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

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.

Указанные выше РЛС РКО, а при необходимости специально созданные с использованием отработанной технологии и сложившейся кооперации средства в комплексе с имеющимися командно-вычислительными центрами могут составить основу системы информационного обеспечения космической деятельности России и других государств в XXI в. Эти РЛС, работая совместно с оптическими средствами, могут обеспечить решение задач обнаружения и каталогизации потенциально опасных объектов, определения параметров их движения, наведения на них перехватчиков или транспортных кораблей. РЛС могут также осуществлять наблюдение за космическим мусором, получать информацию об аварийных ситуациях в космосе и данные для проведения восстановительных и спасательных работ, в том числе данные для управления запусками и посадками космических аппаратов.

Энергетические возможности созданных в России мощных дежурных РЛС системы предупреждения о ракетном нападении и противоракетной обороны позволяют обеспечить обнаружение и устойчивое сопровождение в штатном режиме работы космических объектов размером 10 м и типичным для АСЗ радиолокационным альбедо 0,1–0,2 на дальностях до 22 тыс. км, 100 м — до 71 тыс. км, 1000 м — до 223 тыс. км. При использовании в РЛС режима накопления сигнала дальность обнаружения космических объектов диаметром 1 км может быть доведена до 1–5 млн км. Дальнейшие возможности увеличения дальности действия при работе по астероидам ограничены способностью РЛС осуществлять когерентное накопление сигналов и, по-видимому, потребуют существенной аппаратурной модернизации существущих РЛС или создания новых специализированных РЛС на основе разработанных технологий.

Наибольшая эффективность использования средств и систем РКО может быть достигнута при объединении усилий в этом направлении России и США, а также учета внешних целеуказаний по известным потенциально опасным объектам от оптических средств наблюдений.

6.4. Проекты систем космического базирования для обнаружения объектов, сближающихся с Землей

Необходимость надежного обнаружения опасных небесных тел выдвигает перед космическим сегментом наблюдения множество далеко не простых требований: по обеспечению непрерывности контроля космического пространства, дальности обнаружения, оперативности, точности определения траекторий и других характеристик небесных тел и т. д. Анализу некоторых из этих требований было посвящено несколько работ отечественных экспертов (например, [Ковтуненко и др., 1994; 1995; Добров и др., 1996]). В настоящее время в мире ведутся интенсивные проработки таких технологий.

Основное преимущество телескопов, расположенных в космосе, — возможность оперативной работы и отсутствие влияния важных факторов для наземных наблюдений: погоды, времени суток, Луны и наличия земной атмосферы. Считается, что наилучшее размещение для телескопов космического базирования с целью обнаружения и наблюдения астероидов, опасных для Земли, — в треугольных точках Лагранжа на орбите Луны и/или на орбитах, подобных орбите Венеры [NASA report, 2007].

Основные проблемы создания космических телескопов — это высокая стоимость запуска, малый срок службы (7–10 лет) и риски, связанные с доставкой на орбиту и развертыванием космического аппарата, а также зависимость от устойчивости канала связи телескопов с Землей.

В последние годы особое внимание уделяется телескопам инфракрасного (ИК) диапазона. Астероиды большую часть (до 85 %) лучистой энергии, получаемой от Солнца, переизлучают в ИК-диапазоне, поэтому ИК-телескоп, использующий детекторы с высокой квантовой эффективностью, позволяет обнаруживать опасные астероиды на гораздо больших расстояниях по сравнению с оптическими телескопами того же размера. Это же обстоятельство (астероиды излучают в основном в ИК-диапазоне) обусловливает более высокую точность (по сравнению с видимым диапазоном) определения размеров астероидов. Действительно, разница оценок альбедо 0,1 или 0,2 предполагает разницу в диаметрах астероидов в 1,4 раза, а разница альбедо 0,9 или 0,8 означает размах в оценках диапазона всего на 5 %.

