К ПРОБЛЕМЕ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ АСТЕРОИДНО-КОМЕТНОГО АРМАГЕДДОНА
Часть 1
Автор: проф. Васильев В.П.
Эта проблема возникла и выросла на базе достоверных научных фактов, а не безудержных фантазий, которыми так богата космическая тематика. Конечно, проще всего её не замечать. Под любым предлогом и уповая на всё что угодно. Или, если и замечать, то не «зрить в корень» детально, пребывая в плену беспечных заблуждений и отмахиваясь высказываниями типа: «Да ничего нам не угрожает в ближайшие сто лет - на сайте же НАСА написано (основная деталь в том, что это верно, но лишь для мизерной части околоземных астероидов - пока что обнаруженных, да и то - с точностью до ошибок прогнозирования орбит...), а будет угрожать - создадут небольшую чёрную дыру и используют ее в качестве «пылесоса» для астероидов - и всего делов, нет проблем!» Но, увы, все слишком серьёзно. Поэтому попытаемся рассуждать более адекватно.
Современная ситуация на самом деле выглядит следующим образом - при её популярном изложении, но с основными деталями, в которых и сидит, как обычно, «тот самый дьявол». Еще пару десятков лет назад известные астероиды, сближающиеся с Землёй, можно было пересчитать едва ли не по пальцам. Они, если формально и пересекали земную орбиту, то обещали это делать не одновременно с находящейся вблизи нашей планетой - как в ближайшем, так и в отдаленном будущем. Сейчас же всё изменилось кардинально. За последние годы, благодаря усилиям астрономов, человечество узнало о существовании как бы третьего пояса (или «роя») астероидов - околоземного. Кроме, по традиции называемого Главным, пояса, что расположен между орбитами Марса и Юпитера, и Койперовского, который локализован на окраинах Солнечной системы.
Число объектов в этих поясах и их средний размер растет с удалением от Солнца, вокруг которого они вращаются, подобно планетам. Но, тем не менее, в околоземном поясе предполагается наличие порядка миллиона (!) астероидов поперечником от десятков метров до километров. Это, конечно, «сверхмалые» тела по меркам двух остальных поясов, но для того, чтобы вызвать локальную, а то и глобальную катастрофу при столкновении с Землёй - вполне достаточные. Количество обнаруженных там астероидов, орбиты которых можно путем рассчётов предсказать на будущее, лавинообразно нарастает, достигая сейчас более 10 тысяч. Иногда их находят по нескольку ежесуточно, а когда заработают специализированные космические телескопы - счёт пойдёт уже на тысячи даже за такие короткие промежутки времени.
Итак, пока что всего менее двух процентов околоземных астероидов уже обнаружено и каталогизовано. Этого, разумеется, недостаточно для полностью корректной формулировки проблемы и даже для более-менее точной оценки вероятности или других определённых параметров возможной угрозы. Хотя люди, вроде бы, - не динозавры и способны активно реагировать даже на угрозу потенциальную... Значительная часть обнаруженных астероидов относятся к «потенциально опасным» (т.е., согласно определению НАСА, сближающихся с Землёй до расстояний, меньших 1/20 её удаления от Солнца - с точностью до ошибок рассчётов), которые могут в принципе со временем оказаться прямо по курсу нашей планеты - см. карту НАСА ихних орбит на рисунке. К счастью, согласно сегодняшнему прогнозированию изменения орбит под действием притяжения планет, ни один из них не столкнётся с нашей в ближайшие десятилетия.
Подавляющее большинство крупнейших тел околоземного пояса с размерами километр и более также находятся среди уже обнаруженных (что понятно - они выглядели ярче других) и по мере возможности отслеживаются. Многие из них входят и в число «потенциально опасных». Но самое неприятное заключается в том, что среди сотен тысяч необнаруженных тел еще остаются подобные «сюрпризы», причем субкилометровых, способных уничтожить цивилизацию, там еще многие тысячи... Среди комет наиболее опасными считаются так называемые «Кентавры» - очень большие и относительно далекие объекты, орбиты которых меняются хаотически.
Иными словами, угроза катастрофического столкновения с астероидами для нашей планеты все же существует вполне реальная, хотя и с неопределённой вероятностью во времени. Челябинский метеорит 2013 года - всего лишь напоминание об этом, а также о том, что подобные события случались в прошлом не раз. Так, по геологическим данным, за последние примерно 250 млн. лет земная жизнь «стиралась» практически полностью целых одиннадцать (!) раз именно за счет таких столкновений. То есть со средним промежутком около 23 млн. лет, а от последнего случая прошло уже ведь намного больше времени...
