Земляне должны предотвратить угрозы, исходящие из вселенной
Ученые Старого и Нового Света на протяжении пяти лет - с момента обнаружения астрономами астероида Апофис - пытаются решить проблему обеспечения безопасности Земли и предотвращения глобальной катастрофы, которая может произойти в апреле 2036 года в результате столкновения космического странника с нашей планетой.
ОБНАРУЖЕНИЕ И УСТРАНЕНИЕ
«Прежде всего надо решить две важные проб-лемы, - считает заместитель директора Института прикладной математики им. М. В. Келдыша (ИПМ РАН), член-корреспондент Российской академии наук Эфраим Аким. - Первая из них - это своевременное обнаружение опасного для Земли астероида и вторая - устранение опасности соударения его с Землей».
Первая задача, по мнению известного ученого, решается с помощью регулярного использования наземных оптических инструментов - радиолокационных и радиотехнических измерений с применением больших наземных антенн. Две самые крупные находятся в Голдстоуне (США) и в поселке Молочный под Евпаторией (Украина). Украине удалось сохранить радиотехнический комплекс «Квант-Д» с большой дальностью связи и скоростью передачи информации, а также с высокоэффективной антенной П-2500 с диаметром зеркала 70 м. Этот комплекс был разработан еще в прошлом веке Российским научно-исследовательским институтом космического приборостроения.
Есть еще и третий радиотелескоп. Он находится на военной базе около села Галенки под Уссурийском. Диаметр зеркала антенны - 70 м, эффективная площадь зеркала - 2500 кв. м, масса поворотной части - 4,5 тыс. тонн. Этот элемент комплекса еще сравнивают с вращающимся вокруг своей оси 10-этажным домом.
Но в 90-е годы телескоп оказался никому не нужным, кроме мародеров. Охотники за цветными металлами привели в негодность этот секретный военный объект. Теперь его обещают восстановить и сделать даже лучше прежнего к 2014 году. Ввод в эксплуатацию большой антенны в Галенках поможет ученым более достоверно рассчитать орбиты астероидов.
Не менее важна и оперативность реагирования на вновь возникающие космические угрозы, ведь от момента обнаружения астероида до его опасного сближения с Землей проходит, как правило, всего несколько дней и даже часов. Заранее не рассчитав орбиту небесного тела, можно, что называется, «проспать» катастрофу.
Например, астероид 2009 DD45 выявили среди звезд 28 февраля 2009 года. Три дня спустя он приблизился к Земле на опасно близкое расстояние.
Астероид 2010 AL30 через два дня после обнаружения пролетел всего в 130 тыс. км, то есть ниже орбиты искусственных спутников Земли.
Астероид 2008 ТС3 сгорел в атмосфере Земли через 20 часов после того, как его заметили.
Бывали случаи, когда астрономы не видели в оптические средства наблюдения летящий к Земле космический объект. Так, 23 марта 1989 года 300-метровый астероид Асклепий пересек орбиту Земли в точке, где наша планета была всего лишь шесть часов назад. Если бы произошло столкновение, сила взрыва составила бы несколько тысяч мегатонн! Люди заранее не знали, на краю какой пропасти находились, так как астероид обнаружили, когда он уже удалялся...
ОПАСНЫЕ ОБЪЕКТЫ
Ну а что же делать с Апофисом? Не все ученые уверены, что сценарий развития событий, связанных с этим астероидом, пойдет по самому мрачному варианту. Дело в том, что расчеты его орбиты сейчас проводятся с большими допусками. Для более точного измерения траектории нам не обойтись без радиолокационных средств. Эфраим Аким утверждает, что эти средства позволяют повысить на два-три порядка точность предсказания движения астероида по сравнению с прогнозом, который составляют с помощью оптических средств. Однако и точностные характеристики радиолокации не позволяют достоверно рассчитать вероятность соударения с Землей конкретного астероида.
