小惑星の捕獲

従来の化学ロケットは厚い大気環境ではうまく機能しますが、電気推進は化学推進よりも推進効率が高いです。たとえば、イオン推進器の効率は 90 パーセント^{[ 6 ]}ですが、化学推進の効率は約 35 パーセントです。^{[ 7 ]}宇宙では、大気抵抗はありません。小惑星に推進剤を運ぶのは高価であるため、重い小惑星を運ぶには、電気エンジンや小惑星自身の物質を反応質量として使用するエンジンなど、非常に効率的なエンジンが必要です。^{[ 8 ]}

NASAの小惑星軌道変更ミッションに基づくと、衛星はより大きな小惑星から岩石をつかみ、あらかじめ決められた軌道に戻る。カナダアーム2は、宇宙で使用される高度なロボットアームの一例であり、このようなミッションに役立つ可能性がある。現在、カナダアーム2は国際宇宙ステーションへの貨物宇宙船のドッキングを支援するだけでなく、ステーションのメンテナンスも行っている。^{[ 9 ]}ロボットアームの進歩は、小惑星表面で精密なサンプル収集を行うための人工小惑星捕獲に役立つ。

月のフライバイは小惑星を捕獲するためにも使用できます。^{[ 10 ]} 小惑星の軌道は、月フライバイの前後でヤコビ定数が異なります。軌道のヤコビ定数が特定の値に達すると、小惑星は捕獲されます。フライバイ前のヤコビ定数が異なる場合の捕獲領域は数値的に表すことができ、これらの捕獲領域を使用して、小惑星が月フライバイで捕獲できるかどうかを判断できます。これは最終的に天体暦モデルによって検証されます。^{[ 10 ]}

小惑星捕獲ミッションは、地球近傍天体に対する惑星防衛に関して多くの分野で大きな進歩をもたらす可能性がある。^{[ 11 ]}

1. アンカーリング：捕獲ミッションにより、より信頼性の高いアンカーリング能力の開発が可能になり、宇宙船が小惑星にしっかりと固定されるようになり、地球近傍天体（NEO）の軌道変更のための選択肢が増える。
2. 構造特性評価：捕獲ミッションは、エンジニアの構造特性評価能力の向上に役立ちます。最も成熟した地球近傍天体（NEO）軌道変更技術の一つは運動エネルギー衝撃によるものですが、NEOの状態や構造に関する知識が不足しているため、その有効性は非常に予測困難です。NEOの表面物質と構造をより深く理解できれば、運動エネルギー衝撃を用いてより確実に軌道を変更できるようになります。
3. 塵の環境：科学者たちは地球近傍小惑星（NEO）の塵の環境に関する知識を深め、塵の浮遊や沈降を引き起こす力についてより深く理解できるようになるでしょう。この知識は、重力牽引装置や従来型のロケットエンジンなど、NEOの軌道変更方法の設計に役立ちます。

小惑星採掘は、小惑星を捕獲する主な理由の一つです。比較的資源の乏しいLLコンドライト小惑星には、鉄が20%含まれており、水、鉱物、酸素などの揮発性物質も相当量含まれています。これらの資源を地球に持ち帰ることは可能ですが、輸送コストが高く、地球上に資源が豊富にあるため、近い将来、小惑星回収の主な目的は宇宙空間での即時利用となるでしょう。^{[ 12 ]} 小惑星採掘は、地球からこれらの資源を送るよりも安価になると予想されています。NASAの試算によると、従来の化学推進方式では、1キログラムの質量を高月軌道に運ぶのに10万ドルかかります。つまり、500トンを運ぶには200億ドルかかることになりますが、同じ量の物質を高月軌道に運ぶ小惑星捕獲ミッションは、理想的には26億ドルで済むでしょう。^{[ 11 ]}

人工小惑星捕獲ミッションは、宇宙の他の目的地へのさらなる探査に役立つ可能性のある技術を科学者が開発するのに役立つ可能性がある。^{[ 13 ]}

1. 軌道と航法。小惑星のような巨大な物体を操縦する経験から、科学者は様々な天体の重力場における航行方法に関する知識を得ることができる。人工小惑星捕獲ミッションは、今後の宇宙探査に必要な大量の資源を輸送する能力の向上にも役立つ。
2. 試料採取および封じ込め技術。人工小惑星捕獲ミッションでは、小惑星からの試料採取が必要となります。これは、試料採取および封じ込め技術の開発に役立ち、あらゆる種類の宇宙探査ミッションに有用となるでしょう。
3. ドッキング機能。宇宙探査をさらに進めるには、宇宙船、居住施設、貨物モジュールなどを搭載できる、より堅牢なドッキング機能が必要となる。小惑星捕獲ミッションは、エンジニアがこれらの機能を向上させるのに役立つだろう。

科学者が捕獲した小惑星から採取した水、酸素、金属などの資源を効率的に利用する方法を見つけることができれば、これらの小惑星は人間の居住地となる可能性も秘めている。小惑星の豊富な質量は、放射線遮蔽特性により居住地にとって貴重なものとなる。小惑星から掘り出された金属やその他の材料は、居住地の建設に利用できる。小惑星が十分に大きければ、ある程度の重力も提供できる可能性があり、これは人間の居住地にとって好ましい。^{[ 12 ]}

国際委員会は、小惑星の回収と収集された物質の研究をすべて監督し、回収された物質のバランスの取れた公平な分配を提供することができます。高額な宇宙国家計画を持たない国でも研究を行うことができます。^{[ 11 ]}

NASAが提案した小惑星軌道変更ミッションの目標は、ロボット宇宙船を地球近傍の大型小惑星に送り込み、その表面から数トンの岩塊を採取することであった。^{[ 14 ]}宇宙飛行士は岩塊のサンプルを採取して地球に持ち帰り、さらに科学的な研究を行い、最終的にそれを月の周回軌道に転向させて地球に衝突しないようにする予定であった。^{[ 15 ]}このミッションはロボット宇宙船と有人宇宙船の運用を統合したものであり、成功すればNASAの火星探査に必要な重要な能力を実証することになる。^{[ 15 ]}しかし、ホワイトハウス宇宙政策指令1号により、開発コストの増加に対応するため、2017年12月11日にこのミッションは中止された。^{[ 15 ]}このミッションのために開発された技術、例えば太陽光発電推進、小型地球近傍小惑星の検出と特性評価、深宇宙の大型非協力物体を捕獲する能力などは、将来のミッションで使用される予定である。^{[ 15 ]}

• 提案されたプローブ
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  ロボットアームの先端に取り付けられた小惑星グリッパーは、大型小惑星から6メートルの岩塊をつかんで固定するために使用される。
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  小惑星探査機が、小惑星の表面から岩石を捕獲した後、小惑星から離脱する様子を描いた画像。
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  「オプションA」とは、直径8メートル（26フィート）までの自由飛行する小惑星を捕獲できるほど大きなコンテナを配備するというものだった。