Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра - Борис Шустов

Опыт работы специализированных инструментов показывает, что для целей мониторинга на переоборудуемом телескопе хорошо подходит ПЗС-матрица с числом пикселов не менее 2048 × 2048, с размером пиксела около 16 × 16 мкм и охлаждением 2– или 3-каскадным элементом Пельтье.

Теперь обозначим проблему, не связанную с переоснащением телескопа, но от решения которой также будет зависеть успешность превращения обычного астрономического телескопа в средство мониторинга. Это программное обеспечение. В течение ночи при работе системы мониторинга с максимальной эффективностью количество информации будет исчисляться гигабайтами. При этом информация об обнаруженных объектах должна появляться уже после второго сканирования одной и той же части неба и проверяться после третьего сканирования. Поэтому к программному обеспечению по обработке изображений будут предъявляться очень жесткие требования по быстродействию, так как информацию нужно получать практически в реальном времени. У нас в стране проблема получения информации в реальном времени решена на отдельных малых обзорных инструментах (например, роботизированная система MASTER (Mobile Astronomical System of the Telescope-Robots [http://observ.pereplet.ru/]). С увеличением апертуры обзорных инструментов требования к быстродействию программного обеспечения будут более жесткими. Чтобы на каждой обсерватории не занимались созданием своего программного обеспечения, нужно решить проблему оснащения переоборудованных телескопов обнаружения унифицированным программным обеспечением. Например, такое программное обеспечение сейчас создается в ГАО РАН с учетом собственного наблюдательного опыта и опыта других наблюдателей и программистов (программа «Апекс»).

Рассмотрим теперь требования к системам сопровождения (мониторинга). Поскольку предполагается массовое обнаружение объектов и оперативное определение их предварительных орбит, возникает задача оперативного «подхватывания» таких объектов и их сопровождения до получения достаточной информации для уточнения орбиты и последующей каталогизации объектов. Объекты достаточно яркие (ярче 20m) могут сопровождаться большим количеством телескопов умеренного размера, которые уже есть в мире. Это и профессиональные инструменты и даже инструменты продвинутых любителей астрономии.

Объекты более слабые (20–22m) могут сопровождаться только достаточно крупными (более 1 м в диаметре) и, как правило, профессиональными инструментами. Такие инструменты работают обычно по своим программам, и их участие в регулярных наблюдениях потенциально опасных объектов может быть обеспечено только включением в наблюдательную программу федерального масштаба.

Объекты 22–24m могут сопровождаться инструментами с апертурой около 2 м и более. Таких инструментов в нашей стране единицы: это инфракрасный телескоп АЗТ-33ИК (ИСЗФ) с апертурой 1,7 м в Мондах, 2-м телескоп Цейсс-2000 (ТФ ИНАСАН) в Терсколе, 6-м телескоп в Архызе (САО), российско-турецкий 1,5-м телескоп, установленный недалеко от Антальи. Все эти телескопы также задействованы в научных наблюдательных программах, не связанных с регулярными наблюдениями опасных небесных тел. Поэтому очевидно, что вместе с проектированием телескопов обнаружения целесообразно проектировать и телескопы слежения. Телескопы слежения в принципе гораздо менее дорогостоящие, чем телескопы обнаружения. Требования к ним несколько другие. Рассмотрим их.

Предельная звездная величина телескопа слежения должна быть такой же или больше, чем у телескопа обнаружения. Это связано с тем, что получение достоверной информации о слабом объекте требует повышения отношения сигнал/шум. Это может быть достигнуто, с одной стороны, увеличением светового диаметра, а с другой — увеличением времени экспозиции (для телескопов обнаружения оно мало — не более 1 мин).

При полях зрения в несколько градусов в системе обнаружения для регистрации изображений должен использоваться приемник излучения гигапиксельных размеров. Это даст на выходе от нескольких до десятков гигабайт информации с одного изображения. Оперативная обработка такой информации возможна, но для обеспечения оперативности всей системы «обнаружение + слежение» желательно, чтобы оба телескопа работали в одном комплексе, т. е. были смонтированы в одном месте. Поле зрение телескопа слежения при этом можно уменьшить в несколько раз без потери эффективности. Это позволит несколько сократить расходы и, например, обойтись одной и не очень дорогой ПЗС-матрицей.