Ученый уверен, что решить этот кардинальный вопрос можно с использованием космической миссии Земли, то есть с помощью космического аппарата, совершающего перелет к астероиду и автоматически высаживающего на его поверхность приемоответчик для работы с большими наземными антеннами.
«Приемоответчик должен работать в течение нескольких лет. Измерение дальности порядка 20 метров и скорости 0,2 мм в секунду в запросном режиме с Земли с помощью больших антенн в Уссурийске и Евпатории позволило бы еще на три порядка увеличить точность орбиты астероида в сравнительно коротком интервале времени», - считает Эфраим Аким. В качестве примера он приводит данные о полете Апофиса. Астероид был открыт в 2004 году. Его сближение с Землей произойдет в 2013, 2021, 2029 и 2036 годах. При этом, по данным оптических средств наблюдения, американские ученые исключают вероятность столкновения астероида с Землей в трех первых случаях. «Вероятность столкновения увеличивается в 2036 году, - говорит Аким. - Но важно отметить, что ошибки в прогнозе сближения Апофиса с Землей составляют на самом деле несколько тысяч километров».
«Мы специально рассмотрели космическую миссию к Апофису, - продолжает Аким, - с использованием электроракетных двигателей с датой старта 22 апреля 2013 года и сближением космического аппарата и его посадкой на Апофис 18 марта 2014 года. Траекторные измерения Земли с помощью приемоответчика, высаженного на поверхность Апофиса, позволяют нам в сравнительно коротком интервале времени обеспечить точность прогноза движения астероида с точностью до 50 км. Сравните: 50 км и несколько тысяч километров», - предлагает ученый.
Действительно, есть что сравнивать. Если астероид массой 50 млн тонн и диаметром 320 м пересечет орбиту Луны и ринется к Земле со скоростью 45 000 км/ч, его соударение с нашей планетой высвободит энергию, соизмеримую с 65 тысячами хиросимских бомб. Этого с лихвой хватит, чтобы стереть с поверхности Земли небольшую страну или вызвать цунами высотой в несколько сотен метров.
Сегодня уже никто не сомневается в том, что Земля в прошлом не раз подвергалась космической «бомбардировке» и будет подвергаться в будущем.
«Проведенные совместно с Институтом вычислительной математики и математической геофизики Сибирского отделения РАН исследования позволили спрогнозировать ожидаемое число и частоты столк-новений с Землей опасных космических объектов», - говорит генеральный директор - генеральный конструктор Государственного ракетного центра имени академика В. П. Макеева, член-корреспондент Российской академии наук Владимир Дегтярь.
Анализ показывает, что статистическая вероятность падения на Землю опасных космических объектов (ОКО) размером более 300 м крайне мала, однако существует четкое понимание того, что угрожающий объект может быть обнаружен в любой момент.
Владимир Дегтярь считает, что мало своевременно обнаружить опасный для нашей планеты астероид, надо еще и вовремя устранить возможность его со-ударения с Землей. Российские ученые и конструкторы трудятся над решением этой проблемы около полутора десятков лет. Работа ведется с участием научных организаций Российской академии наук, Уральского и Сибирского отделений РАН. Проводятся инициативные научные исследования по созданию в ближайшие 10-15 лет национальной (глобальной) системы обеспечения астероидно-кометной безопасности, в том числе и ее ракетной составляющей.
«Мы исследуем энергетические и пространственно-временные возможности существующих и перспективных ракетных комплексов по выведению средств воздействия на опасные космические объекты, - говорит Дегтярь. - Нас интересуют энергомассовые характеристики и параметры схем применения энергетических модулей, способных противодействовать ОКО путем отклонения их траектории экологически безвредными способами или разрушения на фрагменты, сгорающие в атмосфере. Исследуется эффективность различных методов обеспечения астероидно-кометной безопасности».
