Что можно сделать, чтобы спасти Землю от смертоносного астероида? Уральский ученый рассказал, когда в нас врежется большой астероид и что с этим делать Насколько опасно и возможно столкновение в Землей.
«Мы хотим изменить орбиту этого спутника, - говорит Патрик Мишель, старший научный сотрудник Национального центра научных исследований Франции и один из лидеров команды Aida, - поскольку орбитальная скорость спутника вокруг основного тела всего 19 сантиметров в секунду». Даже небольшие изменения можно будет измерить с Земли, добавляет он, изменив орбитальный период Didymoon на четыре минуты.
Важно также посмотреть, сработает ли взрывной элемент. «Все модели столкновений, которые мы прорабатываем, основаны на понимании физики столкновений, которая проверялась лишь в лабораторных масштабах на сантиметровых целях», говорит Мишель. Сработают ли эти модели на настоящих астероидах, пока не совсем понятно.
Джонсон добавляет, что эта технология является наиболее зрелой - люди уже продемонстрировали способность добраться до астероида, в частности, с миссией Dawn к Церере и миссией «Розетты» к комете 67P/Чурюмова — Герасименко.
Помимо подхода с боеголовкой, есть также гравитационный подход - просто разместить относительно массивный космический аппарат на орбите возле астероида и дать их взаимному гравитационному притяжению мягко направить объект на новый путь. Преимущество такого метода в том, что по сути нужно только доставить к месту назначения космический аппарат. Миссия NASA ARM может косвенно проверить эту идею; часть этого плана заключается в возвращении астероида в околоземное пространство.
Однако ключевым элементом таких методов будет время; потребуется добрых четыре года, чтобы собрать космическую миссию за пределы орбиты Земли, а космическому аппарату потребуется лишний год или два, чтобы добраться до нужного астероида. Если времени будет мало, придется пробовать что-нибудь еще.
Квичен Чжан, физик Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, считает, что нам помогут лазеры. Лазер не взорвет астероид, как какая-нибудь Звезда Смерти, но испарит небольшую часть его поверхности. Чжан вместе с коллегами работали с экспериментальным космологом Филиппом Любиным, чтобы представить набор орбитальных симуляций Астрономическому обществу Тихого океана.
Такой план может показаться неэффективным, но не забывайте, что если начать заранее и работать долго, можно изменить курс тела на многие тысячи километров. Чжан говорит, что преимуществом лазера является то, что большой лазер можно построить на земной орбите и не потребуется лететь к астероиду. Лазер мощностью в один гигаватт, работающий в течение месяца, может сдвинуть 80-метровый астероид - вроде тунгусского метеорита - на два земных радиуса (12 800 километров). Этого достаточно, чтобы избежать столкновения.
Другой вариант этой идеи - послать космический аппарат, оснащенный менее мощным лазером, но в этом случае ему придется добраться до астероида и следовать за ним относительно близко. Поскольку лазер будет меньше - в диапазоне 20 кВт - ему придется работать многие годы, хотя моделирование Чжана показывает, что спутник, преследующий астероид, может столкнуть его с курса за 15 лет.
Чжан говорит, что среди плюсов использования орбиты Земли то, что преследование астероида или кометы не так-то просто осуществить, как кажется, несмотря на то что мы уже это делали. «Розетта изначально должна была лететь к другой комете (46P), но задержка в запуске привела к тому, что первоначальная цель ушла с привлекательной позиции. Но если комета решит направиться к Земле, у нас не будет возможности сменить ее на вариант получше». Следить за астероидами несложно, но чтобы добраться до него, все равно нужно не меньше трех лет.
Джонсон, однако, отмечает одну из самых больших проблем, связанных с использованием лазера любого рода: никто еще не запускал километровый объект на орбиту, не говоря уж о лазере или о целом массиве таковых. «Есть много незрелых моментов в этом плане; непонятно даже, как надежно преобразовать солнечную энергию в лазерную, чтобы тот функционировал достаточно долго».
Есть еще «ядерный вариант». Если вы видели фильм «Армагеддон», такой вариант кажется вам простым, но на деле он намного сложнее, чем кажется. «Придется отправлять целую инфраструктуру», говорит Массимилиано Василе из Университета Страйтклайда. Он предлагает взорвать ядерную бомбу на некотором расстоянии от цели. Как и с лазером, план заключается в том, чтобы испарить часть поверхности, тем самым создав тягу и изменив орбиту астероида. «При подрыве вы получаете преимущество высокой эффективности использования энергии», говорит он.