Это не причины для паники, но все имеющиеся факты указывают на срочную необходимость превентивных действий человечества по мерам защиты от подобного проявления враждебности космоса. Среди таких мер наиболее естественной и реальной считается отклонение, т.е. небольшое изменение траектории астероида или кометы, достаточное для пролёта мимо нас. Эта миссия должна быть среди наиболее приоритетных в мировой космонавтике до полной готовности землян к защите, несмотря на возможно огромную стоимость. Хотя даже части того триллиона долларов, что в мире тратится ежегодно на вооружение, вполне бы хватило для полной разработки оптимального набора методов и астероидного, и кометного отклонения.
Но параллельно и даже более срочно нужна полная «диагностика» проблемы - обнаружение всех астероидов околоземного пояса-роя, которые в той или иной мере могут угрожать нам катастрофическим столкновением. А затем желательно определить и их основные параметры - от размеров, формы и динамики до детального рельефа и химического состава. Как это ни парадоксально, ведущую роль в этом также непростом (большинство астероидов очень тёмные) и недешёвом деле пока что играют не наиболее мощные космические агенства мира типа НАСА и ЕКА, а неправительственные неприбыльные фонды и частные фирмы.
Наиболее реальные успехи на этом пути имеет сейчас фонд «В612», основанный и руководимый двумя бывшими американскими астронавтами - Швейкартом и Лю, и финаннсируемый за счёт благотворительных взносов. В его ближайших планах - вывод на околовенерианскую орбиту специализированного инфракрасного телескопа «Sentinel», стоимость которого вместе с запуском оценивается в 450 млн. долларов. Он уже почти изготовлен частной компанией, имеющей необходимый для этого опыт. Считается, что такой телескоп в состоянии обнаружить и предварительно исследовать едва ли не все околоземные объекты с размерами более 140 метров. К сожалению, как сообщалось недавно, его старт, запланированный на 2016 год, пришлось отложить на три года в связи с внезапным прекращением финансирования по договору с НАСА, по которому фонд должен был получить 30 млн. доллларов. Это крайне нежелательный тормоз в продвижении столь важного и актуального проекта.
Конкурентов у него пока нет, хотя уже ставшая знаменитой частная компания «Planetary Resources», в число инвесторов которой входит и один из авторов «ГУГЛа», также заявляла о намерениях создать похожий прибор. В сети проскакивали сведения и об уже запущенном Канадой космическом телескопе для обнаружения астероидов, но пока по этому поводу нет конкретных новостей. Остальные заинтересованные организации, видимо, уповают в основном на наземные наблюдения, возможности которых здесь намного более ограничены.
В самом начале 2016 года НАСА наконец-то официально взяло на себя координирующую роль в проблеме планетарной защиты, создав специальный «координационный офис» - PDCO. В итоге, общая ситуация сейчас - непростая и ещё не полностью осознана. А в мире в целом пока что сделано слишком мало полезного для спокойствия землян по поводу этой самой масштабной космической угрозы, источник которой находится не за тысячи световых лет, а рядом с нашей планетой. Несмотря на нередкие громкие заявления и существующие «целевые» бюрократические структуры на разных уровнях, включая международный. Структуры, которые по большей мере создают лишь видимость активности, не обладая финансовыми возможностями для поддержки реальных и перспективных программ и проектов.
Что же касается практических усилий и результатов по разработке эффективных методов отклонения крупных астероидов, то они пока находятся в эмбриональном состоянии. Почему именно крупных, ведь вероятность столкновения с мелкими намного выше? Во первых, потому, что крупные способны вызвать катастрофу, «стирающую» цивилизацию. Во вторых, если метод будет работать для массивных астероидов (и кометных ядер), то его наверняка можно использовать и для меньших тел, просто снижая величину воздействия. Но сделать наборот («сработает для мелких - успешно применим для крупных») - как правило, не получится... Об «исключении» (возможности масштабирования от небольших до километровых размеров) речь пойдёт в самом конце текста. Кстати, именно такое масштабирование соответствует формулировке требования к методу астероидного отклонения, который обещает профинансировать известный фонд «Xprize» - см. www.xprize.org/prizes/future-prizes/asteroid-deflection
Здесь сразу необходимо привести примерные величины, которые характеризуют затраты энергии и которые остаются почти без изменений для любого метода постепенного (да и при внимательном пересчёте - «мгновенного») отклонения глобально опасных тел - закон сохранения энергии не перепрыгнешь... А именно: чтобы достаточно (на величину земного диаметра) отклонить тот же субкилометровый астероид (а это масса около миллиарда тонн!) необходимо затратить энергию, которая эквивалентна работе ракетного двигателя (или, например, ионного ускорителя), израсходовавшего десятки тысяч тонн топлива (или рабочего вещества).