ИК-телескопы, размещенные в космосе, имеют все те же преимущества, что и оптические. ИК-технология развивается быстро. Как показано в отчете НАСА за 2007 г. [NASA report, 2007], ИК-технологии столь перспективны, что при использовании только ИК-телескопов, работающих на орбите Венеры или в точке Лагранжа L1 системы Земля — Луна, можно обеспечить обнаружение почти всех АСЗ даже без расширения сети наземных телескопов. В любом случае, телескопы космического базирования должны работать совместно с наземной сетью наблюдений.

Оценки, проведенные экспертами НАСА, показывают, что даже один постоянно работающий космический ИК-телескоп сравнительно среднего размера (0,5–1 м) может обеспечить за 10 лет работы обнаружение 90 % АСЗ с размерами более 140 м.

Конкретный пример планируемой ИК-системы — это NEOCam (The Near-Earth Object Camera) — камера ближнего ИК-диапазона, размещенная в точке Лагранжа L1 системы Земля — Луна. NEOCam будет использована для наблюдения и обнаружения потенциально опасных для Земли объектов. NEOCam состоит из 50-см ИК-телескопа, пассивно охлажденного до 30 К, рабочий диапазон 6–10 микрон. Предполагается, что NEOCam обнаружит 78 % потенциально опасных для Земли объектов с диаметрами больше 140 м за 5 лет работы. В случае продолжения миссии еще на 5 лет будет обнаружено около 90 % потенциально опасных тел. NEOCam чувствительна к широкому диапазону альбедо и сможет сканировать недоступные для наземных наблюдателей области небесной сферы. Принципиальное отличие от оптических систем — использование ИК-диапазона — позволяет напрямую определять физические характеристики астероидов [Mainzer et al., 2006]. Возможность установки телескопов космического базирования рассматривалась также в работах [Bidstrup et al., 2006; Jedicke et al., 2006].

В работе [Tedesco et al., 2002] смоделированы возможности ИК-наблюдений астероидов из космоса, даны количественные оценки перспектив обнаружения астероидов при использовании ИК-телескопов.

Микроспутник NEOSSat (The Near-Earth Object Surveillance Satellite, Канада) предполагается использовать для обнаружения и наблюдения астероидов, сближающихся с Землей, и астероидов, орбиты которых лежат внутри орбиты Земли. Предполагаемая дата запуска микроспутника — 2011 г. Этому микроспутнику будут доступны объекты 19,5m при более чем 100-кратном суммировании единичных изображений. Основное важное требование для этого телескопа — наблюдать внутри угла 45° по направлению от Солнца (для лучшего обнаружения объектов, находящихся на орбитах внутри орбиты

Земли) и возможность 20-градусного отклонения от антисолнечного направления. Тестовые испытания проводятся с помощью микроспутника MOST (Microvariability and Oscillations of Stars). Этот микроспутник — совместный проект Организации оборонных исследований и разработок Канады и Канадского космического агентства. Спутник имеет двойное назначение — астрофизическое (поиск экзопланет и изучение пульсаций звезд) и наблюдения околоземных объектов. В программе работы — обнаружение и слежение за околоземными астероидами (Near-Earth Space Surveillance: NESS) и получение информации о координатах искусственных спутников Земли, находящихся на высоких (15 000–40 000 км) орбитах. Для обнаружения околоземных объектов на орбитах внутри орбиты Земли используется 15-см телескоп.

Опишем теперь некоторые российские проекты космических систем обнаружения.

Для обеспечения регистрации потенциально опасного космического объекта космическими средствами, как правило, используются два подхода. Первый аналогичен проектированию обзорных систем в наземном телескопостроении: предлагается использовать оптический инструмент с максимально возможным полем зрения. К такому типу инструментов относятся описанные выше зарубежные проекты космического базирования. Второй подход использует так называемый барьерный принцип, аналоги которому можно найти и в наземных системах обнаружения. Этот подход ориентирован на своевременное обнаружение опасных небесных тел (ОНТ) на каком-то предельном расстоянии от Земли с помощью оптического барьера, создаваемого несколькими телескопами. Ниже предлагается обзор двух проектов. Один разрабатывается в НПО им. С. А. Лавочкина [Добров и др., 1996] и относится к первому типу, другой разрабатывается в ЦНИИМаш [Емельянов, Меркушев 2005] и относится ко второму типу.