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

Проявив некоторый оптимизм и предположив безотказную работу ЭРДУ в течение 4 лет, получим соответственно потребную мощность батарей, равную ≈ 12 кВт, что при размерах панелей солнечных батарей ≈ 11 × 11 м уже вполне приемлемо. Для полноты представления оценим дополнительно требуемый запас рабочего тела ЭРДУ, исходя из весьма консервативной оценки удельного импульса величиной J ≈ 2000 c. Тогда для создания тяги 300 гс в течение года потребуется масса рабочего тела, равная Mp = Fptp/J ≈ 4,5 т, что тоже не выходит за рамки возможного.

Разумеется, все эти оценки являются нижним пределом, поскольку не учитывались эффекты вращения астероида и прочие факторы, приводящие в конечном счете к неизбежным потерям при реализации потенциальных возможностей. Хотя рассмотренные модельные примеры могут показаться несколько искусственными, тем не менее, они позволяют сделать некоторые выводы и предложения.

10.7.5. Результаты рассмотрения модельных схем противодействия.

1. Схемы увода объектов, даже минимальных размеров, в ситуациях перехвата явно не могут быть реализованы при текущем состоянии технологических средств космической техники. Опыт освоения космического пространства за прошедшее пятидесятилетие показывает, что упомянутая задача не может быть реализована также и в ближайшее пятидесятилетие при прогнозируемом развитии космической технологии.

2. В ситуациях прямого столкновения, по-видимому, единственной мыслимой возможностью предотвращения удара астероида по Земле является использование ядерного взрыва с целью разрушения опасного тела. Однако многочисленные работы приводят весьма противоречивые данные результатов воздействия ядерного взрыва [Губарев, 2008]. Поэтому необходимо предельно ясно сознавать, что практическое применение ядерного воздействия может состояться лишь после проведения обстоятельных теоретических исследований и экспериментов с ядерными взрывами в условиях космического пространства.

3. Для снижения требований к энергетике средств активного противодействия и их доведения до разумных пределов необходимо использовать схему маневра и всемерно увеличивать резервное время tr. Однако это заставляет отодвигать дальнюю границу обнаружения опасных объектов, которую желательно расширить хотя бы до 1–1,5 а.е. Тогда, приняв в качестве нижней границы размеров угрожающего объекта 100 м, логично сделать вывод о необходимости применения достаточно мощных оптических телескопов с апертурой ∼ 2 м и более, способных фиксировать слабые объекты на уровне видимых звездных величин порядка 23–24m.

Эти требования следует предъявлять не только к наземным средствам наблюдения, но и к аналогичным средствам космического базирования [Chesley, 2006] (что обеспечит их эффективность и будет оправдывать затраты на развертывание).

4. Работа средств обнаружения астероида должна являться составной и неотъемлемой частью комплекса, решающего проблему точного определения и прогнозирования текущих координат астероида, обеспечивающего надежную и заблаговременную оценку обстоятельств тесного сближения астероида с Землей.

В целом рассмотрение модельных ситуаций, проведенное в данном разделе, показывает, что в настоящее время задача оперативного противодействия прямому удару гектометрового астероида по Земле практического решения не имеет, а ее перспективы на ближайшие десятилетия весьма сомнительны. Кроме того, можно ожидать, что каждый случай космической угрозы будет в той или иной степени уникальным и потребует своего подхода.

10.8. Задачи увода реального угрожающего объекта

Недавнее обнаружение астероида Апофис показывает, что близкий пролет астероида, хотя и не задевающего Землю, оказывается весьма опасным ввиду возможных резонансных возвратов, рассмотренных в главе 7. Как было показано выше в этой главе, противодействовать ситуации резонансного возврата существенно легче, чем осуществлять перехват. Хотя резонансные возвраты уже рассматривались в главе 7, тем не менее полезно вернуться к этому вопросу и привести некоторые дополнительные сведения.

На рис. 10.11 приведена схема прогнозируемого близкого пролета астероида Апофис мимо Земли в 2029 г. и показано изменение вектора скорости астероида при гравитационном взаимодействии астероида с планетой.

