Аннотация: Проблема построения противоастероидной защиты. Обсуждаемо.
--
Система космической обороны
Введение
Фактически, проблема разработки системы противоастероидной обороны состоит из трёх подпроблем:
а)как найти мелкую, а порой темную каменюку в большом космосе?
б)как определить опасность этой конкретной каменюки в настоящем и будущем?
в)как ликвидировать опасность?
Пройдём по пунктам.
Первое. Найти.
Стоит для начала заметить, что метеороиды, способные пробить атмосферу и устроить импакт-событие, начинают свой размер от десятков метров. Менее крупные угрозы не несут, так как становятся метеорами, а не метеоритами, то есть безвредно сгорают в атмосфере. Нижней границей угрожающих размеров можно считать размер челябинского метеорита - около 20 метров. Менее крупные, пусть и падают значительно чаще, не являются столь опасными - наиболее опасной угрозой от них является выпадение мелких обломков после воздушного высотного взрыва. К сожалению, и 20 метров значительно меньше ныне принятой границы в 100-150 метров для потенциально опасных объектов, но и такие небольшие астероиды, как известно, могут причинить значительный локальный вред.
Также стоит заметить, что астероиды, входящие в группу потенциально опасных объектов(ПОО), могут относиться к разным спектральным классам астероидов. Для системы ПКО важно то, что среди них могут попадаться как светлые заметные астероиды, так и темные, например, класса С.
Ну и последним по списку, но не по значению является то, что немалая часть астероидов, входящих в список ПОО, плохо заметна при наблюдении с Земли. В частности, группа Атонов пересекает земную орбиту только на верхней части своей орбиты, обращаясь всё остальное время внутри, ближе к Солнцу, и тем самым отражает в сторону Земли лишь малую часть солнечного света, освещающего астероид, или вообще скрывается за Солнцем. Большинство же обнаруженных потенциально опасных объектов обнаружены при таком первом пролёте.
В принципе, для поиска малых тел в Солнечной Системе уже давно известны и применяются следующие методы - наблюдение звёздного неба в оптическом и инфракрасном диапазонах. Наблюдение звёздного неба в оптическом диапазоне с целью поиска и отслеживания малых тел обычно проводится наземными телескопами. Но их мощности и количества недостаточно для поиска малых тел.
Кроме того, возможно использовать радиотелескопы для радиолокации астероидов, но это осложняется большим расстоянием до них, вызывающем очень значительную задержку сигнала, которая при использовании наземных телескопов вынуждает использовать два радиотелескопа на большом расстоянии друг от друга, один в качестве передающего, второй в качестве принимающего. По той же причине радиотелескопы должны быть очень мощными - такими по всему миру является всего несколько телескопов.
В любом случае, астрономическое сообщество по всему миру работает на эту задачу уже длительное время, используя как наземные, так и космические(WISE, NEOSSat) инструменты. Вопрос о их достаточности будет рассмотрен ниже.
Вторая проблема. Определить угрозу.
Для того, что понять, угрожает астероид Земле или нет, необходимо точно знать его орбиту(зарегистрировать его). Это требует достаточно длительного наблюдения за каждым объектом, так как текущая орбита небесного тела строится по нескольким её точкам, в которых находился объект в момент наблюдения. Чем дольше и с бОльшей точностью наблюдается астероид, тем точнее можно определить его текущую орбиту. БОльшую точность обеспечивают телескопы бОльшего разрешения и работающие с меньшим числом помех, например, орбитальные телескопы.
Проблема дополняется тем, что крупные тела Солсистемы, в частности, для околоземных объектов(NEO - Near Earth Objects) это Земля и другие внутренние планеты, влияют на орбиты малых тел. В результате безопасный NEO может стать угрожающим, впрочем, как и угрожающий безопасным. Но погрешности в расчёты орбит это в любом случае вносит.
Кроме того, далеко не всякий угрожающий объект является опасным. Так, астероид класса Челябинского опасен только при импакте в населённых местах, и является безопасным при падении где-нибудь в ненаселенных районах. Но точность определения орбиты для такого уточнения опасности требуется ещё более высокая. В частности, поэтому в класс ППО внесены только объекты размером более 150 м, способные принести глобальный вред планете. Но этого всё-таки недостаточно.
Третья проблема. Ликвидировать.
Астероиды, при всей малости по сравнению с планетами, практически невозможно уничтожить. Все имеющиеся концепции предлагают либо разрушать астероид на более мелкие части, которые не нанесут урона Земле, либо отклонять с опасной траектории. Отклоняющие способы также делят на прямые и непрямые. Прямыми называют способы, обеспечивающими непосредственный перехват. Непрямые способы требуют создания двигательной системы на или около астероида.
Вот краткое перечисление прямых методов перехвата:
--
Атомная бомбардировка
--
Кинетическая бомбардировка
--
Использование сфокусированной солнечной энергии
Естественно, прямые методы являются более быстродействующими.
Постановка задачи
Что же требуется от системы контрастероидной защиты?
1)Защитить планету от астероидов, несущих угрозу глобального масштаба(размеры от сотен метров и выше).
