelt so viel wie die Raumstation ISS wiegt. Allerdings ist das &auml;u&szlig;erst knapp kalkuliert. In der Praxis wird man nat&uuml;rlich eine gr&ouml;&szlig;ere Sicherheitsdistanz haben wollen. Das Objekt (99942) Apophis wird am 13.4.2029 die Erde in 30000 km Entfernung passieren. Er wiegt 7.9 x 1010 kg und hat einen Durchmesser von 250-390 m. Ein Einschlag w&uuml;rde eine Energie von 1480 MT TNT freisetzen (das entspricht der Sprengkraft von 500 Interkontinentalraketen des US Typs Minuteman II). Das ist also eine nicht zu vernachl&auml;ssigbare Gefahr. Trotzdem reagiert man nicht drauf. 30000 km reichen also aus. Das verdoppelt in etwa die Anforderungen (doppelte Distanz = doppelter Schub = doppelt so viel Treibstoff = doppelt so hoher Strombedarf). Man m&uuml;sste dann 1600 t Material transportieren. Die Technologie existiert auch daf&uuml;r. (Ein Kernreaktor w&auml;re sicher bei diesem Bedarf im MW Bereich besser, doch bislang hat man keinen Weltraumtauglichen Reaktor entwickelt. russische Reaktoren liegen im kW Bereich und sind deutlich schwerer als Solarzellen).<\/p>\n<p>Wir k&ouml;nnten uns heute also vor einem 1 km gro&szlig;en Brocken sch&uuml;tzen. Gegen einen 10 km Brocken, der 1000 mal mehr wiegt ist dies nicht m&ouml;glich. Denn dazu m&uuml;sste man auch 1000 mal mehr Material transportieren. Das w&auml;ren dann 800.000-1.600.000 t, oder 8000-16000 Fl&uuml;ge einer 100 t Rakete.<\/p>\n<p>Noch eine zweite M&ouml;glichkeit wird oft erw&auml;hnt. Das &uuml;berziehen des Asteroiden mit einer reflektierenden Oberfl&auml;che. Die Grundidee dahinter ist, dass das Licht (nicht die freigesetzten Partikel) der Sonne einen Druck aus&uuml;ben. Dieser ist jedoch sehr gering. Bei v&ouml;lliger Reflektion des Lichts (wie z.B. bei einem Spiegel) sind dies 9 N\/km?. Schon alleine darin sieht man, dass diese M&ouml;glichkeit bei dem 1 km Asteroiden nicht in Frage kommt. Er hat eine der Sonne zugewandte Fl&auml;che von deutlich kleiner als 1 km? und selbst wenn es 1 km? w&auml;re, dann betr&auml;gt der Schub nur 9 N, wir brauchen aber 151 N. Diese Methode ist nur praktikabel wenn man deutlich mehr Zeit zur Verf&uuml;gung hat (in unserem Beispiel mindestens 20 mal so viel) oder der K&ouml;rper deutlich kleiner als 50-60 m ist.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Gestern habe ich mal die Szenarien ausgemalt die passieren wenn ein die Erdbahn kreuzender Planetoid auf ihr einschl&auml;gt. Ein K&ouml;rper mit 100 m Durchmesser reicht aus um eine Region zu verw&uuml;sten, ein K&ouml;rper mit 10 km Durchmesser k&ouml;nnte das Ende der Menschheit bedeuten. Heute will ich mich mal mit der Abwehr besch&auml;ftigen. 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