Предотвращение столкновения с астероидом включает в себя методы, с помощью которых объекты, сближающиеся с Землей (ОСЗ), находящиеся на пути потенциального столкновения с Землей, могут быть отведены в сторону, предотвращая разрушительные события столкновения . Удар достаточно большого астероида или других ОСЗ может вызвать, в зависимости от места его падения, массивные цунами или многочисленные огненные бури , а также ударную зиму , вызванную эффектом блокировки солнечного света большого количества измельченной каменной пыли и другого мусора, помещенного в стратосферу . . Считается, что столкновение 66 миллионов лет назад между Землей и объектом шириной примерно 10 километров (6 миль) привело к образованию кратера Чиксулуб и спровоцировало событие мел-палеогенового вымирания , которое, по мнению научного сообщества, вызвало вымирание всех видов. нептичьи динозавры.
Хотя вероятность крупного столкновения в ближайшем будущем невелика, почти наверняка оно произойдет в конечном итоге, если не будут приняты защитные меры. Астрономические события, такие как удар Шумейкера-Леви 9 о Юпитер и Челябинский метеорит в 2013 году , а также растущее число околоземных объектов, обнаруженных и занесенных в таблицу рисков Sentry , привлекли новое внимание к таким угрозам. [1] Популярность фильма 2021 года «Не смотри вверх» помогла повысить осведомленность о возможности избежать ОСЗ . [2]
В 2016 году учёный НАСА предупредил, что Земля не готова к такому событию. [3] В апреле 2018 года Фонд B612 сообщил: «Мы на 100 процентов уверены, что нас столкнет разрушительный астероид, но мы не уверены на 100 процентов, когда». [4] Также в 2018 году физик Стивен Хокинг в своей последней книге « Краткие ответы на большие вопросы » назвал столкновение с астероидом самой большой угрозой для планеты. [5] [6] [7] Было описано несколько способов избежать столкновения с астероидом. [8] Тем не менее, в марте 2019 года ученые сообщили, что астероиды уничтожить гораздо сложнее , чем считалось ранее. [9] [10] Кроме того, астероид может собраться заново под действием гравитации после разрушения. [11] В мае 2021 года астрономы НАСА сообщили, что может потребоваться от 5 до 10 лет подготовки, чтобы избежать виртуального удара, на основе смоделированных учений, проведенных Конференцией по планетарной обороне 2021 года. [12] [13] [14]
В 2022 году космический корабль НАСА DART столкнулся с Диморфосом , сократив период обращения спутника малой планеты на 32 минуты. Эта миссия представляет собой первую успешную попытку отклонения астероида. [15] В 2025 году CNSA планирует запустить еще одну миссию по отклонению к околоземному объекту 2019 VL5 , астероиду шириной 30 метров, который будет включать в себя как космический корабль-ударник, так и космический корабль-наблюдатель. [16] [17]
Согласно показаниям экспертов Конгресса США в 2013 году, НАСА потребуется не менее пяти лет подготовки, прежде чем можно будет запустить миссию по перехвату астероида. [18] В июне 2018 года Национальный совет по науке и технологиям США предупредил, что Соединенные Штаты не готовы к столкновению с астероидом, и разработал и опубликовал «Национальный план действий по стратегии готовности объектов, сближающихся с Землей», чтобы лучше подготовиться. [19] [20] [21] [22]
Большинство усилий по отклонению крупного объекта требуют предупреждения от года до десятилетий, что дает время на подготовку и реализацию проекта предотвращения столкновений, поскольку ни одно известное оборудование планетарной защиты еще не разработано. Было подсчитано, что для успешного отклонения тела на траекторию прямого столкновения необходимо изменение скорости всего на 3,5/t × 10 -2 м·с -1 (где t — количество лет до потенциального столкновения). Кроме того, при определенных обстоятельствах необходимы гораздо меньшие изменения скорости. [23] Например, было подсчитано, что существует высокая вероятность того, что 99942 Апофиса пролетит мимо Земли в 2029 году с вероятностью 10 −4 и вернется на траекторию удара в 2035 или 2036 году. Затем было установлено, что отклонение от этого потенциального возвращения Траектория, за несколько лет до пролета, могла быть достигнута с изменением скорости порядка 10 -6 м·с -1 . [24]
Тест НАСА по двойному перенаправлению астероидов (DART), первая в мире полномасштабная миссия по тестированию технологий защиты Земли от потенциальных опасностей астероидов или комет, была запущена на ракете SpaceX Falcon 9 с космодрома 4 Восток на базе космических сил Ванденберг в Калифорнии. [25]
Удар астероида высотой 10 километров (6,2 мили) о Землю исторически приводил к событию уровня вымирания из-за катастрофического ущерба биосфере . Существует также угроза проникновения комет во внутреннюю часть Солнечной системы. Скорость удара долгопериодической кометы, вероятно, будет в несколько раз выше, чем у околоземного астероида , что сделает его воздействие гораздо более разрушительным; кроме того, время предупреждения вряд ли превысит несколько месяцев. [26] Удары объектов размером всего 50 метров (160 футов) в диаметре, которые встречаются гораздо чаще, исторически чрезвычайно разрушительны на региональном уровне (см. Кратер Бэрринджера ).
