Реальность фантастики: астероидные поля

Как известно в реальном космосе такой вот красоты:

Не бывает. Причина проста — разность орбитальных скоростей. Для простоты рассмотрим круговое движение:

Vкруг = корень(G*M/R)

Где G — гравитационная постоянная, M — масса тела вокруг которого вращаемся, R — радиус орбиты. Летим дальше от планеты-звезды — наша скорость меньше. Ближе — больше. Да, меняется и длинна окружности по которой нам летать, но найдя угловую скорость, поделив обе части уравнения на R обнаружим что она тоже меняется:

Wкруг = корень(G*M/R^3)

И так, если мы насыпем камней как на картинке выше то без учета их собственной гравитации они разлетятся вдоль орбиты. За счет той же разности скоростей будут периодически встречаться. Очень редко. С учетом гравитации есть варианты от образования двойных-тройных астероидов до слипания их всех в планетоид.

Вы только что прочитали почему не бывает астероидных полей в «дикой» системе, по которой не летают корованы ракет. Вот только космическая фантастика чаще пишет про освоенные системы. В которых астероидное поле вполне может быть создано искусственно и не успеть распасться за историческое время. На сколько это реально?

Первый случай. Околоземная орбита, высота 630 км, что соответствует радиусу 7000 км. Круговая скорость 7760 метров в секунду. Круговая скорость спутника стоящего выше нас на километр... 7759.5 м/с. Разница в 0.5 м/с! Другое дело что даже с такой скоростью за сутки располземся на 43 км.

Второй случай. Орбита Земли вокруг Солнца. 150 млн километров, круговая скорость 29 км/с. У камня летящего на 1 километр выше скорость будет ниже всего на... 0.1 мм/с. За год верхний камень отстанет от нижнего на 3 км. Уже может существовать достаточно компактная, в сотни километров длинной, «колбаса» шириной в несколько километров, существующая порядка века.

Размещение «колбасы» прямо на орбите Земли означает что рано или поздно она упадет на Землю ибо орбиты не совпадают идеально с земной, да и Земля тянет к себе на любом расстоянии, хоть и слабо. Но есть две замечательные точки где кластеры камней и орбитальных станций могут тусить потенциально-бесконечно. Троянские точки Лагранжа — 4я и 5я. В случае достаточно большой разницы масс образующих их тел троянские точки устойчивы — у нее появляется нечто вроде силы притяжения, мешающий объектам покинуть окрестности точки. «Скорость убегания» мала — первые десятки метров в секунду. Но ее достаточно, как мы видели выше.

Троянские точки хватают астероиды и в реальности. Пока что найдены в основном троянцы Марса и Юпитера. Но это не значит что их нет у Земли, просто обнаружение астероида — не такое уж простое дело:

 Зеленым кружком отмечен троянский астероид Земли

Естественные скопления троянских астероидов мало походит на космооперные рои — на то они и естественные. Большинство астероидов имеет большое наклонение к плоскости эклиптики и при попадании в троянскую точки сохраняет это наклонение. В результате астероиды троянских точек весьма амплитудно болтается «вверх» и «вниз»:

Но на то они и естественные. Искусственно нам ни кто не мешает выправить наклонение на удобное. остается вопрос зачем это делать.

Для удобства, очевидно. Размеры одиночной космической колонии так или иначе ограничены прочностью материалов. Так что рано или поздно придется строить вторую, третью и четвертую. И хотелось бы строить их в шаговой доступности друг от друга, если только у нас по фантдопу нет возможности производить все, то-есть вообще все, необходимое силами автофабрики с одним контроллером. А строить колонии проще всего из тех самых астероидов. Разумеется не тупо надувая «грязный снежок» или копая в нем тоннели, а добывая на нем металл и пластик для нормальных стенок. В случае космического строительства даже строительный мусор пойдет в радиационный щит, так что есть смысл тащить весь камень.

Эксперимент по перенаправлению астероида даже успешно проведен. Помимо кинетического импакта разрабатываются методы буксировки.

Скопление астероидов в точке Лагранжа тоже, скорее всего, не будет таким тесным как на картинке выше. Но десятки-сотни километров между ближайшими камнями или колониями вполне достижимы.