Астероидная опасность: суть и состояние проблемы (стр. 4 )

В Украине, кроме того, имеется группа высококвалифицированных специалистов по изучению астероидов (НИИ астрономии Харьковского национального ун-та им ), которая в течение более 30 лет ведет программу регулярных наблюдений АСЗ (ПЗС-фотометрия и поляриметрия) с целью изучения их физических свойств и обнаружения двойственности среди них. Харьковская группа хорошо известна в мире и ведет активное сотрудничество в изучении астероидов со специалистами США, Франции, Италии, Чехии, Польши, России и др. стран. Кроме того, в Киеве и в Харькове имеются признанные специалисты по изучению физических характеристик комет и метеорного вещества. Этого не так уж мало для того, чтобы иметь собственную Украинскую программу изучения объектов, сближающихся с Землей.

7. ТЕХНИЧЕСКАЯ СТОРОНА ПРОБЛЕМЫ. ВОЗМОЖНОСТЬ ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ АСТЕРОИДНО-КОМЕТНОЙ ОПАСНОСТИ

В отличие от других природных катастроф (землетрясений, извержений вулканов, наводнений и др.) падение крупных тел на Землю можно заранее предвычислить (если знать их орбиты) и, следовательно, предпринять необходимые меры. Человечество на нынешнем этапе развития цивилизации уже может защитить себя от угрозы столкновения с кометами и астероидами. Этот тезис убедительно прозвучал на Международной конференции "Проблемы защиты Земли от столкновения с опасными космическими объектами" в г. Снежинске, Челябинской обл. (Россия) еще в сентябре 1994 г. Конференция была организована Российским Федеральным Ядерным Центром и Российским Государственным Ракетным Центром при поддержке Фонда фундаментальных исследований РАН. В ее работе приняли участие около 200 ученых из разных стран, среди которых был "отец" американской водородной бомбы престарелый Эдвард Теллер, известные американские ученые - специалисты по исследованию астероидов Т. Герельс, Д. Моррисон и другие. Так вот, Э. Теллер на конференции заявил, что "защита от астероидов более проста, чем от землетрясений, цунами и вулканов", и настойчиво рекомендовал начать проведение экспериментов по изучению последствий ядерных взрывов с целью разрушения или изменения орбит приближающихся к Земле опасных астероидов и комет.

Техническая часть проблемы астероидно-кометной опасности - предотвращение возможного столкновения - представляется намного более сложной и дорогостоящей по сравнению с научной. Глобальная система защиты Земли должна включать в себя средства обнаружения объектов, сближающихся с Землей (ОСЗ), определения орбит ОСЗ и слежения за ними, систему принятия решений по организации противодействия в случае реальной угрозы столкновения, а также средства воздействия на ОСЗ и соответствующие ракетно-космические комплексы для их оперативной доставки. Современный уровень развития науки и технологии позволяет разработать систему защиты Земли от столкновений с астероидами и кометами [6], хотя для реального создания ее необходимы новые исследования и испытания, включая проведение экспериментов в космосе.

Табл. 1, заимствованная из книги [7], дает представление о способах воздействия на космические тела, находящиеся на орбите столкновения с Землей (более подробно см. упомянутый источник).

Таблица 1. Способы воздействия на объекты, сближающиеся с Землей

Тип воздействия	Длительность Воздействия	Тип средств	Средства
Отклонение ОСЗ от траектории столкновения	Кратковременное (ударное, импульсное)	Неядерные	Кинетическая энергия КА, ДБТ или ОСЗ
Ядерные	ВТВ, ПТВ
Долговременное	Пассивные	Солнечный парус, фокусирующее зеркало, изменение альбедо
Активные	ДМТ на ОСЗ, СВЧ-излучение, лазеры
Разрушение объекта	Кратковременное (ударное)	Неядерные	Кинетическая энергия КА, поток высоко скоро-стных частиц
Ядерные	ВТВ, ПТВ, ГТВ

Примечание: OCЗ - объекты, сближающиеся с Землей; ВТВ, ПТВ, ГТВ - высотный, поверхностный, глубинный термоядерный взрыв; КА - космический аппарат; ДБТ, ДМТ - двигатель большой, малой тяги.

Таким образом, существуют различные технические решения задачи воздействия на опасный космический объект, которые можно разделить на два типа: это разрушение объекта или изменение его траектории. Последнее может быть осуществлено путем сообщения астероиду дополнительной скорости системой ядерных взрывов на его поверхности или двигателями реактивной тяги космического аппарата, путем направленного сброса вещества с его поверхности, уменьшением массы АСЗ испарением его вещества с помощью лазера или фокусирующего зеркала, рассеяния пылевого облака на пути движения астероида, использования солнечного паруса, окраски части поверхности астероида с целью изменения его альбедо и получения дополнительного импульса и др. В 2005 г. астронавты НАСА Edward Lu и Stanley Love предложили так называемый «гравитационный тягач» (рис.7) для увода с орбиты (в случае необходимости) наиболее опасного сейчас АСЗ Апофис. Их статья опубликована в журнале “Nature”, соответствующие оценки показывают, что для отклонения Апофиса, который имеет диаметр ~300 м, необходим однотонный буксировщик, который в течение одного месяца переведет этот объект на безопасную траекторию. Сейчас о гравитационном тягаче много говорят и пишут, как о дешевом, эффективном и безопасном способе противодействия возможному столкновению.