Прежде чем решить, какая стратегия является подходящей, также полезно выяснить материальный состав объекта. Такие миссии, как зонд Deep Impact 2005 года и космический корабль Rosetta , предоставили ценную информацию о том, чего ожидать. В октябре 2022 года был предложен метод картографирования внутренностей потенциально проблемного астероида с целью определения наилучшей зоны для удара. [27]
Усилия по прогнозированию воздействия астероидов были сосредоточены на методе исследования. Семинар по перехвату околоземных объектов, спонсируемый НАСА в 1992 году и организованный Национальной лабораторией Лос-Аламоса, оценивал проблемы, связанные с перехватом небесных объектов, которые могут поразить Землю. [28] В отчете НАСА за 1992 год [29] было рекомендовано провести скоординированное исследование «Космическая стража » для обнаружения, проверки и обеспечения последующих наблюдений за астероидами, пересекающими Землю. Ожидалось, что в результате этого исследования в течение 25 лет будет обнаружено 90% этих объектов размером более одного километра. Три года спустя в другом отчете НАСА [30] были рекомендованы поисковые исследования, которые позволили бы обнаружить 60–70% короткопериодических околоземных объектов размером более одного километра в течение десяти лет и получить 90% полноты в течение еще пяти лет.
В 1998 году НАСА официально поставило перед собой задачу найти и каталогизировать к 2008 году 90% всех околоземных объектов (ОСЗ) диаметром 1 км и более, которые могут представлять опасность столкновения с Землей. Показатель диаметра в 1 км был выбран после того, как обширные исследования показали, что воздействие объекта размером менее 1 км может вызвать значительный локальный или региональный ущерб, но вряд ли вызовет глобальную катастрофу. [29] Удар объекта, диаметр которого намного превышает 1 км, вполне может привести к глобальному ущербу, вплоть до исчезновения человеческого вида, а потенциально и исчезновения . Обязательства НАСА привели к финансированию ряда усилий по поиску ОСЗ, которые позволили добиться значительного прогресса в достижении цели в 90% к 2008 году. Однако открытие в 2009 году нескольких ОСЗ диаметром примерно 2–3 километра (например, CR 2 в 2009 году , 82 , 2009 KJ , 2009 MS и 2009 OG ) продемонстрировали, что по-прежнему существуют крупные объекты, которые необходимо обнаружить.
Представитель Соединенных Штатов Джордж Э. Браун-младший (демократ от штата Калифорния) в журнале Air & Space Power Chronicles выразил свою поддержку проектам планетарной обороны , заявив: «Если когда-нибудь в будущем мы обнаружим заблаговременно, что астероид большого размера достаточно, чтобы вызвать массовое вымирание, которое обрушится на Землю, а затем мы изменим курс этого астероида так, чтобы он не поразил нас, и это будет одним из самых важных достижений во всей истории человечества». [31]
Из-за давней приверженности конгрессмена Брауна защите планеты законопроект Палаты представителей США HR 1022 был назван в его честь: Закон Джорджа Э. Брауна-младшего об исследовании объектов, сближающихся с Землей. Этот законопроект, «предусматривающий программу исследования околоземных объектов для обнаружения, отслеживания, каталогизации и описания некоторых околоземных астероидов и комет», был внесен в марте 2005 года членом палаты представителей Даной Рорабахер (республиканец от Калифорнии). [32] В конечном итоге это было включено в S.1281, Закон о полномочиях НАСА 2005 года , принятый Конгрессом 22 декабря 2005 года, впоследствии подписанный президентом и частично гласящий:
Конгресс США заявил, что общее благосостояние и безопасность Соединенных Штатов требуют, чтобы уникальная компетенция НАСА была направлена на обнаружение, отслеживание, каталогизацию и характеристику околоземных астероидов и комет, чтобы обеспечить предупреждение и смягчение потенциальной опасности. таких околоземных объектов к Земле. Администратор НАСА должен спланировать, разработать и реализовать программу исследования объектов, сближающихся с Землей, для обнаружения, отслеживания, каталогизации и определения физических характеристик околоземных объектов диаметром 140 метров или более с целью оценки угрозы таких околоземных объектов к Земле. Целью программы исследования является достижение 90% завершения каталога объектов, сближающихся с Землей (на основе статистически прогнозируемых популяций объектов, сближающихся с Землей) в течение 15 лет после даты вступления в силу настоящего Закона. Администратор НАСА должен передать Конгрессу не позднее, чем через 1 год после даты вступления в силу настоящего Закона первоначальный отчет, который содержит следующее: (A) Анализ возможных альтернатив, которые НАСА может использовать для выполнения программы исследований, включая наземные исследования. базируемые и космические альтернативы с техническими описаниями. (B) Рекомендуемый вариант и предлагаемый бюджет для выполнения программы исследования в соответствии с рекомендуемым вариантом. (C) Анализ возможных альтернатив, которые НАСА могло бы использовать для направления объекта на курс вероятного столкновения с Землей.