Или в других, более «приземлённых» терминах: чтобы сделать то же самое, нужно, как минимум, беспрерывно «давить» на астероид по направлению радиуса орбиты с усилием, эквивалентным сотне килограмм (т.е. силой в тысячу ньютон) в течение года (или десятку килограмм в течение десяти лет, и т.д.). Так что, если оценить лишь стоимость этого топлива и его транспортировки к астероиду, (а доставка только на геостационарную орбиту одного килограмма груза обходится более десяти тыс. долларов), то придём к суммам, сравнимым с бюджетами стран... С позиций, основанных на этих данных, и нужно рассматривать пригодность всех методов изменения орбиты, чтобы оставаться в рамках реальности.
Теперь можно пройтись по наиболее известным на сегодня подходам и методам отклонения с их кратким анализом и сравнительной оценкой.
Начнём с давно навязанного и разрекламированного милитаристами ряда стран подхода, основанного на применении ядерного взрыва (на поверхности астероида или над ней) - почти как в известном фильме «Армагеддон» с Брюсом Уиллисом в главной роли. Заведомо считается, что такой взрыв приведёт либо к полному разрушению опасного тела (вплоть до раздробления на мелкие части), либо к отклоняющему его ударной волной толчку.
Несмотря на кажущуюся доступность и, к сожалению, «привычность», этот способ избежания катастрофы не выдерживает никакой критики. Как с точки зрения безопасности, так и по эффективности. О стоимости лучше не упоминать, поскольку ядерных зарядов такой мощности (десятки мегатонн и более), которая, по оценкам, необходима для существенного воздействия, скажем, на субкилометровый и большие астероиды, до сих пор, вроде бы, не существует. И даже неизвестна технологическая возможность их качественного создания и уверенного использования.
Сначала о безопасности.
Во первых, для её же глобального обеспечения были разработаны, согласованы и приняты международные законы, запрещающие вывод ядерного оружия в космос под любым предлогом. Во вторых, многочисленные испытания и, тем более, давнее применение этого оружия, наряду с поведением «мирных» Чернобыльско-Фукусимовских объектов, уже, надо надеяться, окончательно развеяли миф о безопасности ядерных устройств как таковых (на всех стадиях - от добычи сырья до изготовления и использования изделий с ним). В современном, слишком террогенном мире тем более не может быть никаких гарантий, что подобное «бомбочудище» не рванёт на протяжении всего периода создания, и особенно - на стадии запуска в космос.
В третьих, даже при благополучном (авось?..) исходе работ на Земле и полёте к цели, после разрушающего взрыва на астероиде обломки разного размера прежний его центр масс, скорее всего, сильно не сместят, разлетевшись «веером» не слишком далеко, если взрыв будет локальным и не строго куммулятивным. А значит - можно обоснованно предполагать что они обеспечат столкновение с Землёй не цельного астероидного конгломерата, а его фрагментов, в том числе и немалых. И на нас полетит почти всё то же, но уже по частям и, вдобавок, - радиоактивное... То есть проблема не только остаётся, модифицируясь, но и в какой-то мере усугубляется. Это лишь доводы, которые «лежат на поверхности» и доступны неспециалистам. Незаангажированные же эксперты их еще смогут умножить на базе анализа технологических подробностей.
Остается разобраться с эффективностью на поверку крайне рискованного и опасного на всех этапах ядерно-взрывного подхода. Даже на базе не самых подробных деталей можно показать, что она, вопреки безапеляционным заявлениям его поклонников, оставляет желать лучшего. О квази-симметричном разрушении астероида, которое может произойти при максимально представимой мощности взрыва, практически сводя на нет результат всех усилий, уже упоминалось. Но и полное разрушение (тем более - раздробление) с определённой вероятностью предсказуемо, разве что, при условии взрыва на большой глубине, ближе к центру тела, что в данном случае нереально. Достижимость подобного результата для миллиарднотонной «горы» (даже не очень прочной) посредством внешнего (поверхностного или близповерхностного) взрыва в окружающем вакууме по меньшей мере вызывает обоснованные сомнения. Если не иметь в виду уж совсем фантастические мощности заряда.
При мощностях, недостаточных для разрушения, ожидать большого «толкающего» эффекта от взрыва также не приходится по простой и уже хорошо известной специалистам причине - исключительной неоднородности и разноуровневой «пористости» материала околоземных астероидов. Ведь это по всем данным не сплошная монолитная глыба, а удерживаемое когезией и другими природными механизмами скопление разного размера больших булыжников, средних камней, небольших камешков и более мелких частиц. Что подтвердило исследование астероида Итокава, на котором непосредственно (впервые в истории!) побывал японский космический аппарат «Хаябуса». Причём, по большей части - с металлическими вкраплениями (это обычно для метеоритов-хондритов), что также достоверно показал анализ привезенного им материала с этого астероида самого распространённого класса - силикатного.