В то время как лазеры и ядерные бомбы могут сработать, когда астероид находится ближе, даже в этих случаях важное значение будет иметь состав объекта, поскольку температура испарения будет отличаться от астероида к астероиду. Другой вопрос - летающий щебень. Многие астероиды могут быть просто собранием пород, которые слабенько держатся вместе. В случае с таким объектом боеголовка не подойдет. Гравитационный буксир будет лучше - он не зависит от состава астероида.
Любой из этих методов, впрочем, может столкнуться с последним препятствием: политикой. Договор по космосу 1967 года запрещает использование ядерного оружия и его испытания в космосе, а вывод гигаваттного лазера на орбиту может заставить некоторых людей нервничать.
Чжан отмечает, что если мощь орбитального лазера будет снижена до 0,7 гигаватта, он сместит астероид всего на 0,3 земного радиуса - около 1911 километров. «Небольшие астероиды, которые могут уничтожить город, намного более распространены, чем разрушители планет. Теперь представьте, что такой астероид на траектории, ведущей к Нью-Йорку. В зависимости от обстоятельств, попытка и частично неудачное отклонение астероида от Земли может сместить место падения на Лондон, например. Если будет хоть какой-нибудь риск ошибки, европейцы просто не дадут США отклонять астероид».
Таких препятствий вообще ожидают в последний момент. «В этих договорах есть лазейка», говорит Джонсон, говоря о договоре по космосу и договоре о полном запрете на ядерные испытания. Они не запрещают запуск баллистических ракет, которые движутся через космос и могут быть вооружены ядерным оружием. И в свете необходимости в защите планеты, критики могут и потерпеть.
Мишель также отмечает, что, в отличие от любого другого стихийного бедствия, конкретно этого мы можем избежать. «Естественный риск такого очень низок, по сравнению с цунами и тому подобному. Но в этом случае мы можем сделать хоть что-то».
Об этом на семинаре в ОАО «Российские космические системы» заявил директор Института космических исследований Российской академии наук академик Лев Зеленый.
По его словам, в 2029 году траектория движения астероида пройдет довольно близко от Земли, а на следующем цикле движения, в 2036 году, имеется ненулевая вероятность столкновения астероида с нашей планетой, передает официальный сайт «Роскосмоса».
«Повреждения, которые могут произойти в результате такого удара, в несколько раз больше тех разрушений, которые были вызваны падением Тунгусского метеорита», - говорит академик.
По мнению Зеленого, для того, чтобы предотвратить столкновение необходимо дальнейшее изучение астероида. В рамках такой задачи, как отметил ученый, в НПО имени Лавочкина разрабатывается космический аппарат для изучения Апофиса.
Если предположить, что столкновение произойдет, удар Апофиса массой 50 миллионов тонн и диаметром 230 метров приведет к взрыву мощностью 500 миллионов мегатонн, то есть примерно в 100 раз больше, чем во время падения Тунгусского метеорита.
БУДЬ В КУРСЕ
Апофис (Apophis, ранее 2004 MN4) - астероид, сближающийся с Землей, открытый в 2004 году в обсерватории Китт-Пик в Аризоне, собственное название получил 19 июля 2005. Назван в честь древнеегипетского бога Апопа (в древнегреческом произношении - Апофиса), огромного змея, разрушителя, который живет в темноте подземного мира и пытается уничтожить Солнце в течение его ночного перехода. Выбор такого названия не случаен, так как по традиции малые планеты называют именами греческих, римских и египетских богов. В результате сближения с Землей в 2029 году астероид Апофис изменит свою орбитальную классификацию, поэтому имя древнеегипетского бога, произнесенное на греческий манер, весьма символично. Существует версия и о том, что открывшие астероид ученые Tholen и Tucker назвали его в честь персонажа из сериала Звёздные врата «Апофиса».
Астрономы рассчитали вероятность столкновения и выяснили что вероятность столкновения в 2029 году – нулевая
Астероид Апофис (99942 Apophis), до недавних пор считался одним из наиболее опасных небесных тел в истории человечества. Однако все не так плохо, как кажется на первый взгляд.