Результатом этой директивы стал отчет, представленный Конгрессу в начале марта 2007 года. Это было исследование « Анализ альтернатив» (AoA), проведенное отделом анализа и оценки программ НАСА (PA&E) при поддержке внешних консультантов, Аэрокосмической корпорации, NASA Langley Research. Центр (LaRC) и SAIC (среди прочих).
См. также Улучшение прогнозирования воздействия .
Центр малых планет в Кембридже, штат Массачусетс, каталогизирует орбиты астероидов и комет с 1947 года. Недавно к нему присоединились исследования, специализирующиеся на обнаружении объектов, сближающихся с Землей (NEO), многие из которых (по состоянию на начало 2007 года) финансировались НАСА. Офис программы околоземных объектов в рамках программы «Космическая стража». Одним из самых известных является LINEAR , который начался в 1996 году. К 2004 году LINEAR открывал десятки тысяч объектов каждый год и составлял 65% всех новых обнаружений астероидов. [33] LINEAR использует два метровых телескопа и один полуметровый телескоп, базирующийся в Нью-Мексико. [34]
Обзор неба Каталина ( CSS) проводится на станции Каталина обсерватории Стюарда , расположенной недалеко от Тусона, штат Аризона , в США. Он использует два телескопа: 1,5-метровый (60-дюймовый) телескоп с диафрагмой f/2 на вершине горы Леммон и 68-см (27-дюймовый) телескоп с диафрагмой f/1,7 Шмидта возле горы Бигелоу (оба в Тусоне, штат Аризона). область). В 2005 году CSS стал самым результативным исследованием ОСЗ, превзойдя Линкольнское исследование околоземных астероидов (LINEAR) по общему количеству ОСЗ и потенциально опасных астероидов, обнаруживаемых каждый год с тех пор. CSS обнаружила 310 ОСЗ в 2005 году, 396 — в 2006 году, 466 — в 2007 году, а в 2008 году — 564 ОСЗ. [35]
Компания Spacewatch , которая использует 90-сантиметровый телескоп, расположенный в обсерватории Китт-Пик в Аризоне, оснащенный оборудованием автоматического наведения, построения изображений и анализа для поиска в небе злоумышленников, была создана в 1980 году Томом Герелсом и Робертом С. Макмилланом из Lunar. и Планетарная лаборатория Университета Аризоны в Тусоне, которой сейчас управляет Макмиллан. Проект Spacewatch приобрел 1,8-метровый телескоп, также на Китт-Пике, для поиска ОСЗ, а также снабдил старый 90-сантиметровый телескоп усовершенствованной электронной системой формирования изображений с гораздо большим разрешением, что улучшило его поисковые возможности. [36]
Другие программы отслеживания околоземных объектов включают отслеживание околоземных астероидов (NEAT), поиск околоземных объектов обсерватории Лоуэлла (LONEOS), исследование околоземных объектов Кампо Императоре (CINEOS), Японскую ассоциацию космической стражи и исследование астероидов Asiago-DLR. . [37] Pan-STARRS завершила строительство телескопа в 2010 году и сейчас ведет активные наблюдения.
Действующая в настоящее время система последнего оповещения о столкновении астероида с землей часто сканирует небо с целью обнаружения на более позднем этапе на участке столкновения орбиты астероида. Это было бы слишком поздно для отклонения, но все же было бы достаточно времени для эвакуации и подготовки пострадавшего региона Земли.
Еще один проект, поддерживаемый Европейским Союзом , — NEOShield , который анализирует реалистичные варианты предотвращения столкновения ОСЗ с Землей. Их цель – разработать проекты тестовых миссий для реализации реальных концепций предотвращения воздействия ОСЗ. В проекте особое внимание уделяется двум аспектам. [38]
« Космическая стража » — это название этих слабо связанных между собой программ, некоторые из которых получают финансирование НАСА для выполнения требований Конгресса США по обнаружению 90% околоземных астероидов диаметром более 1 км к 2008 году. [40] Исследование НАСА 2003 года Программа -on предполагает потратить 250–450 миллионов долларов США на обнаружение 90% всех околоземных астероидов размером 140 метров и больше к 2028 году. [41]
NEODyS — это онлайн-база данных известных NEO.
B612 Foundation — частный некоммерческий фонд со штаб-квартирой в США, занимающийся защитой Земли от ударов астероидов . Его возглавляют в основном ученые, бывшие астронавты и инженеры из Института перспективных исследований , Юго-Западного научно-исследовательского института , Стэнфордского университета , НАСА и космической отрасли .