6.3.3. Наземная радиолокационная подсистема сопровождения АСЗ. Современные радиолокаторы могут, независимо от времени суток и метеоусловий, выполнить задачу уточнения орбит, определения размеров, скорости собственного вращения, формы и состава астероидов, пролетающих очень близко к Земле — на расстояниях менее 15–20 млн км. Такие астероиды очень быстро — за считанные часы — пересекают барьер обнаружения, так что их орбиту не удается определить достаточно точно, чтобы сформировать целеуказание наземным телескопам на ближайший благоприятный для наблюдений период. В западном полушарии такие радиолокаторы есть и уже работают по АСЗ. Это радиолокационная станция (РЛС) в Аресибо (ПуэртоРико), принадлежащая радиоастрономической обсерватории, и РЛС в Голд-стоуне (Калифорния), принадлежащая НАСА. Последний радиолокатор более пригоден для рассматриваемой цели, так как имеет поворотную антенну и, следовательно, более широкий рабочий сектор. В восточном полушарии имеется планетный радиолокатор в Евпатории, принадлежащий Украине, и РЛС FGAN в Германии. Вблизи Уссурийска установлена 70-м антенна дальней космической связи, такая же, как в Евпатории, на базе которой создается радиолокатор. В табл. 6.4 приведены для сравнения основные характеристики РЛС в Голдстоуне и Евпатории.

Дальность действия РЛС в Голдстоуне по астероиду километровых размеров оценивается в 15 млн км. Рассчитывать на существенное (на порядок или в несколько раз) увеличение дальности по АСЗ при разумных затратах энергии не приходится. Для зондирования АСЗ используются попеременно гладкие (для измерения доплеровской скорости) и ФМ— (фазоманипулированные, для измерения дальности и скорости) импульсы. Интересно отметить, что в 1989 г. на РЛС в Аресибо и Голдстоуне были проведены удачные эксперименты по получению радиоизображений астероида 1989 РВ на дальностях 5,5–8,5 млн км. Для получения изображений требуется отношение сигнал/шум того же порядка, что и для обнаружения (порядка 20), но не по телескопу в целом, а по каждому элементу разрешения. Поэтому предельные дальности для этого режима будут гораздо меньше. В России имеются две крупные (64 м) антенны, пригодные для создания радиолокационных станций наблюдения астероидов — в Медвежьих Озерах под Москвой и в Калязине (Тверская обл.), хотя их более северное расположение ограничивает зону наблюдения плоскости эклиптики в летние ночи и зимние дни. Кроме того, перспективы доработки и использования их в качестве радаров совершенно неясны.

Одной из областей высоких технологий, в которой Россия лидирует или находится на уровне США, является технология создания высокопотенциальных радиолокаторов с фазированными антенными решетками (ФАР), работающих в различных частотных диапазонах — от метрового до миллиметрового. По некоторым данным наличие в России отработанных и постоянно развивающихся технологий позволяет создавать в короткие сроки РЛС с любыми заданными характеристиками, в том числе с большой дальностью действия, высокой точностью определения параметров движения наблюдаемых объектов и способностью распознавать эти объекты по нетраекторным данным. РЛС с ФАР отличаются от оптических систем возможностью работать в любое время суток и при любых погодных условиях, обладают существенно большими поисковыми возможностями и повышенной способностью измерять не только угловые координаты, но и расстояние до объекта и его радиальную скорость.

Такие радиолокаторы уже сегодня успешно функционируют в системах ракетно-космической обороны (РКО): системе предупреждения о ракетном нападении (СПРН), системе контроля космического пространства (СККП), системе и комплексах противоракетной обороны (ПРО), выполняя поставленные перед ними задачи по обнаружению боеголовок баллистических ракет и космических объектов с малыми отражающими поверхностями на достаточно больших расстояниях с обеспечением высокой точности определения параметров движения этих объектов.

Созданные и создаваемые в составе систем РКО уникальные радиолокационные станции, работающие в различных частотных диапазонах и расположенные во многих районах России и СНГ, развитая система передачи данных и связи, мощные вычислительные центры, а также накопленный в течение длительного периода разработки, создания и эксплуатации этих систем огромный научно-технический и технологический потенциал могут использоваться и в других областях жизнедеятельности общества в целях достижения устойчивого развития цивилизации и обеспечения глобальной безопасности.