С момента открытия астероида уже прошло более пяти лет. Тем не менее, Апофис до сих пор остается предметом оживленных дискуссий. Причина тому – ненулевая вероятность столкновения небесного тела с нашей планетой в 2029 году.
Спустя некоторое время сотрудниками организации Jet Propulsion Laboratory был проведен пересчет траектории движения небесного тела, который позволил пересмотреть уровень астероидной опасности Апофиса. Если раньше предполагалось, что вероятность столкновения объекта с Землей составляет 1:45000, то сейчас этот показатель снизился до 1:250000. Благодаря использованию двух телескопов (88-дюймовый и 90-дюймовый), специалистам Гавайского Университета (University of Hawaii) даже удалось определить расстояние, на которое Апофис приблизится к Земле в 2029 году – 28,9 тысяч километров.
Сейчас астрономы обеспокоены фактом возвращения Апофиса к нашей планете в 2036 году. Определить траекторию движения небесного тела за несколько десятков лет до возможного столкновения чрезвычайно сложно, поэтому приходится проводить расчеты с течением времени.
Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США анонсировало испытание технологии, которая поможет спасти Землю от столкновения со смертоносными астероидами. Очень хорошая идея, которая в будущем спасет все человечество, заявил корреспонденту Федерального агентства новостей научный обозреватель телеканала «Культура» Александр Галкин .
Необходимость
В пресс-релизе, выпущенном специалистами NASA, сообщается, что речь идет о новейшей системе планетарной обороны, которая, как предполагается, должна отклонять от Земли опасные космические объекты с помощью кинетического удара.
«DART будет первой миссией NASA, которая продемонстрирует так называемую технологию кинетического удара», - заявила офицер планетарной обороны в штаб-квартире NASA в Вашингтоне Линли Джонсон .
Сотрудники американского космического агентства намерены испытать свою систему на небольшом околоземном астероиде Дидим, который будет пролетать мимо Земли в октябре 2022 года и в 2024 году. Данные об отклонении траектории спутника будут получены и обработаны на Земле с тем, чтобы в будущем стало возможным отклонять траектории астероидов от нашей планеты
«Здесь речь идет о потенциальных убийцах всего человечества - достаточно больших астероидах, которые движутся в сторону Земли и могут на нее упасть. Система планетарной обороны нам необходима для того, чтобы избежать повторения сценария, когда 65 миллионов лет назад в районе полуострова Юкатан упал астероид диаметром в 10 километров. Он создал самый большой ударный кратер на поверхности Земли и вызвал катастрофические климатические изменения, которые уничтожили динозавров», - поясняет ситуацию Галкин.
Техническая сторона
По мнению собеседника ФАН, предложенная американским аэрокосмическим агентством технология, отвечает всем необходимым на сегодняшний день требованиям по безопасности.
«Дело в том, что очень большие астероиды не расколоть из-за их плотной и крепкой внутренней структуры. Вряд ли найдется заряд достаточной мощности, поэтому и предлагается технология кинетического удара, которая могла бы сдвинуть «космического скитальца» буквально на миллиметр, меняя его траекторию. Ведь если сдвинуть астероид на пару градусов в миллионах километров от Земли, то в результате разбегания разница у нашей планеты будет составлять уже 30-40 градусов и космическое тело пролетит мимо. В этом есть смысл. Ну, а если говорить о полном разрушении космического тела, то это будет возможно только с небольшими болидами», - утверждает Галкин.
Кроме того, российский эксперт напоминает, что ядерное оружие для этих целей пока тоже опасно использовать, так как современные аэрокосмические технологии не позволяют со стопроцентной вероятность обеспечить успешный запуск ракеты с ядерном боевым блоком.
«Отправлять в космос атомную бомбу страшно, потому что 100% гарантии безопасного запуска нет. Все равно есть небольшой процент того, что ракета не выйдет в космос, взорвется при старте или во время подъема. И если что-то подобное произойдет, то все мы понимаем, какими катастрофичными будут последствия для природы и человека. Кстати, в СССР разрабатывался подобный проект, но от него решили отказаться как раз по этой причине - опасно для самого человечества», - заключает научный обозреватель.