Как неправительственная организация, она провела два направления связанных исследований, чтобы помочь обнаружить ОСЗ, которые однажды могут столкнуться с Землей, и найти технологические средства, позволяющие изменить их путь и избежать таких столкновений. Целью фонда было спроектировать и построить на частное финансирование космический телескоп для поиска астероидов Sentinel , который должен был быть запущен в 2017–2018 годах. Однако проект был отменен в 2015 году. Если бы инфракрасный телескоп Sentinel находился на орбите, аналогичной орбите Венеры , это помогло бы идентифицировать угрожающие ОСЗ, каталогизируя 90% из них с диаметром более 140 метров (460 футов), а также как исследование меньших объектов Солнечной системы. [42] [43] [44]
Данные, собранные Sentinel, могли бы помочь идентифицировать астероиды и другие ОСЗ, которые представляют риск столкновения с Землей, путем их передачи в научные сети обмена данными, включая НАСА и академические учреждения, такие как Центр малых планет. [43] [44] [45] Фонд также предлагает отклонять астероиды потенциально опасных ОСЗ с помощью гравитационных тягачей для отклонения их траекторий от Земли, [46] [47] концепция, совместно изобретенная генеральным директором организации, физиком. и бывший астронавт НАСА Эд Лу . [48]
Orbit@home намерена предоставить распределенные вычислительные ресурсы для оптимизации стратегии поиска. 16 февраля 2013 года проект был остановлен из-за отсутствия грантового финансирования. [49] Однако 23 июля 2013 года проект «orbit@home» был выбран для финансирования программой НАСА по наблюдению за околоземными объектами и должен был возобновить работу где-то в начале 2014 года. [50] По состоянию на 13 июля 2018 года проект в автономном режиме, согласно его веб-сайту. [51]
Ожидается, что Большой синоптический обзорный телескоп , который в настоящее время находится в стадии строительства, проведет комплексную съемку с высоким разрешением, начиная с начала 2020-х годов.
8 ноября 2007 года подкомитет по космосу и аэронавтике Комитета Палаты представителей по науке и технологиям провел слушания по изучению статуса программы НАСА по исследованию объектов, сближающихся с Землей. Перспективу использования Wide-field Infrared Survey Explorer предложили представители НАСА. [52]
WISE обследовал небо в инфракрасном диапазоне с очень высокой чувствительностью. Астероиды, поглощающие солнечное излучение, можно наблюдать в инфракрасном диапазоне. Он использовался для обнаружения ОСЗ, а также для достижения научных целей. Прогнозируется, что WISE сможет обнаружить 400 ОСЗ (примерно два процента предполагаемой популяции представляющих интерес ОСЗ) в течение годичной миссии.
NEOSSat , спутник наблюдения за околоземными объектами, представляет собой микроспутник , запущенный в феврале 2013 года Канадским космическим агентством (CSA) для поиска ОСЗ в космосе. [53] [54] Кроме того, околоземный объект WISE (NEOWISE) , продолжение миссии WISE , стартовал в сентябре 2013 года (второе расширение миссии) для охоты на астероиды и кометы , близкие к орбите Земли . [55] [56]
Исследование, опубликованное в выпуске журнала Nature от 26 марта 2009 года, описывает, как ученые смогли идентифицировать астероид в космосе до того, как он вошел в атмосферу Земли, что позволило компьютерам определить область его происхождения в Солнечной системе, а также предсказать время прибытия. и расположение на Земле его разрушенных уцелевших частей. Астероид диаметром четыре метра, названный 2008 TC 3 , был первоначально замечен автоматизированным телескопом Catalina Sky Survey 6 октября 2008 года. Расчеты правильно предсказали, что он упадет через 19 часов после открытия и произойдет в Нубийской пустыне на севере Судана. [57]
Был идентифицирован ряд потенциальных угроз, таких как 99942 Apophis (ранее известный под своим предварительным обозначением 2004 MN 4 ), который в 2004 году временно имел вероятность столкновения около 3% на 2029 год. Дополнительные наблюдения снизили эту вероятность до нуля. . [58]
26 сентября 2022 года DART столкнулся с Диморфосом , сократив период обращения спутника малой планеты на 32 минуты. Эта миссия стала первой успешной попыткой отклонения астероида. [15]
В 2025 году китайское CNSA намерено запустить миссию по отклонению от околоземного объекта 2019 VL5, астероида шириной 30 метров. Миссия будет запущена на ракете Long March 3B и будет оснащена космическим кораблем-ударником и наблюдателем. [16] [17] [59]
Эллипсы на диаграмме справа показывают прогнозируемое положение примера астероида при максимальном сближении с Землей. Поначалу, при наличии лишь нескольких наблюдений астероидов, эллипс ошибок очень велик и включает в себя Землю. Дальнейшие наблюдения уменьшают эллипс ошибок, но он все еще включает Землю. Это повышает прогнозируемую вероятность столкновения, поскольку Земля теперь покрывает большую часть области ошибки. Наконец, еще больше наблюдений (часто радиолокационные наблюдения или обнаружение предыдущего наблюдения того же астероида на архивных изображениях) сжимают эллипс, показывая, что Земля находится за пределами области ошибки, а вероятность столкновения близка к нулю. [60]
Для астероидов, которые на самом деле находятся на пути к столкновению с Землей, прогнозируемая вероятность столкновения продолжает увеличиваться по мере увеличения количества наблюдений. Эта аналогичная закономерность затрудняет различие между астероидами, которые только приблизится к Земле, и теми, которые действительно столкнутся с ней. Это, в свою очередь, затрудняет принятие решения о том, когда следует поднимать тревогу, поскольку для достижения большей уверенности требуется время, что сокращает время, необходимое для реагирования на прогнозируемое воздействие. Однако слишком раннее поднятие тревоги может вызвать ложную тревогу и создать эффект «Мальчика, который плакал волком» , если астероид действительно пролетит мимо Земли.