Ударная волна любой природы в такой неоднородно рыхлой среде достаточно быстро затухает, растратив свою энергию на нагрев материала и перераспределение частей его структуры - слабо связанных фрагментов. Любые вакуумные пустоты между фрагментами просто убийственны для такой волны. А ведь для необходимой упругой передачи даже части своего импульса она должна дойти (за доли секунды) до противоположной поверхности тела, отразиться и вернуться обратно к месту взрыва. Уже опубликованы результаты соответствующих работ (к примеру, проведенных во всемирно авторитетной Ливерморской нацлаборатории - LLNL), которые демонстрируют негативную роль этого неустранимого фактора.
Направление выброса материала (также порождающего толчок), как следствия взрыва, существенно зависит от формы астероида и локального рельефа его поверхности. Преимущественно радиального (т.е. максимально действенного) выброса можно всегда ожидать лишь для сферического тела. В комплекте же с осевым вращением далекого от сферы астероида это направление труднопредсказуемо и поэтому не гарантирует его соответствия цели мероприятия - там ведь не будет известного киноактёра, который таскает бомбу по камням, выбирая оптимальное место... Например, при выбросе «вперёд», близком по направлению к касательной по отношению к усреднённому «контуру» объекта, его воздействие приведёт, в основном, лишь к ускорению или замедлению осевого вращения и компенсации действия самого взрыва.
Предложение создавать предварительную «воронку» тоже не спасает на крупномасштабных неровностях. А это означает, что и такой сопровождающий эффект далеко не обязательно помогает решению задачи. Все вышеприведенные доводы вряд ли невдомёк апологетам такого подхода. Но они, казалось бы, достаточны для полных и окончательных похорон этого «троянского коня», направленного на ядерную милитаризацию космоса. Тем не менее, снова и снова его пиарят вполне солидные люди и организации...
Второй из методов, основанных на единоразовом (импульсном) воздействии с целью порождения отклоняющей ударной волны, называется «кинетическим импактом» или «высокоскоростным соударением». Он заключается в «выстреле» по астероиду со скоростью несколько десятков километров в секунду (относительно мишени) многотонным ударником-импактором. Основная привлекательность этого метода состоит в возможности использования того (с одной стороны неутешительного...) факта, что высокие скорости астероидов относительно Земли уже объективно существуют, ввиду хотя и пересекающихся, но всё же разных орбит. Поэтому останется по большей части лишь «подставить» импактор под удар, выведя его на курс опасного астероида и не затрачивая огромного количества топлива для разгона. Воодушевила специалистов на применение для столь амбициозного сценария успешная миссия НАСА 2005 года по ударному выбросу материала (для его наблюдательного изучения) из ядра кометы Темпеля.
В данном случае прежняя успешность подтверждает возможность попадания небольшим ударником в достаточно большое кометное ядро, но не более того. А для целей отклонения - выглядит как будто привлекательно, но лишь до стадии разбора всё тех же деталей.
Они указывают на то, что по эффективности импактный метод намного уступает вышеописанному ядерно-взрывному, будучи бесперспективным для коррекции орбит крупных астероидов и комет. В самом деле, если, к примеру, мысленно отмасштабировать процесс удара высокоскоростным и тяжёлым импактором по субкилометровому астероиду до лабораторного варианта, то он будет примерно равносилен выстрелу из пистолета (с учетом в десятки раз меньшей скорости пули) в весьма массивный (несколько тонн) подвешенный мешок, наполненный разного размера камнями, плохо перемешанными с песком и пылью.
Скорее всего, столь простой эксперимент покажет, что такой мешок при этом вообще не шелохнётся. Пока что сведения о подобных опытах отсутствуют, хотя их проведение и не выходит за пределы возможностей известной по познавательным телепередачам команды «Мифбастер». Но, тем не менее, логично предположить что и достаточного отклонения астероида в реальной ситуации не произойдёт, разве что, если он будет минимальной массы. И это - несмотря на на то, что максимальный запас кинетической энергии в импакторе будет сопоставим с требуемыми для отклонения ориентировочными величинами, которые приведны выше. Виной в этом все те же причины, что и вероятно снивелируют действие взрыва - неоднородность и разномасштабная пористость материала астероида (или кометы), делающие исключительно рыхлой его «анатомию». Всё это делает такой метод немасштабируемым, так как, уже начиная с размеров мишени в несколько сотен метров, он будет требовать недостижимых на практике скоростей сверхмассивных импакторов.
По поводу считающегося «дополнительным» выброса материала можно привести практически такие же аргументы, что и для ядерно-взрывного подхода: управлять высокоскоростным и тяжёлым импактором на стадии подлёта с целью попадания в нужную для действенного выброса зону вращающейся сложной поверхности будет весьма проблематично. Наконец, согласно рассчётам, несмотря на мгновенность воздействия, результата полного отклонения всё равно придется ждать годами и десятилетиями (то есть всегда необходимо «выстреливать» импактором по астероиду задолго до ожидаемого момента катастрофы) даже при не самом большом его размере. Поскольку требуемая для диаметра Земли «промашка» возникнет не сразу, а будет постепенно возрастать по мере движения астероида по орбите.