Напомним, ранее специалисты российской государственной корпорации Роскосмос заявляли, что трудятся над проектом по определению и обнаружению опасных астероидов и комет, которые двигаются навстречу Земле. Разработки ученых станут основой для будущей опытно-конструкторской работы, которая будет проходить конкурсный отбор совета РАН по космосу и госкорпорации. Однако данный проект пока не входит в состав Федеральной космической программы до 2025 года.
В ЦНИИмаш рассказали, что система отслеживания потенциальных угроз в околоземном пространстве будет отслеживать действующие космические аппараты и космический мусор. Она также будет предупреждать о возможных столкновениях на орбите. Эта же система будет вести наблюдение за астероидами и кометами.
Если Земля окажется на пути гигантского астероида, сможем ли мы спасти нашу планету? И как? Мы приводим мнение трех ученых о том, что мы реально можем сделать.
Земля постоянно бомбардируется из космоса. В большинстве случаев речь идет о пыли или маленьких камешках, которые сгорают в атмосфере прежде, чем достигнут поверхности Земли. Мы их замечаем в лучшем случае как красивые звезды, падающие с ночных небес. Но иногда появляется и кое-что покрупнее.
И что мы тогда делаем? Есть ли у нас какой-то план? На это очень хочет знать ответ наш читатель Силас Кристенсен (Silas Kristensen), и мы его хорошо понимаем.
«Что случится, если астероид возьмет курс на Землю? Что будут делать правительства, и как мы сможем остановить его? Есть ли у нас группа ученых под названием „Защитники Земли", в задачу которых входит спасти Землю, если она окажется в опасности?» — написал он в нашу рубрику «Задай вопрос».
Ответ на вопрос Силаса, касается, скажем так, многих, поэтому мы сразу же обратились к ученым, работающим в этой области, чтобы получить представление о том, насколько мы на самом деле подготовлены.
Поскольку сам вопрос состоит из нескольких более мелких вопросов, ответ в статье также разделен на несколько частей:
Сначала мы поймем, что случилось бы, если бы мы узнали, что какой-то астероид взял курс на Землю прямо сейчас.
Затем, мы выясним, что правительства и ученые чисто практически предпримут каждый в своих областях.
Наконец, мы посмотрим, какие варианты имеются у нас в запасе, если инцидент все-таки неизбежен.
Ответ на первый вопрос, к сожалению, гласит, что на сегодняшний день мы, вероятнее всего, не сможем предотвратить столкновение.
«Прямо сейчас, мы вообще ничего не смогли бы сделать», — сообщает заслуженный доцент кафедры физики в Институте имени Нильса Бора Мальте Ульсен (Malte Olsen).
«Проблема в том, что даже если мы обнаружим это, что же мы можем сделать? Чтобы построить ракету для такой миссии, нам понадобятся годы, а на сегодняшний день обычно мы не можем предсказать то, что вблизи Земли пройдет астероид, раньше, чем за несколько недель».
Скорость реакции и есть основная проблема на сегодня, так считает и Микаель Линден-Вёрнле (Michael Linden-Vørnle), астрофизик и ведущий консультант в Институте космических исследований DTU Space.
«Заблаговременное предупреждение — это ключевой момент. Если будет достаточно времени, то у нас будет шанс, у нас есть основные технологии, которых должно хватить для решения проблемы. Но это не имеет никакого значения, если мы просто не будем подготовлены», — говорит он.
К счастью, необходимая работа уже ведется, рассказала доктор астрономических наук Лине Друбе (Line Drube), которая изучает астероиды в Институте планетарных исследований в Берлине.
Она сама участвует в нескольких совместных международных проектах, которые направлены именно на разработку плана действий в случае приближения опасных астероидов, которые в среде ученых называются «Околоземные объекты» (Near Earth Objects — NEOs).
«Все началось с проекта NEOSHIELD 1, когда Еврокомиссия впервые заявила, что нам нужен план на случай угрозы столкновения с астероидами. Сейчас мы занимаемся продолжением проекта, программой NEOSHIELD 2. Наша группа состоит из ученых, инженеров и других экспертов, которые тщательно изучают и сопоставляют астероиды и ищут пути предотвращения столкновений», — рассказывает она.