Различные методы предотвращения столкновений имеют разные компромиссы в отношении таких показателей, как общая производительность, стоимость, риски сбоев, операции и готовность технологий. [61] Существуют различные методы изменения курса астероида/кометы. [62] Их можно различать по различным типам атрибутов, таких как тип смягчения воздействия (отклонение или фрагментация), источник энергии (кинетический, электромагнитный, гравитационный, солнечный/тепловой или ядерный) и стратегия подхода (перехват, [63] [64] рандеву или удаленная станция).
Стратегии делятся на два основных набора: фрагментация изадерживать. [62] [65] Фрагментация направлена на обезвреживание ударного элемента путем его фрагментации и разбрасывания фрагментов так, чтобы они не долетели до Земли или стали достаточно маленькими, чтобы сгореть в атмосфере. Задержка использует тот факт, что и Земля, и ударный элемент находятся на орбите. Удар происходит, когда оба достигают одной и той же точки в пространстве одновременно или, точнее, когда какая-то точка на поверхности Земли пересекает орбиту ударника, когда ударник прибывает. Поскольку диаметр Земли составляет около 12 750 км, она движется со скоростью ок. На своей орбите со скоростью 30 км в секунду он преодолевает расстояние в один диаметр планеты примерно за 425 секунд, или чуть более семи минут. Задержка или опережение прибытия ударника на время такой величины может, в зависимости от точной геометрии удара, привести к тому, что он не достигнет Земли. [66]
Стратегии предотвращения столкновений также можно рассматривать как прямые или косвенные, в зависимости от того, насколько быстро они передают энергию объекту. Прямые методы, такие как ядерная взрывчатка или кинетические ударники, быстро перехватывают путь болида. Прямые методы предпочтительнее, поскольку они, как правило, менее затратны по времени и деньгам. [ нужна цитата ] Их эффект может быть немедленным, что экономит драгоценное время. Эти методы будут работать для угроз с быстрым и длительным предупреждением и наиболее эффективны против твердых объектов, которые можно напрямую толкнуть, но в случае с кинетическими ударными элементами они не очень эффективны против больших, слабо агрегированных груд обломков. Косвенные методы, такие как гравитационные тракторы , прикрепление ракет или массовые приводы, работают намного медленнее. Им нужно добраться до объекта, изменить курс на 180 градусов для встречи в космосе , а затем потратить гораздо больше времени, чтобы изменить траекторию астероида ровно настолько, чтобы он пролетел мимо Земли. [ нужна цитата ]
Считается, что многие ОСЗ представляют собой « кучи летающих обломков », лишь слабо удерживаемые вместе под действием гравитации, и попытка отклонения кинетическим ударником размером с обычный космический корабль может просто разрушить объект или фрагментировать его без достаточной корректировки его курса. [67] Если астероид разобьется на фрагменты, любой фрагмент размером более 35 метров в поперечнике не сгорит в атмосфере и сам может столкнуться с Землей. Отследить тысячи похожих на картечь осколков, которые могут образоваться в результате такого взрыва, было бы очень сложной задачей, хотя фрагментация была бы предпочтительнее, чем ничего не делать и позволить первоначально более крупному телу обломков, которое аналогично дроби и восковой пуле , удариться Земля. [ нужна цитата ]
В симуляциях Cielo , проведенных в 2011–2012 годах, в которых скорость и количество доставки энергии были достаточно высокими и соответствовали размеру груды обломков, например, после специально разработанного ядерного взрыва, результаты показали, что любые фрагменты астероида, образовавшиеся после импульса, энергии, не представляло бы угрозы повторного объединения (в том числе для астероидов, имеющих форму астероида Итокава ), но вместо этого быстро достигало бы скорости отрыва от своего родительского тела (которая для Итокавы составляет около 0,2 м/с) и, следовательно, двигалась бы вне траектории столкновения с Землей. [68] [69] [70]
Инициирование ядерного взрывного устройства над , на или чуть ниже поверхности угрожающего небесного тела является потенциальным вариантом отклонения, при этом оптимальная высота взрыва зависит от состава и размера объекта. [75] [76] [77] Для смягчения угрозы столкновения не требуется испарение всего ОСЗ. В случае угрозы со стороны «кучи обломков» расстояние или высота взрыва над поверхностью поверхности рассматривается как средство предотвращения потенциального разрушения груды обломков. [78] Энергичные нейтроны и мягкие рентгеновские лучи , выделяемые при детонации, которые не проникают в материю заметно, [79] преобразуются в тепло при встрече с поверхностным веществом объекта, абляционно испаряя все открытые участки поверхности объекта на луче зрения , чтобы на небольшую глубину, [78] превращая нагретый им поверхностный материал в выбросы и, аналогично выбросу из выхлопа химического ракетного двигателя , изменяя скорость или «подталкивая» объект от курса в результате реакции, следуя третьему закону Ньютона. закон , при котором выброс движется в одну сторону, а объект движется в другую. [78] [80] В зависимости от энергии взрывного устройства результирующий эффект выхлопа ракеты , создаваемый высокой скоростью испаренного выброса массы астероида, в сочетании с небольшим уменьшением массы объекта, может вызвать достаточное изменение в орбиту объекта, чтобы он миновал Землю. [68] [80]