Продолжение: Часть 2
Автор: проф. Васильев В.П.
Эта проблема возникла и выросла на базе достоверных научных фактов, а не безудержных фантазий, которыми так богата космическая тематика. Конечно, проще всего её не замечать. Под любым предлогом и уповая на всё что угодно. Или, если и замечать, то не «зрить в корень» детально, пребывая в плену беспечных заблуждений и отмахиваясь высказываниями типа: «Да ничего нам не угрожает в ближайшие сто лет - на сайте же НАСА написано (основная деталь в том, что это верно, но лишь для мизерной части околоземных астероидов - пока что обнаруженных, да и то - с точностью до ошибок прогнозирования орбит...), а будет угрожать - создадут небольшую чёрную дыру и используют ее в качестве «пылесоса» для астероидов - и всего делов, нет проблем!» Но, увы, все слишком серьёзно. Поэтому попытаемся рассуждать более адекватно.
Современная ситуация на самом деле выглядит следующим образом - при её популярном изложении, но с основными деталями, в которых и сидит, как обычно, «тот самый дьявол». Еще пару десятков лет назад известные астероиды, сближающиеся с Землёй, можно было пересчитать едва ли не по пальцам. Они, если формально и пересекали земную орбиту, то обещали это делать не одновременно с находящейся вблизи нашей планетой - как в ближайшем, так и в отдаленном будущем. Сейчас же всё изменилось кардинально. За последние годы, благодаря усилиям астрономов, человечество узнало о существовании как бы третьего пояса (или «роя») астероидов - околоземного. Кроме, по традиции называемого Главным, пояса, что расположен между орбитами Марса и Юпитера, и Койперовского, который локализован на окраинах Солнечной системы.
Число объектов в этих поясах и их средний размер растет с удалением от Солнца, вокруг которого они вращаются, подобно планетам. Но, тем не менее, в околоземном поясе предполагается наличие порядка миллиона (!) астероидов поперечником от десятков метров до километров. Это, конечно, «сверхмалые» тела по меркам двух остальных поясов, но для того, чтобы вызвать локальную, а то и глобальную катастрофу при столкновении с Землёй - вполне достаточные. Количество обнаруженных там астероидов, орбиты которых можно путем рассчётов предсказать на будущее, лавинообразно нарастает, достигая сейчас более 10 тысяч. Иногда их находят по нескольку ежесуточно, а когда заработают специализированные космические телескопы - счёт пойдёт уже на тысячи даже за такие короткие промежутки времени.
Итак, пока что всего менее двух процентов околоземных астероидов уже обнаружено и каталогизовано. Этого, разумеется, недостаточно для полностью корректной формулировки проблемы и даже для более-менее точной оценки вероятности или других определённых параметров возможной угрозы. Хотя люди, вроде бы, - не динозавры и способны активно реагировать даже на угрозу потенциальную... Значительная часть обнаруженных астероидов относятся к «потенциально опасным» (т.е., согласно определению НАСА, сближающихся с Землёй до расстояний, меньших 1/20 её удаления от Солнца - с точностью до ошибок рассчётов), которые могут в принципе со временем оказаться прямо по курсу нашей планеты - см. карту НАСА ихних орбит на рисунке. К счастью, согласно сегодняшнему прогнозированию изменения орбит под действием притяжения планет, ни один из них не столкнётся с нашей в ближайшие десятилетия.
Подавляющее большинство крупнейших тел околоземного пояса с размерами километр и более также находятся среди уже обнаруженных (что понятно - они выглядели ярче других) и по мере возможности отслеживаются. Многие из них входят и в число «потенциально опасных». Но самое неприятное заключается в том, что среди сотен тысяч необнаруженных тел еще остаются подобные «сюрпризы», причем субкилометровых, способных уничтожить цивилизацию, там еще многие тысячи... Среди комет наиболее опасными считаются так называемые «Кентавры» - очень большие и относительно далекие объекты, орбиты которых меняются хаотически.
Иными словами, угроза катастрофического столкновения с астероидами для нашей планеты все же существует вполне реальная, хотя и с неопределённой вероятностью во времени. Челябинский метеорит 2013 года - всего лишь напоминание об этом, а также о том, что подобные события случались в прошлом не раз. Так, по геологическим данным, за последние примерно 250 млн. лет земная жизнь «стиралась» практически полностью целых одиннадцать (!) раз именно за счет таких столкновений. То есть со средним промежутком около 23 млн. лет, а от последнего случая прошло уже ведь намного больше времени...