Кроме того, параллельно и непрерывно идет совместная работа стран-членов ООН в рамках Консультативной группы по планированию космических миссий (Space Mission Planning Advisory Group — SMPAG). В ней датчанка Лине Друбе тоже принимает участие.
«Смысл в том, что ученые всего мира общими усилиями могут оценивать риски и давать рекомендации, которые отправляются дальше в ООН и на основании которых потом в итоге будет принято решение, что нужно делать», — рассказывает она.
Так что по факту у нас есть группа ученых «Защитники Земли», которую разыскивал наш читатель Силас Кристенсен, и она ведет работу по розыску, исследованию и наблюдению за астероидами, а также поиску путей решения проблемы, в случае, если они возьмут курс на нас.
Так как трудно определить траекторию астероида абсолютно точно, группа ученых работает над различными сценариями рисков и вариантов временных рамок, рассказала Лине Друбе.
«Мы пытаемся обозначить схему, когда и что мы будем делать. Если, например, до столкновения с астероидом осталось пять лет, какие методы мы используем в таком случае? Очень большая разница, когда есть информация, что он ударит в Землю через тридцать лет или же через пять лет. Если у нас есть тридцать лет, мы можем предпринять гораздо больше и спокойно найти хорошее решение, но если осталось всего пять лет, план должен быть готов тотчас же».
«Это послужит стимулом. За последние 10 лет люди стали осознавать, какую угрозу представляют собой астероиды. Поэтому я думаю, что мы сможем все создать, протестировать и спланировать действия, мы справимся».
Микаель Линден-Вёрнле также считает стратегию Белого дома позитивной мерой, хотя она по существу только представляет список проблем и задач, которые надо решить.
«Эта стратегия по сути очень общая, и теперь она должна быть дополнена конкретным планом действий и мер. Но как точка отсчета она служит признанием того, что нужно что-то предпринимать и что эта проблема должна восприниматься всерьез, а это, конечно, очень позитивно».
Международное сотрудничество направлено в особенности на обнаружение астероидов, которые могут приблизиться к Земле, рассказывает Микаель Линден-Вёрнле.
«Цель состоит в том, чтобы зафиксировать как минимум 90% астероидов, чьи размеры превышают 140 метров. Совсем большие довольно легко контролировать, ведь их просто легче увидеть, но те, что поменьше, очень трудно обнаружить», — говорит он.
Многие наверняка помнят фото и видео, снятые в России в 2013 году, когда 20-метровый астероид взорвался над городом Челябинском. Вспышка была видна на 100 километров вокруг, более 1 000 человек пострадали из-за взрывной волны.
«Он появился среди бела дня, когда небо, естественно, было светлым, а еще невероятно трудно заметить такой маленький объект, движущийся при этом со скоростью 66 000 километров в час. Его просто не могли зафиксировать», — объясняет Лине Друбе.
«Поэтому мы не можем рассчитывать на то, что предскажем появление абсолютно всех небольших, но все-таки потенциально смертельно опасных для нас угроз», — рассказывает Микаель Линден-Вёрнле.
«Что касается астероидов поменьше, часто нам ничего особенно и не остается, кроме как поднять голову и надеяться на лучшее», — говорит он.
«К счастью, ученые определили орбиты большей части самых крупных астероидов, называемых „global killers", потому что считается, что они могут причинить глобальный вред планете», — рассказывает Лине Драубе.
Но на случай, если все-таки вдруг сейчас с голубых небес нам начнет угрожать «убийца мира», у ученых в запасе уже разработан целый ряд различных анти-астероидных проектов.
И да, в их число входит также метод Брюса Уиллиса, предполагающий взрыв атомной бомбы на астероиде, как это было сделано в фильме «Армагеддон».
«Но это был бы, вероятно, самый крайний случай, ведь использование атомного оружия с политической точки зрения вообще очень сложный вопрос. Так что об этом речь могла зайти только в случае очень большого астероида, и только если бы оставалось очень мало времени до удара», — объясняет Лине Драубе.
Кроме того, этот вариант может породить больше проблем, чем решит, считает Мальте Ульсон.
«Если вы взорвете атомную бомбу на астероиде, это, весьма вероятно, закончится тем, что вместо крупного появятся 10 000 более мелких астероидов, которые постоянно будут представлять собой угрозу и чью траекторию будет еще сложнее вычислить. Так что это будет что-то вроде модифицированного самоубийства».