Вопрос о применении ядерных зарядов для изменения орбиты или уничтожения опасного объекта имеет политические, экологические и моральные аспекты. Ядерная технология, безусловно, не экологичная, однако ее применение вблизи Земли может стать неизбежным в случае очень малого времени упреждения. В мартовском 2007 г. докладе НАСА Конгрессу США говорится, что ядерные технологии, т. е., взрывы, на 1-2 порядка более эффективны, чем неядерные альтернативы. Неядерные кинетические ударники могут быть использованы для отклонения или смягчения последствий в случае небольших в размерах объектов. Неядерные технологии медленного действия (“slow push”) являются более дорогими и требуют большого запаса времени (много лет и даже десятилетий). К этим технологиям относится:

ü  фокусировка большим зеркалом солнечной энергии на участок поверхности объекта и выпаривание вещества его поверхности;

ü  пролет КА вблизи объекта и выпаривание вещества с помощью лазера;

ü  посадка аппарата на поверхность, выброс части вещества путем взрывов;

ü  гравитационный тягач;

ü  непосредственная буксировка объекта;

ü  изменение альбедо астероида и использование эффекта Ярковского для изменения орбиты объекта.

Кроме того, 30-80% потенциально опасных объектов находятся на траекториях, которые непосредственно недоступны наземным космическим средствам, поэтому надо использовать разгон (ускорение) КА гравитационным полем планет, на что тоже требуется время. Реально основными средствами предотвращения столкновения являются баллистический удар (толчок), ядерный взрыв и гравитационный тягач. Последний даже малой массы (~1 т) должен быть эффективным для объектов вплоть до 200 м. Он хорош тем, что не требует предварительной миссии к астероиду с целью детального исследования физических и минералогических свойств. Кинетический импактор, использующий современный тяжелый КА будет эффективным для большинства субкилометровых тел. В этом случае будет использоваться комбинация передаваемого момента (импульса) и выброса вещества из кратера. Баллистический импактор (перехватчик) может быть простым, дешевым, быстрым, не требующим новых технологий, но надо знать внутреннюю структуру тела и его плотность, при этом, изменения орбиты будут слабо контролируемыми. Ядерные взрывы могут быть использованы либо для разогрева поверхности нейтронами (при дистанционном взрыве), либо для образования кратера (поверхностный взрыв). Если время упреждения малое, то ядерный взрыв может быть использован для разрушения объекта. Результирующий эффект таких взрывов тоже слабо контролируемый, поэтому использование ядерной энергии должно быть крайним средством.

Уровень развития технологии в настоящее время позволяет, в принципе, осуществить эти решения. Причем, чем раньше астрономы сообщат о возможном столкновении объекта с Землей, тем меньше надо будет затратить энергии и средств для его предотвращения. Выбор способа воздействия будет зависеть от времени до расчетного момента столкновения (времени упреждения), траектории объекта и его физических свойств. К последним следует относить прежде всего размер тела, форма, плотность и прочность вещества, определяемые типом астероида (силикатный, углистый, металлический). Сложность здесь состоит в том, что из обычных фотометрических данных на стадии обнаружения АСЗ размер его оценивается лишь с точностью до коэффициента 2÷2.5 (поскольку неизвестно альбедо), а это значит, что ошибка в определении массы может достигать одного порядка. Применение ИК и поляриметрических наблюдений дает существенно большую точность определения размера (порядка 10-20%). В случае необходимости посадки на поверхность объекта космического аппарата необходимо знать, кроме того, скорость и направление его вращения, а также ориентацию оси вращения в пространстве. Нужно знать также природу ОСЗ - это слабо консолидированное ядро потухшей кометы с прочностью порядка 100-1000 дин/см2, которое легко фрагментируется в атмосфере, или же, например, железо-никелевый астероид с прочностью порядка 1 мрд дин/см2. Все эти характеристики доступны для определения из наземных наблюдений, хотя крайне желательны и космические миссии типа "Галилео", "NEAR", "Клементина", “Rosetta” “Deep Impact”, “Stardust”. Таким образом, определение физических характеристик АСЗ является одной из важнейших задач после его обнаружения и определения орбиты. Это, в частности, особо подчеркивал на конференции в г. Снежинске в 1994 г. Э. Теллер.