Это не причины для паники, но все имеющиеся факты указывают на срочную необходимость превентивных действий человечества по мерам защиты от подобного проявления враждебности космоса. Среди таких мер наиболее естественной и реальной считается отклонение, т.е. небольшое изменение траектории астероида или кометы, достаточное для пролёта мимо нас. Эта миссия должна быть среди наиболее приоритетных в мировой космонавтике до полной готовности землян к защите, несмотря на возможно огромную стоимость. Хотя даже части того триллиона долларов, что в мире тратится ежегодно на вооружение, вполне бы хватило для полной разработки оптимального набора методов и астероидного, и кометного отклонения.
Но параллельно и даже более срочно нужна полная «диагностика» проблемы - обнаружение всех астероидов околоземного пояса-роя, которые в той или иной мере могут угрожать нам катастрофическим столкновением. А затем желательно определить и их основные параметры - от размеров, формы и динамики до детального рельефа и химического состава. Как это ни парадоксально, ведущую роль в этом также непростом (большинство астероидов очень тёмные) и недешёвом деле пока что играют не наиболее мощные космические агенства мира типа НАСА и ЕКА, а неправительственные неприбыльные фонды и частные фирмы.
Наиболее реальные успехи на этом пути имеет сейчас фонд «В612», основанный и руководимый двумя бывшими американскими астронавтами - Швейкартом и Лю, и финаннсируемый за счёт благотворительных взносов. В его ближайших планах - вывод на околовенерианскую орбиту специализированного инфракрасного телескопа «Sentinel», стоимость которого вместе с запуском оценивается в 450 млн. долларов. Он уже почти изготовлен частной компанией, имеющей необходимый для этого опыт. Считается, что такой телескоп в состоянии обнаружить и предварительно исследовать едва ли не все околоземные объекты с размерами более 140 метров. К сожалению, как сообщалось недавно, его старт, запланированный на 2016 год, пришлось отложить на три года в связи с внезапным прекращением финансирования по договору с НАСА, по которому фонд должен был получить 30 млн. доллларов. Это крайне нежелательный тормоз в продвижении столь важного и актуального проекта.
Конкурентов у него пока нет, хотя уже ставшая знаменитой частная компания «Planetary Resources», в число инвесторов которой входит и один из авторов «ГУГЛа», также заявляла о намерениях создать похожий прибор. В сети проскакивали сведения и об уже запущенном Канадой космическом телескопе для обнаружения астероидов, но пока по этому поводу нет конкретных новостей. Остальные заинтересованные организации, видимо, уповают в основном на наземные наблюдения, возможности которых здесь намного более ограничены.
В самом начале 2016 года НАСА наконец-то официально взяло на себя координирующую роль в проблеме планетарной защиты, создав специальный «координационный офис» - PDCO. В итоге, общая ситуация сейчас - непростая и ещё не полностью осознана. А в мире в целом пока что сделано слишком мало полезного для спокойствия землян по поводу этой самой масштабной космической угрозы, источник которой находится не за тысячи световых лет, а рядом с нашей планетой. Несмотря на нередкие громкие заявления и существующие «целевые» бюрократические структуры на разных уровнях, включая международный. Структуры, которые по большей мере создают лишь видимость активности, не обладая финансовыми возможностями для поддержки реальных и перспективных программ и проектов.
Что же касается практических усилий и результатов по разработке эффективных методов отклонения крупных астероидов, то они пока находятся в эмбриональном состоянии. Почему именно крупных, ведь вероятность столкновения с мелкими намного выше? Во первых, потому, что крупные способны вызвать катастрофу, «стирающую» цивилизацию. Во вторых, если метод будет работать для массивных астероидов (и кометных ядер), то его наверняка можно использовать и для меньших тел, просто снижая величину воздействия. Но сделать наборот («сработает для мелких - успешно применим для крупных») - как правило, не получится... Об «исключении» (возможности масштабирования от небольших до километровых размеров) речь пойдёт в самом конце текста. Кстати, именно такое масштабирование соответствует формулировке требования к методу астероидного отклонения, который обещает профинансировать известный фонд «Xprize» - см. www.xprize.org/prizes/future-prizes/asteroid-deflection
Здесь сразу необходимо привести примерные величины, которые характеризуют затраты энергии и которые остаются почти без изменений для любого метода постепенного (да и при внимательном пересчёте - «мгновенного») отклонения глобально опасных тел - закон сохранения энергии не перепрыгнешь... А именно: чтобы достаточно (на величину земного диаметра) отклонить тот же субкилометровый астероид (а это масса около миллиарда тонн!) необходимо затратить энергию, которая эквивалентна работе ракетного двигателя (или, например, ионного ускорителя), израсходовавшего десятки тысяч тонн топлива (или рабочего вещества).
Или в других, более «приземлённых» терминах: чтобы сделать то же самое, нужно, как минимум, беспрерывно «давить» на астероид по направлению радиуса орбиты с усилием, эквивалентным сотне килограмм (т.е. силой в тысячу ньютон) в течение года (или десятку килограмм в течение десяти лет, и т.д.). Так что, если оценить лишь стоимость этого топлива и его транспортировки к астероиду, (а доставка только на геостационарную орбиту одного килограмма груза обходится более десяти тыс. долларов), то придём к суммам, сравнимым с бюджетами стран... С позиций, основанных на этих данных, и нужно рассматривать пригодность всех методов изменения орбиты, чтобы оставаться в рамках реальности.