В общем и целом есть два подхода к проблеме, рассказывает Микаель Линден-Вёрнле:
«Вы можете либо уничтожить объект, либо изменить его траекторию».
На сегодняшний день есть следующие два предложения, которые представляются реальными, рассказывают трое нашиих ученых.
С большой скоростью запустить космический корабль прямо в астероид и тем самым сбить его с траектории, направленной на Землю. Этот метод был описан, например, в проекте НАСА Deep Impact и космическом проекте AIDA, состоящем из двух программ DART и AIM, совместной работе агентств ЕКА и НАСА. Проекту AIDA, однако, было отказано в дальнейшем финансировании, а ученые сейчас работают над похожим, но более дешевым вариантом миссии.
Запустить тяжелый космический корабль с большой массой и разместить его около астероида, чтобы тот в течение некоторого времени утаскивал астероид с его траектории за счет гравитационного воздействия. Но это может сработать только для небольших астероидов и если в запасе есть много времени. Этот проект НАСА называется еще «Гравитационный трактор».
Запустить ионную пушку рядом с астероидом, чтобы та обстреливала «булыжник» излучением и со временем заставила его изменить исходную траекторию. Этот проект ЕКА называется Ion Beam Shepherd и его, кроме того, возможно, будут использовать, чтобы двигать космический мусор.
Кроме того, Мальте Ульсон и Микаель Линден-Вёрнле упоминают также вариант, который основан на так называемом эффекте Жарковского. Лине Друбе, однако, не относит его к серьёзным решениям и называет «идиотским методом».
Тем не менее, он основан на следующем принципе.
Можно использовать так называемый эффект Жарковского, который в том числе исследовался и в рамках проекта НАСА OSIRIS Rex. Эффект возникает, когда вращающийся астероид нагревается на Солнце. Когда теплая сторона оказывается в тени, она испускает тепловое излучение, что срабатывает как двигатель и изменяет траекторию астероида. Если, например, покрасить одну сторону астероида в белый цвет, можно будет повлиять на траекторию, так как отражательная способность окрашенной стороны, а значит, и ее нагреваемость, изменится. Во всяком случае, в теории.
Но ни один из этих методов не относится к числу будничных дел, которыми мы сто раз занимались, говорит Микаель Линден-Вёрнле.
«В принципе, это может сработать, но теория и практика — это совсем разные вещи. Нам нужно построить системы устройств, протестировать их, а потом и запустить. Будет ли все это функционировать эффективно, окажется ли в нужном месте — будет ясно только когда наступит решающий день», — говорит он.
«В отличие от землетрясений, здесь и в самом деле реально что-то сделать»
«Хотя задача следить за летающими каменными глыбами всей Солнечной системы, а в один прекрасный день взлететь и изменить их траекторию или взорвать, может показаться невыполнимой, другой альтернативы у нас фактически нет», — рассказывает Лине Драубе.
Зато в отличие от других природных катастроф, вроде землетрясений, здесь и в самом деле реально что-то сделать, и это, считает она, нас кое к чему обязывает:
«Если однажды придет известие, что к нам летит астероид, я уверена, люди хотели бы знать, что у нас есть какой-то готовый план, который может всех спасти».
Так что Силас Кристенсен должен удовлетвориться в этот раз таким неоднозначным ответом. У нас нет еще готового плана, но мы, к счастью, уже работаем над ним.
Ученые и инженеры из США под руководством астрофизика Филипа Любина (Калифорнийский университет в Санта-Барбаре) на сайте arXiv.org препринт под названием «Направляемые энергетические миссии для планетарной защиты». В статье подробно описан проект, реализация которого позволит обезопасить Землю в ситуации вроде той, что показана в фильме «Армагеддон», то есть предотвратить столкновение нашей планеты с астероидом. Исследования по программе DE-STAR (Directed Energy System for Targeting of Asteroids and exploRation) выполняются при поддержке НАСА.