2)Защитить отдельные территории от астероидов, несущих угрозу локального масштаба(размеры от десятков метров до сотен метров).
Решение
Рассмотрим несколько возможных ситуаций, ранжировав их по дальности обнаружения опасности.
В таком случае их четыре: необнаружения до входа в атмосферу; обнаружение на малой дистанции, несколько часов до входа в атмосферу; обнаружение менее чем за один виток орбиты ПОО; обнаружение более чем за один виток орбиты ПОО.
1. Необнаружение
Необнаружение опасного объекта до момента входа в атмосферу характерно на настоящий момент для всех объектов малых размеров(до 150 м), как, например, Чебаркульского метеорита. Это связано как с их малыми размерами, затрудняющими обнаружение, так и с необходимостью постоянно контролировать зарегистрированные объекты, т. к. их орбита постоянно изменяется под действием Солнца и прочих тел Солсистемы. В принципе, более крупные объекты, вроде астероидов размером до 1 км, на данный момент точно так же попадают в эту группу.
От обнаружения в этой ситуации до импакт-события проходит несколько минут, что не позволяет в настоящий момент как-либо и чем-либо среагировать на опасность. На настоящий момент единственным способом реакции на такие объекты является распространение предупреждения об импакт-событии в зоне поражения.
Возможным путем противодействия угрозе в такой ситуации является разворачивание наземной или воздушной противокосмической обороны для защиты наиболее чувствительных мест человечества, таких, как крупные города. Естественно, такая оборона применима только против малых объектов, их фрагментов или фрагментов ПОО.
2. Обнаружение на малой дистанции за пределами атмосферы.
Такая ситуация характерна для условно опасных объектов малых размеров и ПОО малых размеров при наличии работающей и быстродействующей системы мониторинга околоземного пространства. Такая система требует достаточно мощных телескопов орбитального базирования. Близким примером такого телескопа является запущенный в 2013 канадский спутник NEOSSat и инфракрасный телескоп WISE.
Кроме того, стоит отметить, что именно обнаружение перед или непосредственно при близком пролёте на данный момент является наиболее эффективным и часто срабатывающим методом регистрации объектом размеров от десятков метров при наблюдении с Земли.
Противодействие угрожающему объекту в таком случае возможно с использованием быстродействующей системы атомного или кинетического перехвата орбитального или лунного базирования. Примером такой системы является ОССИАГ с импакт-трекерами, оснащенными ядерноэлектрическими ТЭМами.
При этом значительную роль в определении параметров перехвата играет размер объекта. Малые объекты - порядка десятков метров - могут быть разрушены на фрагменты, полностью сгорающие в атмосфере. Более крупные объекты разумнее не разрушать, а отклонять.
3. Обнаружение опасности на дистанции менее одного витка.
Эта ситуация и последующая близки тем, что именно на эти ситуации сейчас рассчитываются все методы отклонения астероидов, а размер астероида не является такой важной характеристикой, как в первых двух случаях.
В этой ситуации зарегистрированный наземными или космическими телескопами объект после очередного пролёта и/или измерения признаётся угрожающим Земле. Стоит отметить, что для астероидов и метеороидов, обращающихся по большей части ниже орбиты Земли, требуется использовать средства регистрации с более близких к Солнцу орбит. Примером такого средства можно считать готовящийся к запуску в 2016-м орбитальный телескоп Sentinel, разрабатываемый в некоммерческой организации B612.
В данном случае требуется использовать прямые методы перехвата. Наиболее доступными сейчас являются атомная и/или кинетическая бомбардировка угрожающего астероида, т. к. околосолнечные лазерные системы DE-STAR или электромагнитные катапульты на Луне в настоящее время отсутствуют. В перспективе именно солазерные системы DE-STAR являются наиболее удачной системой противоастероидной защиты дальнего рубежа.
4. Обнаружение опасности на дистанции более одного витка.
В этом случае стоит использовать непрямые методы перехвата для значительной коррекции орбиты астероида и выведении его из класса потенциально угрожающих Земле объектов.
Это требует для отклонения всего лишь одной АМС, но при этом необходима очень эффективная и чувствительная система мониторинга малых околоземных тел.
Вывод
Для построения системы противоастероидной защиты требуется:
1)Разворачивание международной системы поиска малых тел Солсистемы в окрестностях Земли, позволяющей надежно регистрировать и контролировать объекты размером от десяти-пятнадцати метров. Таких объектов во внутренней части Солсистемы более 10000000.
Для этого необходимы как наземные телескопы, так и телескопы орбитального околоземного базирования, и телескопы орбитального околосолнечного базирования. Это наиболее масштабная и необходимая часть системы противоастероидной защиты, в настоящий момент воплощаемая.
2)Разворачивание систем, позволяющих прямой перехват астероидов, предположительно орбитального или лунного базирования. Это позволит перехватывать угрожающие объекты на всех доступных расстояниях.
3)Подготовку проектов систем непрямого перехвата астероидов.
4)Разработку и создание систем противокосмической обороны высокой готовности, позволяющей перехватывать малые объекты и фрагменты ПОО в атмосфере.