Теперь можно пройтись по наиболее известным на сегодня подходам и методам отклонения с их кратким анализом и сравнительной оценкой.
Начнём с давно навязанного и разрекламированного милитаристами ряда стран подхода, основанного на применении ядерного взрыва (на поверхности астероида или над ней) - почти как в известном фильме «Армагеддон» с Брюсом Уиллисом в главной роли. Заведомо считается, что такой взрыв приведёт либо к полному разрушению опасного тела (вплоть до раздробления на мелкие части), либо к отклоняющему его ударной волной толчку.
Несмотря на кажущуюся доступность и, к сожалению, «привычность», этот способ избежания катастрофы не выдерживает никакой критики. Как с точки зрения безопасности, так и по эффективности. О стоимости лучше не упоминать, поскольку ядерных зарядов такой мощности (десятки мегатонн и более), которая, по оценкам, необходима для существенного воздействия, скажем, на субкилометровый и большие астероиды, до сих пор, вроде бы, не существует. И даже неизвестна технологическая возможность их качественного создания и уверенного использования.
Сначала о безопасности.
Во первых, для её же глобального обеспечения были разработаны, согласованы и приняты международные законы, запрещающие вывод ядерного оружия в космос под любым предлогом. Во вторых, многочисленные испытания и, тем более, давнее применение этого оружия, наряду с поведением «мирных» Чернобыльско-Фукусимовских объектов, уже, надо надеяться, окончательно развеяли миф о безопасности ядерных устройств как таковых (на всех стадиях - от добычи сырья до изготовления и использования изделий с ним). В современном, слишком террогенном мире тем более не может быть никаких гарантий, что подобное «бомбочудище» не рванёт на протяжении всего периода создания, и особенно - на стадии запуска в космос.
В третьих, даже при благополучном (авось?..) исходе работ на Земле и полёте к цели, после разрушающего взрыва на астероиде обломки разного размера прежний его центр масс, скорее всего, сильно не сместят, разлетевшись «веером» не слишком далеко, если взрыв будет локальным и не строго куммулятивным. А значит - можно обоснованно предполагать что они обеспечат столкновение с Землёй не цельного астероидного конгломерата, а его фрагментов, в том числе и немалых. И на нас полетит почти всё то же, но уже по частям и, вдобавок, - радиоактивное... То есть проблема не только остаётся, модифицируясь, но и в какой-то мере усугубляется. Это лишь доводы, которые «лежат на поверхности» и доступны неспециалистам. Незаангажированные же эксперты их еще смогут умножить на базе анализа технологических подробностей.
Остается разобраться с эффективностью на поверку крайне рискованного и опасного на всех этапах ядерно-взрывного подхода. Даже на базе не самых подробных деталей можно показать, что она, вопреки безапеляционным заявлениям его поклонников, оставляет желать лучшего. О квази-симметричном разрушении астероида, которое может произойти при максимально представимой мощности взрыва, практически сводя на нет результат всех усилий, уже упоминалось. Но и полное разрушение (тем более - раздробление) с определённой вероятностью предсказуемо, разве что, при условии взрыва на большой глубине, ближе к центру тела, что в данном случае нереально. Достижимость подобного результата для миллиарднотонной «горы» (даже не очень прочной) посредством внешнего (поверхностного или близповерхностного) взрыва в окружающем вакууме по меньшей мере вызывает обоснованные сомнения. Если не иметь в виду уж совсем фантастические мощности заряда.
При мощностях, недостаточных для разрушения, ожидать большого «толкающего» эффекта от взрыва также не приходится по простой и уже хорошо известной специалистам причине - исключительной неоднородности и разноуровневой «пористости» материала околоземных астероидов. Ведь это по всем данным не сплошная монолитная глыба, а удерживаемое когезией и другими природными механизмами скопление разного размера больших булыжников, средних камней, небольших камешков и более мелких частиц. Что подтвердило исследование астероида Итокава, на котором непосредственно (впервые в истории!) побывал японский космический аппарат «Хаябуса». Причём, по большей части - с металлическими вкраплениями (это обычно для метеоритов-хондритов), что также достоверно показал анализ привезенного им материала с этого астероида самого распространённого класса - силикатного.
Ударная волна любой природы в такой неоднородно рыхлой среде достаточно быстро затухает, растратив свою энергию на нагрев материала и перераспределение частей его структуры - слабо связанных фрагментов. Любые вакуумные пустоты между фрагментами просто убийственны для такой волны. А ведь для необходимой упругой передачи даже части своего импульса она должна дойти (за доли секунды) до противоположной поверхности тела, отразиться и вернуться обратно к месту взрыва. Уже опубликованы результаты соответствующих работ (к примеру, проведенных во всемирно авторитетной Ливерморской нацлаборатории - LLNL), которые демонстрируют негативную роль этого неустранимого фактора.