Альтернативными сценариями защиты Земли от астероидной угрозы являются: (1а) кинетический удар без прямого использования взрывчатого вещества (например, в результате столкновения двух астероидов), (1б) кинетический удар со взрывом (в частности, использование ядерного оружия), (2) изменение альбедо астероида (путем окрашивания его поверхности) или использование эффекта Ярковского , (3) отклонение астероида от первоначальной траектории ионным пучком, (4) подведение к астероиду устройства с двигательной установкой (например, жидкотопливной ракеты), (5) использование тяжелого аппарата-спутника, который будет вращаться вокруг астероида и постепенно корректировать его траекторию, (6) высадка на поверхность небесного тела робота, который начнет его разрушать и создавать небольшую реактивную силу, корректирующую траекторию небесного тела и (7) испарение поверхностного вещества астероида фокусирующимися солнечными лучами.
Земля постоянно сталкивается с астероидами. Большинство из них сгорает в атмосфере, небольшие осколки некоторых достигают поверхности планеты. Локальную катастрофу могут вызвать астероиды размером до километра, глобальную - диаметром от нескольких километров. По оценкам, астероиды первого типа падают на Землю раз в несколько десятков тысяч лет, второго - не чаще одного раза в несколько десятков миллионов лет. Наибольшую опасность для Земли представляют астероиды, относящиеся к группам Апполон (около шести тысяч небесных тел) и Атон (менее тысячи), пересекающие траекторию движения планеты с внешней (первые) и внутренней (вторые) стороны их орбиты.
Один из самых молодых, крупных и хорошо сохранившихся артефактов столкновения Земли с астероидом - Аризонский кратер (США). В диаметре он достигает 1,2 километра, в глубину - 170 метров. Кратер опоясывает обод высотой 45 метров, а в центре - холм высотой 240 метров. При падении метеорита высвободилось в восемь тысяч раз больше энергии, чем при взрыве атомной бомбы в Хиросиме. Столкновение произошло около 50 тысяч лет назад. Метеорит диаметром порядка 50 метров врезался в земную поверхность со скоростью примерно 13 километров в секунду. Если бы такой объект упал сегодня на любой город с многомиллионным населением, катастрофа (локальная) была бы неизбежна.
Любин предлагает решение, позволяющее избежать таких (локальных, но не глобальных) катастроф. На потенциально опасные объекты (ПОО), к которым относятся прежде всего астероиды, предполагается воздействовать излучением массива лазеров. В результате траектория полета небесного тела меняется, и столкновение не происходит. Используется механизм лазерной абляции - вещество удаляется с поверхности тела испарением или сублимацией за счет разогрева. Утекающая с небесного тела в одну сторону материя создает реактивную тягу, толкающую астероид в противоположном направлении.
Предлагаемый проект называется DE-STARLITE и представляет собой модификацию программы DE-STAR (Directed Energy System for Targeting of Asteroids and exploRation), поддерживаемой НАСА. В отличие от DE-STAR, подробно уже «Лентой.ру» в связи с разрабатываемой командой Любина концепцией миссии по отправке небольшой автоматической станции к альфе Центавра, DE-STARLITE предполагает использование гораздо менее мощных лазеров, действующих не с поверхности планеты или околоземной траектории, а в непосредственной близости от астероида (нескольких километрах и более).
В отличие от программы ARM, разрабатываемой НАСА для захвата астероида диаметром 5-10 метров и его доставки на окололунную орбиту, проект DE-STARLITE предназначен для небольшого отклонения небесного тела от своей первоначальной траектории.
Корабль DE-STARLITE доставит к астероиду массив лазеров системы DE-STAR-0 мощностью от ста киловатт (самой слабой из семейства DE-STAR). Разрабатываемая командой Любина система не выходит, по словам ее создателей, за рамки технических и конструкторских ограничений, накладываемых НАСА на (Asteroid Redirect Mission). Концептуально корабль устроен следующим образом. Спереди центральная часть аппарата образована фазированной антенной решеткой диаметром до 4,5 метра (примерно такой же диаметр корабля в сложенном состоянии). Сзади и по бокам - ионные двигатели, по сторонам - пара радиаторов (сверху и снизу) и фотоэлектрические батареи (справа и слева). В головной обтекатель ракеты-носителя панели и радиаторы устанавливаются в сложенном состоянии. Панели развертываются из передней части корабля, радиаторы - из задней.