Была предложена миссия по смягчению воздействия гиперскоростных астероидов для экстренного реагирования (HAMMER). [81] Хотя по состоянию на 2023 год никаких обновлений относительно HAMMER не было, НАСА опубликовало свою регулярную Стратегию планетарной защиты и План действий на 2023 год. В них НАСА признает, что крайне важно продолжать изучение потенциала ядерной энергии в отклонении или уничтожение астероидов. Это связано с тем, что в настоящее время это единственный вариант защиты, если ученые не узнают об астероиде в течение нескольких месяцев или лет, в зависимости от скорости астероида. В отчете также отмечается, что необходимо провести исследование юридических и политических последствий по этой теме. [82]
Если объект очень большой, но по-прежнему представляет собой слабоскрепленную груду обломков, решение состоит в том, чтобы взорвать одно или несколько ядерных взрывных устройств рядом с астероидом на высоте 20 метров (66 футов) или больше. над его поверхностью, [ нужна ссылка ] , чтобы не сломать потенциально слабо удерживаемый вместе объект. Согласно компьютерному моделированию и экспериментальным данным метеоритов , подвергшихся воздействию теплового рентгеновского излучения, при условии, что эта стратегия противостояния была реализована достаточно заранее, сила достаточного количества ядерных взрывов изменит траекторию объекта настолько, чтобы избежать столкновения. импульсы Z-машины . [83]
В 1967 году аспирантам Массачусетского технологического института под руководством профессора Пола Сандорфа было поручено разработать метод предотвращения гипотетического 18-месячного отдаленного столкновения с Землей астероида 1566 Икар шириной 1,4 километра (0,87 мили) , объекта, который регулярно приближается к Земле на близкое расстояние, иногда на 16 лунных расстояний . [84] Чтобы выполнить задачу в сжатые сроки и при ограниченных материальных знаниях о составе астероида, была задумана система переменного отклонения. Для этого потребовалось бы использовать несколько модифицированных ракет «Сатурн-5» , отправленных на курсы перехвата, и создать несколько ядерных взрывных устройств в энергетическом диапазоне 100 мегатонн — по совпадению, столько же, сколько максимальная мощность советской « Царь-бомбы» была бы равна если бы использовался урановый тампер - в качестве полезной нагрузки каждой ракеты . [85] [86] Исследование дизайна было позже опубликовано как «Проект Икар» [87] , которое послужило вдохновением для фильма 1979 года «Метеор» . [86] [88] [89]
Анализ НАСА альтернатив отклонения, проведенный в 2007 году, показал:
По оценкам, ядерные взрывы в 10–100 раз более эффективны, чем неядерные альтернативы, проанализированные в этом исследовании. Другие методы, предполагающие использование ядерных взрывных устройств на поверхности или под землей, могут быть более эффективными, но они сопряжены с повышенным риском разрушения целевого ОСЗ. Они также несут более высокие риски развития и эксплуатации. [90]
В том же году НАСА опубликовало исследование, в котором предполагалось, что астероид Апофис (диаметром около 300 метров или 1000 футов) имеет гораздо меньшую плотность груды обломков (1500 кг/м 3 или 100 фунтов/куб футов) и, следовательно, меньшая масса, чем сейчас известно, и в исследовании предполагается, что он будет находиться на траектории столкновения с Землей в 2029 году. В этих гипотетических условиях в отчете определяется, что «космического корабля-колыбели» будет достаточно, чтобы отклонить это от воздействия Земли. Этот концептуальный космический корабль содержит шесть физических пакетов B83 , каждый из которых рассчитан на максимальную мощность 1,2 мегатонны, [80] собранных вместе и поднятых кораблем Ares V где-то в 2020-х годах, причем каждый B83 подвергается взрыванию над поверхностью астероида на высоте 100 метров или 330 футов («1/3 диаметра объекта» в качестве расстояния), один за другим, с часовыми интервалами между каждым взрывом. Результаты этого исследования показали, что однократное использование этого варианта «может отклонить ОСЗ диаметром [100–500 метров или 330–1640 футов] за два года до столкновения, а более крупные ОСЗ — с предупреждением не менее чем за пять лет». [80] [91] Авторы считают эти показатели эффективности «консервативными», и учитывалась только тепловая рентгеновская мощность устройств B83, а нейтронный нагрев не учитывался для простоты расчетов. [91] [92]
Исследование, опубликованное в 2021 году, указало на тот факт, что для эффективного отклонения миссии потребуется значительное время для предупреждения, в идеале - несколько лет или более. Чем больше времени будет предоставлено для предупреждения, тем меньше энергии потребуется, чтобы отклонить астероид ровно настолько, чтобы скорректировать траекторию, чтобы избежать столкновения с Землей. В исследовании также подчеркивается, что отклонение, в отличие от разрушения, может быть более безопасным вариантом, поскольку существует меньшая вероятность падения обломков астероида на поверхность Земли. Исследователи предложили лучший способ отклонить астероид путем его отклонения — это регулирование выхода энергии нейтронов при ядерном взрыве. [93]
