воскресенье, 15 мая 2016 г.

Средства для спасения Земли от смертоносных астероидов

Представьте себе, что однажды обсерватории мира все как один подтвердят: к Земле приближается астероид, столкновение неизбежно. Космические нации должны договориться, как его остановить. Каменные глыбы, летящие через космос, могут нанести катастрофические повреждения нашей планете. Что произойдет дальше, зависит от того, сколько времени на раздумья нам оставляет астероид. Ни один из вариантов не будет простым, возможно, потребуется применение ядерного оружия. Что мы будем делать, когда такой день наступит?


Большие астероиды падают редко. Последним из таких, что вызвал суровые повреждения для жизни, был Тунгусский метеорит в 1908 году. Считается, что это был метеорит, который взорвался в 10 километрах над удаленной сибирской областью.

Такого рода падение происходит раз в несколько столетий. Но Сибирь далеко; даже сегодня ее население мало и разбросано по огромной территории. Если бы этот же объект прибыл на четыре-пять часов позднее, он упал бы на Санкт-Петербург и произвел взрыв, который эквивалентен мегатонному ядерному взрыву.


Уменьшенную версию этого кошмарного сценария мы имели честь наблюдать совсем недавно. В 2013 году Челябинский метеорит, который развалился на высоте 30 километров, выбил стекла и поранил 1400 человек в российском городе. Взрыв, который он вызвал, был эквивалентен 500 килотоннам — порядка 30 бомб, сброшенных на Хиросиму, — но произошел достаточно высоко, чтобы все обошлось. Такие падения происходят довольно часто, три раза в год в среднем. Большинство из них происходят над океаном или в удаленных местах, поэтому их не замечают. И все же волнующий нас вопрос будет «не случится ли такое падение вообще и когда оно случится?».

Государства относятся к этому вопросу очень серьезно и предпринимают первые шаги по предупреждению опасного падения. В январе NASA сформировало отдел по координации планетарной защиты (Planetary Defense Coordination Office), который станет координационным центром по наблюдению за астероидами и работе с другими космическими агентствами над тем, как нужно действовать в случае возможного столкновения крупных космических камней с Землей.

На текущий момент PDCO тратит большую часть своих усилий на обнаружение, координацию различных программ наблюдения, говорит Линдли Джонсон, офицер планетарной обороны NASA. Потому что нельзя бороться с космическими камнями, если не знать, где они. «Мы пытаемся найти все, что может стать угрозой в ближайшие годы и даже десятилетия, заранее», говорит он. Как только обнаруживается опасный астероид, начинается работа над планами по остановке конкретно этого объекта.

Простейший метод включает своего рода планетарный бильярд, использующий космический зонд, который направит тяжелый объект (или сам зонд) для столкновения с объектом. Тогда астероид, как полагают, изменит свой курс и пролетит мимо Земли.

Совместная миссия Европейского космического агентства и NASA должна будет проверить такую технологию в следующие несколько лет: называется она Asterod Impact and Deflection Assesment (Aida). Миссия состоит из двух космических аппаратов, один из которых называется Asteroid Impact Mission (Aim), который будет запущен в конце 2020 года, и второй, Double Asteroid Redirection Test (Dart), будет запущен в 2021 году.

В 2022 году они прибудут на двойной астероид 65803 Didymos, который летит с компаньоном Didymoon. Didymos в поперечнике 780 метров, а Didymoon – 170 метров. Младший обращается вокруг старшего каждые 11,9 часа, и находятся они близко друг от друга — всего в 1100 метрах. Аппарат Aim встретится с астероидом и изучит его состав. Как только прибудет Dart, он врежется в Didymoon, и Aim изучит последствия для орбиты младшего из камней. Задача миссии — выяснить, как можно перенаправить астероид так, чтобы не вывести его на опасную траекторию. С этого, собственно, стоит начинать планирование миссии.

Чтобы понимать перспективность такой миссии, знаменитый Аризонский кратер в американском штате Аризона был, вероятно, образован объектом в три раза меньше, чем Didymoon, и диаметр его 1,18 километра. Камень размером с Didymos, который попадает в Землю на скорости 125 метров в секунду, вызовет взрыв эквивалентом в две мегатонны; этого достаточно, чтобы уничтожить город. И это минимальная скорость. На своей максимальной скорости (порядка 186 метров в секунду) он выбросит четыре мегатонны энергии — это около четырех миллионов тонн в тротиловом эквиваленте.

«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».

2 комментария:

  1. Проблема безопасности от столкновений Земли с малыми телами Солнечной системы является в настоящее время весьма актуальной. На территории бывшего СССР в 1908 году произошло катастрофическое падение Тунгусского метеорита Взрыв комического тела на высоте 10 км осталось без особых последствий лля людей в виду безлюдной местности В 2013 году падение Челябинского метеорита, взорвавшегося на высоте 30 км привело даже к небольшим разрушениям в Челябинске. Ведомством NASA было сформирован центр по координации планетной защиты, который отслеживает опасные объекты и совместно сдругими подобными агентствами намечает мероприятия по осуществлению мер безопасности от них .
    (Planetary Defense Coordination Office)
    Намечаются специальные космические миссии по экспериментированию и отработке методов защиты. В настоящее время основным методом считается метод "биллиардных шаров", то-есть столкновения для смещения орбиты астероида в безопасную для Зесли зану, также намечаются к использованию ядерное оружие, мощные лазеры, создающие за счет испарения поверхности космического тела реактивную тягу, также гравитационная буксировка космического объекта.

    ОтветитьУдалить
  2. Пока что в этой области образовался своеобразный порочный круг, спускающий решение проблемы космической безопасности на тормозах при видимости активности и иллюзии пригодности едва ли не всех подходов к устранению опасности, способных, разве что, «успокоить лохторат». С одной стороны, креативные университетские «грантоеды» (имеются в виду, в основном, университеты США и Западной Европы, остальным, увы, не до этого...), не имеющие ни адекватных коллективов, ни достаточной собственной экспериментальной базы, спокойно себе генерируют безответственные идеи и сочиняют не менее безответсвенные статьи - для публикации ради самих публикаций. А, с другой стороны, те, кому «по долгу службы» и по меркам затрат и возможностей положено заниматься данной проблемой более серьёзно (в частности – сотрудники ведущих космическихе агенств), предпочитают пробавляться уже готовыми методами и результатами, чтобы так же спокойно «попилить бабло» на свою зарплату, «не прикладая рук» и не рискуя статусом и должностью. При этом специальные программы, которые бы обеспечили возможности для финансирования новых наиболее перспективных разаработок, продолжают, увы, отсутствовать. И пока что не нашлось ответственной организации и способной принимать решение личности/команды в ней, которая смогла бы организовать действительно глубокое, финансово и экспертно обеспеченное исследование обоснованных (хотя пока и находящихся в зачаточном состоянии) предложений по изменению орбит астероидов и комет. Популярный анализ ситуации уже публиковался мной по частям в ленте ФБ группы «Космос, Астрономия» в марте 2016 года – см. его также в ЖЖ:
    Part 1 - http://vladsergeev.livejournal.com/117859.html
    Part 2 - http://vladsergeev.livejournal.com/118221.html

    ОтветитьУдалить