В опубликованной работе рассматриваются солнечные панели американской компании Orbital ATK. Их аналог (предыдущего поколения) был установлен на марсианском посадочном модуле Phoenix . Диаметр панелей равен 15 метрам, мощность - по 50 киловатт. Коэффициент полезного действия - 35 процентов (и, по оценкам Любина, 50 процентов через пять лет). Лазерной фазированной антенной решетки достаточно для разогрева поверхности небесного тела до 2,7 тысячи градусов Цельсия и начала абляции. В минимальной версии (с диаметром решетки в один метр) система позволяет с расстояния десяти километров получить на астероиде лазерное пятно диаметром десять сантиметров.
Изображение: Q. Zhang
Увеличение размеров решетки (при сохранении расстояния между станцией и астероидом) потребует большего числа элементов и даст пятно большей площади. Всего в решетке диаметром два метра 19 элементов, каждый из которых развивает мощность до трех киловатт. Радиатор z-образной формы раскладывается в 18 сегментов площадью 4,8 квадратных метра каждый. Радиаторные панели будут вращаться вокруг своей оси и располагаться перпендикулярно к диску Солнца. Модульный характер системы DE-STAR-0 позволяет масштабировать корабль DE-STARLITE до необходимых мощностей и размеров. В частности, пара солнечных панелей диаметром 30 метров способна развивать мощность до мегаватта. Возможные ограничения связаны с дороговизной массива лазеров и пусковых услуг.
На низкую околоземную орбиту (от 160 до двух тысяч километров от поверхности планеты) Atlas V 551 способен доставлять 18,5 тонны (13,2 тысячи долларов за килограмм), SLS Block 1 - 70 тонн (18,7 тысячи долларов за килограмм), Falcon Heavy - 53 тонны (1,9 тысячи долларов за килограмм) и Delta IV Heavy - 28,8 тонны (13 тысяч долларов за килограмм). Диаметр головного обтекателя у ракет - стандартный (пять метров или немного больше), кроме сверхтяжелой и самой дорогой из перечисленных SLS Block 1, у которой он равен 8,4 метра. В базовой конфигурации размеры (4,6 на 12,9 метров в сложенном состоянии) и масса корабля DE-STARLITE подходят под эти параметры.
Корабль DE-STARLITE предполагается запускать при помощи стандартной ракеты-носителя, работающей на жидком топливе, а транспортировку к ПОО осуществлять посредством ионных двигателей, которые также будут задействованы в маневрировании станции вблизи небесного тела. Ученые и инженеры отмечают, что возможности американских и европейских ракет Atlas V 551, Ariane V и Delta IV Heavy, а также строящихся Falcon Heavy и SLS (Space Launch System), позволяют запустить миссию уже сегодня. Российские тяжелые ракеты «Протон-М» и «Ангара-А5» Любин в своей работе не рассматривал. Исследователи оценили стоимость американских пусковых услуг для вывода на орбиту корабля DE-STARLITE.
На направленное разрушение и отклонение траектории астероида типа (99942) Апофис (в диаметре достигающего 325 метров) на расстояние двух земных радиусов может уйти 15 лет при мощности лазерной системы DE-STARLITE в сто киловатт (с коэффициентом полезного действия 35 процентов). Чтобы добиться того же за пять лет, потребуется мощность в 870 киловатт. Впервые обнаруженный в 2003 году ПОО испугал ученых: расчеты показывали высокую вероятность того, что в в 2036 году он столкнется с Землей. Современные данные снизили эту вероятность в сотни тысяч раз.
Предложенный Любином метод работает в случае своевременного обнаружения ПОО, что пока крайне редко (особенно при наблюдении наземными средствами). Ежегодно НАСА около 1,5 тысячи околоземных объектов. В настоящее время агентство концентрирует свои усилия на поиске более мелких астероидов диаметром менее 90 метров. В НАСА полагают, что удалось обнаружить примерно 90 процентов небесных тел размерами более 90 метров в поперечнике. Большинство новых околоземных объектов выявляется менее чем за 15 дней до их сближения с Землей. Столкновение крупного астероида с планетой - лишь вопрос времени. Скорее всего, практическую задачу избавления от этой угрозы придется решать следующим поколениям землян. Однако уже сейчас разумно прекратить игру в рулетку и начать принимать какие-то меры для ликвидации астероидно-кометной опасности.