В 2011 году директор Исследовательского центра отклонения астероидов в Университете штата Айова доктор Бонг Ви (ранее опубликовавший исследования кинетического отклонения ударника [67] ) начал изучать стратегии, которые могли бы справиться с астероидами на расстоянии от 50 до 500 метров. объекты диаметром (200–1600 футов), когда время до столкновения с Землей составляло менее одного года. Он пришел к выводу, что для обеспечения необходимой энергии ядерный взрыв или другое событие, способное обеспечить такую же мощность, — единственные методы, которые могут сработать против очень большого астероида в эти временные ограничения.
Результатом этой работы стало создание концептуального сверхскоростного корабля-перехватчика астероидов (HAIV), который сочетает в себе кинетический ударный элемент для создания начального кратера для последующего подземного ядерного взрыва внутри этого начального кратера, что обеспечит высокую степень эффективности в преобразование ядерной энергии, выделяющейся при взрыве, в энергию движения астероида. [95]
В аналогичном предложении вместо кинетического ударного элемента будет использоваться ядерное устройство поверхностного детонирования для создания первоначального кратера, а затем использование кратера в качестве сопла ракеты для направления последующих ядерных взрывов.
Ви утверждал, что компьютерные модели, над которыми он работал, показали возможность уничтожения астероида шириной 300 метров (1000 футов) с помощью одного HAIV со временем предупреждения 30 дней. Кроме того, модели показали, что менее 0,1% обломков астероида достигнет поверхности Земли. [96] Однако с 2014 года Ви и его команда не получили существенных обновлений относительно исследования.
С 2015 года Ви сотрудничал с Датским проектом экстренной защиты от астероидов (EADP), [97] который в конечном итоге намеревается собрать достаточные средства для проектирования, строительства и хранения неядерного космического корабля HAIV в качестве планетарной страховки. Для угрозы столкновения с астероидами, слишком большими и/или слишком близкими к Земле, чтобы их можно было эффективно отклонить с помощью неядерного подхода HAIV, предназначены ядерные взрывные устройства (с 5% взрывной мощности по сравнению с теми, которые используются для стратегии противостояния). обмениваются под международным контролем, когда возникают условия, делающие это необходимым. [98]
Исследование, опубликованное в 2020 году, показало, что неядерное кинетическое воздействие становится менее эффективным, чем больше и ближе астероид. Однако исследователи разработали модель, которая предполагала, что ядерный взрыв у поверхности астероида, предназначенный для покрытия одной стороны астероида рентгеновскими лучами, будет эффективным. Когда рентгеновские лучи покрывают одну сторону астероида в программе, они производят энергию движения, которая будет двигать астероид в предпочтительном направлении. [99] Ведущий исследователь исследования Дэйв Дирборн заявил, что ядерный удар обеспечивает большую гибкость, чем неядерный подход, поскольку выходную энергию можно регулировать конкретно в зависимости от размера и местоположения астероида. [100]
После столкновения кометы Шумейкера-Леви-9 в 1994 году с Юпитером Эдвард Теллер предложил коллективу американских и российских разработчиков оружия, бывших времён Холодной войны , на семинаре по планетарной обороне в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) в 1995 году, чтобы они сотрудничали в разработке ядерное взрывное устройство мощностью в одну гигатонну , которое будет эквивалентно кинетической энергии астероида диаметром один километр (0,62 мили). [102] [103] [104] Теоретическое устройство мощностью в одну гигатонну будет весить около 25–30 тонн, что достаточно легко, чтобы его можно было поднять на ракете «Энергия» . Его можно использовать для мгновенного испарения астероида размером в один километр (0,62 мили), изменения траектории астероидов класса ELE (диаметром более 10 километров или 6,2 мили) в кратчайшие сроки, в несколько месяцев. С уведомлением за один год и в месте перехвата не ближе Юпитера он также сможет справиться с еще более редкими короткопериодическими кометами , которые могут выйти из пояса Койпера и пройти мимо околоземной орбиты в течение двух лет. [ необходимы разъяснения ] Для комет этого класса с максимальным предполагаемым диаметром 100 километров (62 мили) Хирон служил гипотетической угрозой. [102] [103] [104]
В 2013 году соответствующие национальные лаборатории США и России подписали соглашение, которое включает в себя намерение сотрудничать в области защиты от астероидов. [ 105] Сделка должна была дополнить новый договор СНВ , но Россия приостановила свое участие в договоре в 2023 году . затрагивают смежные договоры.
