Апофис на нашу голову: может ли человечество разделить судьбу динозавров?
17-08-2010, 15:15. Разместил: VP
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 2039 года в результате столкновения космического странника с нашей Голубой планетой. В заседании, которое прошло в Российской академии наук, участвовали вице-президент РАН, председатель Совета РАН по космосу академик Александр Андреев, руководитель Федерального космического агентства Анатолий Перминов, председатель Экспертной рабочей группы по проблеме астероидно-кометной опасности при Совете РАН по космосу, директор Института астрономии РАН член-корреспондент РАН Борис Шустов, руководители предприятий и организаций Роскосмоса Валерий Меньшиков, Геннадий Райкунов, Максим Мартынов, Владимир Дегтярь, известные ученые Павел Папушев, Виктор Шор, Лев Зелёный, Эфраим Аким и другие. — Прежде всего надо решить две важные проблемы, — считает заместитель директора Института прикладной математики им. М. В. Келдыша (ИПМ РАН) член-корреспондент РАН Эфраим Аким. — Первая из них — это своевременное обнаружение опасного для Земли астероида и вторая — недопущение возможного соударения его с Землей.
Что касается наблюдения, то здесь не обойтись без использования наземных оптических инструментов — радиолокационных и радиотехнических измерений с использованием 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, ныне — Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем (ОАО «Российские космические системы»). Есть еще и третий радиотелескоп. Он находится на военной базе около села Галенки под Уссурийском. Диаметр зеркала антенны — 70 м, эффективная площадь зеркала — 2,500 кв. м (поэтому и называется «П-2500»), масса поворотной части — 4,5 тыс. тонн. Эту часть комплекса еще сравнивают с вращающимся вокруг своей оси 10-этажным домом.
Однако в 1990-е годы телескоп оказался никому не нужным, кроме мародеров. Охотники за цветным металлом 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. Сегодняшняя точность оптических измерений, составляющих примерно половину угловой секунды не позволяет прогнозировать движение астероида в длительном интервале времени. Поэтому ученые могут лишь приблизительно назвать группу астероидов в Солнечной системе, которые — даже по космическим меркам — слишком опасно сближаются с Землей.
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 астероида, можно, что называется, «проспать» катастрофу. Бывали случаи, когда астрономы оптическими средствами наблюдения не замечали 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 он столкнулся с Землей, то сила взрыва составила бы несколько тысяч мегатонн! Люди заранее не знали, на краю какой пропасти находилась планета, так как астероид был замечен, когда он уже удалялся от Земли.
Ну а что же делать с Апофисом? Напомним, что 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 2013, 2021 и 2029 годах. Вероятность столкновения увеличивается в 2036 году. Не дай, как говорится, Бог, но 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 Землей высвободит энергию, соизмеримую с 65 тысячами хиросимских бомб. Этого с лихвой хватит, чтобы стереть с поверхности планеты 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.
Возможные последствия астероидной атаки
Насколько вероятен такой исход? Более точный ответ можно дать с помощью космического аппарата, чья задача — совершить перелет к астероиду и высадить на его поверхности приемоответчик для работы с большими наземными антеннами. Приемоответчик должен работать в течение нескольких лет. Измерение дальности порядка двадцати метров и скорости 0,2 мм в секунду в запросном режиме с Земли помощью больших антенн в Уссурийске и Евпатории позволило бы еще на три порядка увеличить точность орбиты астероида в сравнительно коротком интервале времени.
Что касается расчетов, то здесь уместно привести мнение генерального директора — генерального конструктора Государственного ракетного центра имени академика В. П. Макеева члена-корреспондента РАН Владимира Дегтяря. По его словам, статистическая вероятность падения на Землю объектов размером более 300 м крайне мала, однако существует четкое понимание того, что угрожающий объект может быть обнаружен в любой момент. И проведенные совместно с институтом вычислительной математики и математической геофизики Сибирского отделения РАН исследования позволили спрогнозировать ожидаемое число и частоты столкновений с Землей опасных космических объектов.
Ожидаемое число ОКО, падающих на Землю в течение 20 лет
Капкан для астероида
Итак, процесс противодействия ОКО может быть разделен на три этапа. Это регулярный поиск новых и мониторинг уже известных опасных для Земли объектов, создание средств по наблюдению и активному противодействию опасным объектам и создание надежных и точных средств противодействия.
Для решения этой проблемы на втором и третьем этапах предлагается 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 космический аппарат 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.
Универсальный космический аппарат КАПКАН 1. РН; 2. Адаптер ОН; 3. Переходный отсек в составе УКА; 4. Узел стыковки перехватчика; 5. Командно-ударный модуль; 6. Аэродинамический обтекатель в составе УКА; 7. Ядерное взрывное устройство; 8. Система обеспечения безопасности; 9. Ударный модуль; 10. Аэродинамический обтекатель РН
Задачу доставки КАПКАН к астероиду можно решить в будущем, применив для этого создаваемые сейчас перспективные ракеты-носители: «Союз-2» — для доставки ударного космического аппарата 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.