Задача этой безопасности, по мнению ученого, может быть решена при следующих условиях: заблаговременное обнаружение и определение характеристики опасного космического объекта, высокоточная доставка к нему ударных модулей для увода или разрушения объекта, применение высокоточных космических аппаратов и ракет-носителей.
Сразу надо отметить, что речь идет только о безъ-ядерном ударном космическом аппарате. Ни одна страна в мире пока не готова изменить Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела, принятый на XXI сессии Генеральной Ассамблеи ООН 19 декабря 1966 года. В статье IV этого документа записано: «Государства - участники договора обязуются не выводить на орбиту вокруг Земли любые объекты с ядерным оружием или любыми другими видами оружия массового уничтожения, не устанавливать такое оружие на небесных телах и не размещать такое оружие в космическом пространстве каким-либо иным образом».
Люди Земли поставлены перед выбором: когда-нибудь пострадать от возможного удара какого-либо крупного небесного тела о Землю либо пойти по не менее опасному пути вывода в космическое пространство ядерного оружия.
К счастью, человечество едино в убеждении о недопустимости выведения ядерного оружия в космос, поэтому российские ученые и конструкторы ищут третий путь в обеспечении астероидно-кометной безопасности планеты - без использования ядерного оружия.
РЕШЕНИЯ ЕСТЬ
В принципе у нас имеются технические возможности для решения проблемы обеспечения астероидно-кометной безопасности. Процесс противодействия ОКО может быть разделен на три этапа: 1) регулярный поиск новых и мониторинг уже известных опасных для Земли объектов, 2) создание средств по наблюдению и активному противодействию опасным объектам, 3) создание надежных и точных средств противодействия.
На втором и третьем этапах генеральный директор Владимир Дегтярь предлагает использовать универсальный космический аппарат КАПКАН, который способен разрушить или изменить орбиту ОКО, а для исследования структуры и характеристик материала опасного астероида - космический аппарат-разведчик КАИССА.
Высокоточный самонаводящийся ударный КА включает в себя головку самонаведения, двигательную установку, аппаратуру стабилизации и ориентации. Он комплектуется из одного ударного и переменного числа отделяемых ударных модулей, каждый из которых оснащен двигательной установкой.
После обнаружения приближающегося к Земле астероида космический аппарат выводится на заданную траекторию. Его бортовые средства определяют параметры движения астероида и корректируют траекторию полета самого аппарата. От него отделяются ударные блоки-проникатели. Приборы фиксируют последствия удара по астероиду и передают эту информацию на Землю.
Проблема лишь в том, как доставить КАПКАН в нужное время в нужное место, ведь с уменьшением размера астероида требования к дальности его обнаружения и оперативности перехвата существенно возрастают. Предстартовая подготовка должна вестись не более двух суток, считает Дегтярь.
Задачу доставки КАПКАНа к астероиду можно решить в будущем, применив для этого разрабатываемые сейчас перспективные ракеты-носители: «Союз-2» - для доставки ударного КА к астероиду диаметром до 300 м и «Русь-М» - к астероиду диаметром от 600 до 700 м.
По оценкам ОАО «ГРЦ Макеева», затраты на создание в течение 10 лет космических аппаратов и их адаптацию к ракетно-космическим комплексам составят примерно 17 млрд рублей. Деньги, конечно, большие, но они не идут ни в какое сравнение с затратами, которые вынуждено будет понести население в ходе ликвидации последствий падения на Землю астероидов.
КОСМИЧЕСКИЕ ЭКСПЕДИЦИИ
В НПО им. С. А. Лавочкина рассчитали энергетические характеристики полета к астероиду в период с 2014 по 2021 год. Конструкторы предполагают выбрать для старта одну из наиболее «удобных» с точки зрения баллистики дат: 14 апреля 2014 года, 6 октября 2018-го, 5 мая 2020-го и 17 апреля 2021-го. После 2021 года лететь будет уже поздно...