Изменение скорости астероида по направлению и величине означает появление его новой гелиоцентрической орбиты в результате сближения с Землей. Вследствие неизбежных ошибок определения орбиты и ее последующего прогноза астероид может иметь различные значения прицельного расстояния. На рис. 10.11 возможные отклонения от номинального значения прицельного расстояния показаны жирной прямой, перпендикулярной относительной скорости астероида (так называемая линия вариации прицельного расстояния). Длина отрезка этой прямой составляет несколько тысяч километров. Виртуальные (возможные) астероиды, прошедшие через различные точки прямой, обогнут Землю на разных расстояниях. В зависимости от величины этого расстояния Земля по-разному изменит гелиоцентрическую орбиту астероида. Внутри возможного разброса входных траекторий находится зона резонансного возврата (ЗРВ) (то же самое, что и «замочная скважина» в главе 7), размеры которой (∼ 600 м) показаны на врезке слева. Если Апофис пройдет через нее 13 апреля 2029 г., то через 7 лет (в 2036 г.) астероид столкнется с Землей.

Точное место удара по Земле в 2036 г. зависит от того, через какую именно точку зоны резонансного возврата пройдет Апофис в 2029 г. Все возможные точки столкновения расположены в полосе, имеющей ширину ∼ 60 км. По сути дела, трасса возможного удара является как бы проекцией зоны резонансного возврата на Землю, и ее вид показан на рис. 10.12 (см. вклейку) [Schweickart, 2006].

Рис. 10.11. Изменение орбиты астероида Апофис при сближении с Землей

По имеющимся оценкам, энергетический эквивалент падения Апофиса составляет∼ 800 Мт ТНТ [Chesley, 2006]. Выделение такой энергии вызовет региональную катастрофу на суше или катастрофическое цунами в океане. Характер трассы возможного удара, показанный на карте мира, ясно демонстрирует межгосударственный масштаб бедствия. В случае, если пролет астероида в 2029 г. произойдет недалеко от ЗРВ, то в 2036 г. он испытает новое опасное сближение с Землей.

Таким образом, выявленная возможность столкновения с Апофисом в 2036 г. (и это — после, казалось бы, благополучного пролета астероида мимо Земли) ставит перед человечеством две серьезные задачи. Первая из них — это заблаговременное прогнозирование траектории Апофиса с такой точностью, которая гарантирует получение ясного ответа на вопрос: возможно ли (и насколько вероятно) прохождение Апофиса в 2029 г. через ЗРВ? Вторая задача возникает в случае высокой вероятности такого развития событий. Она сводится к проведению такой коррекции орбиты, которая исключит удар по Земле в 2036 г. Поскольку протяженность ЗРВ составляет менее километра, то в идеальном случае достаточно скорректировать траекторию Апофиса так, чтобы прицельное расстояние изменилось всего лишь на несколько километров, и это устранит опасность.

Однако ясно, что на практике как определение орбиты, так и выполнение коррекции неизбежно будут выполняться с некоторыми и, возможно, не такими малыми ошибками. Поэтому возникает необходимость определения максимально допустимых ошибок требуемой коррекции. Анализ обстоятельств различных возможных сближений Апофиса с Землей в 2029 г. показал, что ЗРВ, представленная на рис. 10.11, оказывается в околоземном пространстве не единственной, и на самом деле таких зон в окрестности Земли имеется довольно много [Chesley, 2006].

На рис. 10.13 показаны результаты расчетов расположения ЗРВ на прямой, вдоль которой откладываются значения прицельного расстояния (линия вариации прицельного расстояния (рис. 10.11)). Часть ЗРВ располагается за пределами области рассеивания прицельных расстояний, изображенной на рис. 10.11. Каждая зона отвечает возможным возвращениям Апофиса к Земле в том или ином году, а масштабом на этих линиях выбран радиус Земли Rз, равный Rз = 6378 км. Поэтому коррекция орбиты Апофиса, исключающая его возвращение в 2036 г., должна учитывать общую картину расположения зон резонансных возвратов во избежание попадания в ту или иную ЗРВ.

На рис. 10.13 видно постепенное сокращение размеров ЗРВ по мере поступления новых наблюдений Апофиса. Сплошной линией показан интервал, равный ±σ, а пунктир отмечает рассеивание в пределах ±3σ. Можно видеть, что на исходной стадии уточнения орбиты (февраль 2005 г.) ошибка прицельного расстояния могла достигать ∼ 3,6Rз. В этих пределах находились ЗРВ, соответствующие столкновениям с Землей от 2034 г. до 2048 г. По мере уточнения орбиты, закончившегося к августу 2005 г., область рассеивания сокращалась, и к концу интервала она охватывала лишь одну ЗРВ 2036 г. Среднеквадратичная ошибка величины прицельного расстояния составила σ ∼ 725 км. Следует отметить, что в настоящее время эта ошибка имеет величину ∼ 350 км (см. главу 7).