Направление выброса материала (также порождающего толчок), как следствия взрыва, существенно зависит от формы астероида и локального рельефа его поверхности. Преимущественно радиального (т.е. максимально действенного) выброса можно всегда ожидать лишь для сферического тела. В комплекте же с осевым вращением далекого от сферы астероида это направление труднопредсказуемо и поэтому не гарантирует его соответствия цели мероприятия - там ведь не будет известного киноактёра, который таскает бомбу по камням, выбирая оптимальное место... Например, при выбросе «вперёд», близком по направлению к касательной по отношению к усреднённому «контуру» объекта, его воздействие приведёт, в основном, лишь к ускорению или замедлению осевого вращения и компенсации действия самого взрыва.
Предложение создавать предварительную «воронку» тоже не спасает на крупномасштабных неровностях. А это означает, что и такой сопровождающий эффект далеко не обязательно помогает решению задачи. Все вышеприведенные доводы вряд ли невдомёк апологетам такого подхода. Но они, казалось бы, достаточны для полных и окончательных похорон этого «троянского коня», направленного на ядерную милитаризацию космоса. Тем не менее, снова и снова его пиарят вполне солидные люди и организации...
Второй из методов, основанных на единоразовом (импульсном) воздействии с целью порождения отклоняющей ударной волны, называется «кинетическим импактом» или «высокоскоростным соударением». Он заключается в «выстреле» по астероиду со скоростью несколько десятков километров в секунду (относительно мишени) многотонным ударником-импактором. Основная привлекательность этого метода состоит в возможности использования того (с одной стороны неутешительного...) факта, что высокие скорости астероидов относительно Земли уже объективно существуют, ввиду хотя и пересекающихся, но всё же разных орбит. Поэтому останется по большей части лишь «подставить» импактор под удар, выведя его на курс опасного астероида и не затрачивая огромного количества топлива для разгона. Воодушевила специалистов на применение для столь амбициозного сценария успешная миссия НАСА 2005 года по ударному выбросу материала (для его наблюдательного изучения) из ядра кометы Темпеля.
В данном случае прежняя успешность подтверждает возможность попадания небольшим ударником в достаточно большое кометное ядро, но не более того. А для целей отклонения - выглядит как будто привлекательно, но лишь до стадии разбора всё тех же деталей.
Они указывают на то, что по эффективности импактный метод намного уступает вышеописанному ядерно-взрывному, будучи бесперспективным для коррекции орбит крупных астероидов и комет. В самом деле, если, к примеру, мысленно отмасштабировать процесс удара высокоскоростным и тяжёлым импактором по субкилометровому астероиду до лабораторного варианта, то он будет примерно равносилен выстрелу из пистолета (с учетом в десятки раз меньшей скорости пули) в весьма массивный (несколько тонн) подвешенный мешок, наполненный разного размера камнями, плохо перемешанными с песком и пылью.
Скорее всего, столь простой эксперимент покажет, что такой мешок при этом вообще не шелохнётся. Пока что сведения о подобных опытах отсутствуют, хотя их проведение и не выходит за пределы возможностей известной по познавательным телепередачам команды «Мифбастер». Но, тем не менее, логично предположить что и достаточного отклонения астероида в реальной ситуации не произойдёт, разве что, если он будет минимальной массы. И это - несмотря на на то, что максимальный запас кинетической энергии в импакторе будет сопоставим с требуемыми для отклонения ориентировочными величинами, которые приведны выше. Виной в этом все те же причины, что и вероятно снивелируют действие взрыва - неоднородность и разномасштабная пористость материала астероида (или кометы), делающие исключительно рыхлой его «анатомию». Всё это делает такой метод немасштабируемым, так как, уже начиная с размеров мишени в несколько сотен метров, он будет требовать недостижимых на практике скоростей сверхмассивных импакторов.
По поводу считающегося «дополнительным» выброса материала можно привести практически такие же аргументы, что и для ядерно-взрывного подхода: управлять высокоскоростным и тяжёлым импактором на стадии подлёта с целью попадания в нужную для действенного выброса зону вращающейся сложной поверхности будет весьма проблематично. Наконец, согласно рассчётам, несмотря на мгновенность воздействия, результата полного отклонения всё равно придется ждать годами и десятилетиями (то есть всегда необходимо «выстреливать» импактором по астероиду задолго до ожидаемого момента катастрофы) даже при не самом большом его размере. Поскольку требуемая для диаметра Земли «промашка» возникнет не сразу, а будет постепенно возрастать по мере движения астероида по орбите.
Продолжение: Часть 2