Крайняя обходительность

В ходе наличия фаз  Солнечной системы образовалась гораздо больше протопланет, чем можно увидеть сегодня. В тот период возникшие газовые гиганты — Юпитер и Сатурн — мигрировали внутрь скопления, движимые центростремительным ускорением к центру масс — нашей звезде. Тот же эффект возник и для зародышей малых планет, как и астероидов — к более крупным объектам направилось содержимое облаков космической пыли. Стартовал нагрев вещества, расслоение новоявленных образований по плотности составляющего материала и тяготение их к сферической форме. Слой налипавшей пыли достигал километровых толщин, протопланеты набирали массу и увеличивали беспорядок группового движения. Часть тел была отторгнута на периферию системы, формируя пояс Койпера и облако Оорта. Другая часть оказалась заброшенной на Солнце. Вся эта стадия получила название тяжёлой бомбардировки и длилась от 4,1 до 3,8 миллиардов лет тому назад. Характерным детищем такой пертурбации можно указать самую яркую комету ХХ столетия, названную именем Хейла-Боппа, открытую 23 июля 1995 года и достигшую перигелия (точки орбиты, ближайшей к Солнцу)  в 1997-м.

Отметим, что названный сценарий возникновения и перемещения малых небесных тел характерен не только для астрономической юности нашей Солнечной системы, но и для фазы актуального её бытия.

… В 1993-м ВВС США готовили программу разработки космического оружия до 2020 года. В её рамки один из сотрудников, некий Линди Джонсон, попытался вставить тезис о необходимости защиты Земли от падения крупных астероидов. Эту идею тогда отвергли..

 Через считанные недели мир узнал, что к Юпитеру лети комета Шумейкер-Леви, и столкновение неизбежно. А в июле следующего года комета, уже распавшаяся на 21 фрагмент, всей кавалькадой врезалась в Юпитер, причем самый большой кусок произвел взрыв мощностью шесть миллионов мегатонн в тротиловом эквиваленте. А это в 600 раз больше, чем весь суммарный ядерный потенциал государств, им обладающих. Еще  спустя 20 лет над Землей взорвался сравнительно небольшой (17 метров в поперечнике) астероид, ударная волна от которого дважды обогнула Землю. Взрыв повредил около 7000 зданий, ранено примерно 1600 людей, материальный ущерб составил до одного млрд 15 миллионов долларов.

Крупный астероид врезается в Землю с частотой примерно раз в полмиллиона лет. По одной  из гипотез, именно от такого удара погибли динозавры. 

В настоящее время известны до 14 тысяч так называемых околоземных тел, из которых879- астероиды более 1 километра в поперечнике. Эти объекты трудно выследить, они невелики по космическим меркам и визуально темные. Астрономы полагают, что им известны до 55% небесных странников «калибром» более 300 м, около 15% размером в сотню метров и менее 1% - 30-метровых. А всего, по оценкам, вблизи Земли роятся до 50 миллионов астероидов крупнее 10 метров. Желательно обнаружить их заранее. 

… Наибольший и самый древний из известных земных кратеров — Вредофорт — находится в Южной Африке. Его диаметр около 250 километров, возраст оценивается в два миллиарда лет. Кратер Чиксулуб на берегу полуострова Юкатан в Мексике образовался после удара астероида 65 миллиардов лет тому назад, эквивалентно энергии взрыва в 100 тератонн (миллион миллионов тонн тротила).  Полагают, что исчезновение динозавров было следствием этой катастрофы, вызвавшей цунами, землетрясения, извержение вулканов и климатические изменения от образовавшейся в атмосфере пылевой завесы, укрывшей из виду Солнце.

 Один из самых юных — кратер Берриджера — находится в пустыне штата Аризона. Его диаметр 1200 метров, глубина 175 метров. Он возник 50 тысяч лет назад в результате удара железного метеорита диаметром около 50 метров и массой несколько сотен тысяч тонн. 