Сейчас базовая вероятность падения на Землю опасных космических объектов диаметром от 20 до 300 м составляет 0,3535 в год в течение 20 лет. Если у нас будут космические средства обеспечения астероидно-кометной безопасности, то вероятность предотвращения соударения астероидов с Землей уменьшится до ничтожно малой величины 0,007.
Исследовательский аппарат КАИССА 1. Самонаводящийся ударный блок-проникатель; 2. Спасаемый аппарат; 3. Отсеки с аппаратурой управления и системой энергообеспечения; 4. Двигатели ориентации и стабилизации; 5. Двигатели большой тяги; 6. Комплекс оптических систем наведения и исследования астероида;7. Силовая платформа; 8. Ракета-носитель; 9. Адаптер; 10. Приборный отсек; 12. Совмещенный бак двигательной установки; 13. Аэродинамический обтекатель; 14. Комплекс радиокомандных и радиотелеметрических систем; 15. Свободные объемы под научную аппаратуру
Более того, заместитель генерального конструктора — руководитель ОКБ Научно-производственного объединения имени С. А. Лавочкина Максим Мартынов уверяет, что сотрудники предприятия уже 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 года, 5 мая 2020 года и 17 апреля 2021 года. После 2021 года лететь будет уже поздно… Полет в одну сторону продлится — в зависимости от даты старта — соответственно 10, 18, 10 и 8 месяцев. И с точки зрения баллистики, полет к Апофису ничем не отличается от полетов к этим планетам, а также к спутнику Марса — Фобосу. Опыт, накопленный в ФГУП «НПО им. С. А. Лавочкина» по проекту «Фобос-Грунт» «Луна-Глоб», «Луна-Ресурс», несомненно, пригодится для подготовки экспедиции к Апофису.
По замыслу конструкторов, космический аппарат будет состоять из четырех основных модулей. В качестве маршевого двигателя конструкторы предлагают использовать разгонный блок «Фрегат», который уже более 10 лет обеспечивает орбитальные перелеты для выведения космических аппаратов на различные высокоэнергетические орбиты и межпланетные траектории. Стратегия сближения с астероидом основана на пошаговом выравнивании скоростей. За несколько суток полета до астероида он может быть обнаружен автономной навигационной системой космического аппарата. Производится грубое торможение, после него — пассивный полет. И так повторяется несколько раз. В итоге мы оказываемся на расстоянии 23 км от астероида с практически нулевой относительной скоростью. Производится конечное исследование астероида и далее — выход на его орбиту.
Необходимая высота перехвата ОКО
У директора Института космических исследований РАН академика Льва Зелёного 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, что 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. Кроме того, астероиды являются важным ресурсом металлов, в том числе редкоземельных. Есть расчеты, что запасы кобальта на Земле при сохранении нынешних темпов его потребления, будут исчерпаны примерно через 60 лет. А среди астероидов есть примерно 10 процентов металлических. Один такой металлический астероид диаметром в 1 км даст нам 50 млн тонн кобальта, которого хватит для производственных нужд многих будущих поколений землян. Одним словом, астероиды — это не только угроза, это и ресурс редких металлов для применения их в далеком будущем.
Астероид 2009 DD45 обнаружили среди звезд 28 февраля 2009 года. Через три дня он приблизился к Земле на опасно близкое расстояние
Астероид 2008 ТС 3 сгорел в атмосфере Земли через 20 часов после того, как был обнаружен среди звезд
Астероид 2010 AL30 через два дня после обнаружения пролетел всего в 130 тыс. км, то есть ниже орбиты искусственных спутников Земли
Тем не менее 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» («Recommendations for international response to the Near-Earth Object Impact Threat»). В развитых странах, в первую очередь в США (под эгидой NASA) и Евросоюзе (под эгидой ESA), планируются и осуществляются национальные программы противодействия угрозе столкновений 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 участников совместного совещания Президиума Научно-технического совета Роскосмоса и Бюро Совета РАН по космосу отмечалось, что угроза столкновения Земли с угрожающими телами (астероидами и кометами) размером более 50 метров представляет серьезную проблему. Общий масштаб угрозы оценивается достаточно уверенно, однако степень надежности предупреждения о конкретной угрозе неприемлемо мала, поскольку пока не создана достаточно мощная система обнаружения опасных космических тел.
План ее создания был изложен в проекте Федеральной целевой научно-технической программы, разработанной в период 2005–2009 годов в рамках НИР по фундаментальным космическим исследованиям «Эгида», «АКО» и «Апофис».
Рассмотрение проекта ФЦНТП, включающей создание 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 создания 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 принимать никаких мер по защите Земли от астероидно-кометной опасности, человечество может разделить судьбу динозавров.
Вернуться назад