Полет в одну сторону продлится - в зависимости от даты старта - соответственно 10, 18, 10 или 8 месяцев. По мере удаления от Земли скорость ракеты будет замедляться под действием силы земного тяготения. На высоте 1500 км составит не менее 10 км/с, а вот на высоте 100 тыс. км - уже только 3,5 км/с.
«Суммарная скорость не превысит 6 км/с, что характерно для полетов на Марс и Венеру, - поясняет заместитель генерального конструктора - руководитель ОКБ НПО им. С. А. Лавочкина Максим Мартынов.
С точки зрения баллистики полет к Апофису ничем не отличается от полетов к этим планетам, а также к спутнику Марса - Фобосу.
Для коллектива НПО аналогичная задача создания космического корабля для путешествия к Апофису не является фантастической и поэтому невыполнимой. С 1965 года оно занимается разработкой и созданием автоматических межпланетных станций для исследования Венеры и Марса. Посадочный аппарат станции «Венера-7» в 1970 году впервые в мире с поверхности этой загадочной планеты передал данные о температурном режиме, давлении, газовом составе атмосферы. Запущенные в мае 1971 года автоматические межпланетные станции «Марс-2» и «Марс-3» стали искусственными спутниками Красной планеты. А с помощью межпланетных станций «Вега-1» и «Вега-2», созданных в НПО, проводилось изучение кометы Галлея.
Этот опыт, а также научно-технический и материальный задел экспедиций, разрабатываемых в ФГУП «НПО им. С. А. Лавочкина» по проектам «Фобос-Грунт», «Луна-Глоб», «Луна-Ресурс», несомненно, пригодится для подготовки экспедиции к Апофису.
По замыслу конструкторов КА будет состоять из четырех основных модулей. В качестве маршевого двигателя ученые предлагают использовать разгонный блок «Фрегат», который уже более 10 лет обеспечивает орбитальные перелеты для выведения космических аппаратов на различные высокоэнергетические орбиты и межпланетные траектории.
Максим Мартынов представил следующую схему будущей уникальной экспедиции. Ракета-носитель «Союз» выводит КА на опорную орбиту на удалении от Земли примерно 200 км. Далее маршевая двигательная установка КА выводит его на траекторию полета к астероиду. После отделения маршевого двигателя КА продолжает пассивный полет, во время которого планируется провести три коррекции. Затем - торможение, выход на орбиту астероида, отделение радиомаяка и функционирование на этой орбите.
Стратегия сближения с астероидом основана на пошаговом выравнивании скоростей. За несколько суток полета до астероида он может быть обнаружен автономной навигационной системой КА. Производится грубое торможение, после него - пассивный полет. И так повторяется несколько раз. В итоге мы оказываемся на расстоянии 23 км от астероида практически с нулевой относительной скоростью. Производится конечное исследование астероида и далее - выход на его орбиту, рассказывает Мартынов.
«На наш взгляд, - продолжает Максим Мартынов, - наиболее прогнозируемый и надежный способ увода астероида от Земли - по методу гравитационного тягача. Мы сделали расчет для увода Апофиса. Согласно нашим расчетам космический аппарат зависает на расстоянии 250 м от поверхности астероида. Двигатели КА создают тягу 50 миллиньютонов (мН), которых хватит, чтобы в течение примерно 60 суток увести астероид в сторону от опасной траектории, которая ведет к резонансному возврату к Земле в 2036 году».
Директор Института космических исследований РАН академик Лев Зеленый, рассмотрев предложения конструкторов, заметил: «Для того чтобы бить врага, надо знать его в лицо. Знаем ли мы врага, о котором сейчас говорим? Ответ - нет! При всем уважении к астрономам и астрономическим методам, чтобы бороться с астероидами и кометами, надо сойтись с ними в штыковую, пощупать их, понять их структуру, механические свойства, не говоря уже о химических свойствах, которые очень важны для фундаментальной науки».