 Всего сейчас насчитывается около 170 кратеров ударного происхождения, образованных падением небесных тел. Наибольшее внимание привлекло событие, произошедшее 15 февраля 2013 года.  В атмосферу вошел астероид, размер которого оценили в 17 метров и массу 13000 тонн. Он взорвался в воздухе на высоте 20 километров, самая крупная его часть массой 600 килограммов упала в озеро. Его падение не привело к жертвам, разрушения были заметны, но не катастрофичны.  

На обширной территории выбиты стекла, обрушилась кровля завода. Но осколками ранило много людей. Траектория падения была пологой, в противном случае последствия оказались бы куда тяжелее. Энергия взрыва эквивалентна 0,5 мегатонны тротила, что соответствует 30 бомбам, сброшенным на Хиросиму. Падение подобных небесных тел во всем мире происходит примерно раз в 100 лет. 

 Открытие в 2004 году астероида Апофис, вероятность столкновения которого с Землей в 2036 году  тогда рассматривалась как высокая, инициировало рост интереса к теме астероидно-кометной защиты. Предлагались различные способы отклонения астероидов от траекторий соударения с Землей. В частности, путем столкновения с опасными объектами специально запущенных космических аппаратов. Эффективность такого решения ограничивается массой наводимого рукотворного аппарата. Эта масса не должна превышать 5-6 тонн. А у «Апофиса» этот параметр составляет 40 млн. тонн. Соударение с ним космической 5-тонной «торпеды» при её относительной скорости 10 км/сек даст импульс перемещения 1,25 миллиметра в секунду. Если отклоняющий удар нанести задолго до рокового столкновения Апофиса с Землей, то создать желаемое отклонение астероида можно, но это «задолго» составит  много десятков лет. Так отдаленно спрогнозировать траекторию небесного тела с достаточной точностью в сегодняшних условиях нереально. Особенно, если существует неопределенность в знании параметров динамики соударения. Значит, для отклонения  опасного астероида требуется ударить его более массивным снарядом. Но такой вариант потребует слишком много топлива. Поэтому для нужного изменения траектории предложили использовать гравитационный манёвр. 

 Такой эволюцией называется облёт (в нашем случае астероидом-снарядом) достаточно массивного тела — Земли, Венеры, других планет Солнечной системы либо их спутников. Цель маневра — достижение параметров траектории вокруг облетаемой массы, гарантирующих дальнейшее соударение облетающего снаряда с намеченным астероидом. Иными словами, достижение  увеличения и направленности вектора скорости бросаемого объекта за счет эффекта пращи.

При этом величина импульса скорости может достигаться значительная - 5 км\сек и более.  Чтобы его достичь стандартным ракетным двигателем, необходимо затратить количество топлива, в 3,5 раз больше массы аппарата. 

 В настоящее время такая методика широко применяется в космической практике. Европейский аппарат «Розетта», к примеру, за десять лет при реализации миссии выполнил три гравитационных манёвра у Земли и один — возле Марса. Для достижения Плутона в 2015 году космический аппарат NACA  New Horizons использовал манёвр в поле Юпитера.

Среди тематики, возникающей при обсуждении реализуемости концепции использования малых астероидов для подвижки опасных объектов, существенным является вопрос о риске столкновения с Землей астероида, переведенного на траекторию гравитационного маневра вокруг нашей планеты. Гарантировать полное отсутствие риска всё же нельзя, если размеры астероида  таковы, что он может достичь поверхности  Земли, не сгорев в атмосфере. Предельно допустимым называется диаметр 8-10 метров при условии, что астероид не железный. Очевидно, что конкретные примеры реализации управления движением астероидов с помощью гравитационных манёвров не гарантируют решение проблемы астероидно-кометной опасности для любого небесного объекта, угрожающего столкновением с Землей. Но актуальные итоги расчетов показывают, что с учетом свежих каталогизированных данных число наличествующих астероидов, годных для их превращения  в «космическое оружие» с помощью гравитационного манёвра, составляют 29,193,72 единицы с привязкой для Венеры, Земли и Марса соответственно.  Они входят в каталог небесных тел, движением которых можно управлять средствами имеющейся у человечества ракетно-космической техники. И список этот пополняется с динамикой в среднем от двух до пяти открываемых новых околоземных астероидов в день. 

по материалам: Н. Эйсмонта, А. Ледкова