По мнению Льва Зеленого, России есть чем гордиться. В Академии наук всегда понимали важность исследования малых тел Солнечной системы - астероидов и комет. И, наверное, одним из самых успешных проектов был проект «Вега». Он одновременно дал прекрасный пример международного сотрудничества.
У Льва Зеленого свой особый взгляд на кометы и астероиды. Для него это строительный мусор, оставшийся после формирования Солнечной системы. Эти объекты представляют громадную опасность. «Но если бы не было столкновений, то не было бы Земли, не было бы воды на Земле, потому что считается: основное количество воды на нашу планету принесли кометы. Если бы не было столкновений космических тел с формировавшейся Землей, по ней до сих пор могли бы ходить динозавры. И жизнь на Землю тоже скорее всего принесена кометами. Поэтому мы изучаем не только опасные, но и очень важные для понимания нашей истории объекты», - говорит Лев Зеленый.
Кроме того, по мнению академика, астероиды являются важным ресурсом металлов, в том числе редкоземельных. Имеются расчеты, что запасы кобальта на Земле при сохранении нынешних темпов его потребления будут исчерпаны примерно через 60 лет. А среди астероидов - 10% металлических. Один такой диаметром 1 км даст нам 50 млн тонн кобальта, которого хватит для производственных нужд будущего поколения землян.
Одним словом, астероиды - это не только угроза, это и ресурс редких металлов для применения их в далеком будущем.
И все же это больше угроза.
УЧЕНЫЕ НЕ СИДЯТ СЛОЖА РУКИ
Земля не является исключением в истории столкновений небесных тел. Каждое столкновение небольшого астероида с нашей планетой приводило к мгновенному высвобождению огромной энергии. Он разрушался, а на месте падения образовывался кратер. На планете 230 отпечатков столкновения с космическими пришельцами.
Во всем мире ученые считают реальной опасностью возможные новые столкновения с Землей астероидов и комет и пытаются обратить на эту проблему внимание политиков своих стран. Под эгидой ООН «группой 14» разрабатываются и будут представлены в 2011 году на рассмотрение ООН «Рекомендации по организации международного отклика на проблему угрозы столкновения с объектами, сближающимися с Землей». В развитых государствах, в первую очередь в США (под эгидой НАСА) и Евросоюзе (под эгидой ЕКА), планируются и осуществляются национальные программы противодействия столкновениям угрожающих малых тел Солнечной системы с Землей.
Наша страна, первой шагнувшая в космос, похоже, и одна из первых переводит проблему из чисто научной в практическую плоскость. В июне в Российской академии наук прошло совместное заседание бюро Совета РАН по космосу и президиума Научно-технического совета Федерального космического агентства с повесткой «Об организации работ по решению проблемы астероидно-кометной опасности». В выступлениях отмечалось, что угроза столкновения Земли с угрожающими телами (астероидами и кометами) размером более 50 м представляет серьезную проблему. Общий масштаб угрозы оценивается достаточно уверенно, однако степень надежности предупреждения о конкретной угрозе неприемлемо мала, поскольку пока нет достаточно мощной системы обнаружения опасных космических тел.
План ее создания был изложен в проекте Федеральной целевой научно-технической программы (ФЦНТП), разработанной в период 2005-2009 годов в рамках НИР по фундаментальным космическим исследованиям «Эгида», «АКО» и «Апофис».
Рассмотрение проекта ФЦНТП, включающей разработку национальной системы обнаружения и изучения опасных тел, выработку критериев надежной оценки риска, создание системы противодействия и уменьшения ущерба, показало, что существует значительный задел и задача формирования национальной системы для защиты от угрозы столкновения с малыми телами Солнечной системы решаема. Пожалуй, это самый главный вывод, к которому пришли ученые-теоретики и конструкторы-практики.
Если после этого не принять никаких мер по защите Земли от астероидно-кометной опасности, человечество может разделить судьбу динозавров.
Владимир ГУНДАРОВ