По состоянию на конец 2022 года наиболее вероятный и наиболее эффективный метод отклонения астероида не будет использовать ядерные технологии. Вместо этого в нем используется кинетический ударник, предназначенный для перенаправления астероида, который показал себя многообещающе в миссии НАСА DART. [107] Что касается ядерных технологий, было проведено моделирование, анализирующее возможность использования энергии нейтронов, выделяемой ядерным устройством, для перенаправления астероида. Эти симуляции оказались многообещающими: одно исследование показало, что увеличение выходной энергии нейтронов оказало заметное влияние на угол полета астероида. [93] Однако по состоянию на апрель 2023 года никаких практических испытаний, изучающих эту возможность, не проводилось.
Удар массивного объекта, такого как космический корабль или даже другой околоземный объект, является еще одним возможным решением проблемы ожидаемого столкновения с ОСЗ. Объект с большой массой, близкий к Земле, может быть отправлен на курс столкновения с астероидом, сбив его с курса.
Когда астероид все еще находится далеко от Земли, средством отклонения астероида является непосредственное изменение его импульса путем столкновения космического корабля с астероидом.
Анализ НАСА альтернатив отклонения, проведенный в 2007 году, показал:
Неядерные кинетические ударные элементы являются наиболее зрелым подходом и могут использоваться в некоторых сценариях отклонения/смягчения воздействия, особенно для ОСЗ, которые состоят из одного небольшого твердого тела. [90]
Этот метод отклонения, реализованный DART и совершенно с другой целью (анализ структуры и состава кометы) космическим зондом НАСА Deep Impact , предполагает запуск космического корабля против околоземного объекта . Скорость астероида изменяется из-за закона сохранения импульса :
где V 1 скорость космического корабля, V 2 скорость небесного тела до удара и V 3 скорость после удара. M 1 и M 2 соответственно массы космического корабля и небесного тела. Скорости здесь являются векторами .
Миссия Европейского Союза NEOShield-2 [111] также в первую очередь изучает метод смягчения последствий кинетического удара. Принцип метода смягчения воздействия кинетического ударного элемента заключается в том, что ОСЗ или астероид отклоняется после удара космического корабля-ударного элемента. Используется принцип передачи импульса, поскольку ударник врезается в ОСЗ на очень высокой скорости - 10 км/с (36 000 км/ч; 22 000 миль в час) или более. Импульс ударника передается ОСЗ, вызывая изменение скорости и, следовательно, заставляя его слегка отклоняться от своего курса. [112]
По состоянию на середину 2021 года модифицированная миссия AIDA была одобрена. Космический корабль НАСА с кинетическим ударным механизмом двойного перенаправления астероидов ( DART ) был запущен в ноябре 2021 года. Целью было столкновение с Диморфосом (по прозвищу Дидимун ), 180-метровым (590 футов) спутником малой планеты околоземного астероида 65803 Дидимос . Удар произошел в сентябре 2022 года, когда Дидим находился относительно близко к Земле, что позволило наземным телескопам и планетарным радарам наблюдать за этим событием. Результатом удара будет изменение орбитальной скорости и, следовательно, орбитального периода Диморфоса на достаточно большую величину, чтобы ее можно было измерить с Земли. Это впервые покажет, что возможно изменить орбиту небольшого 200-метрового (660 футов) астероида, примерно такого размера, который, скорее всего, потребует активных мер по смягчению последствий в будущем. Запуск и использование системы испытания двойного перенаправления астероидов в марте 2023 года показали миру, что астероиды можно безопасно перенаправить без использования ядерных средств. Успех этой миссии доказал, что кинетические методы отклонения на сегодняшний день являются лучшими методами сдерживания астероидов. Вторая часть миссии AIDA – космический корабль ЕКА HERA – была одобрена государствами-членами ЕКА в октябре 2019 года. систему в 2026 году и измерить как массу Диморфоса, так и точный эффект от удара по этому телу, что позволит гораздо лучше экстраполировать результаты миссии AIDA на другие цели. [113]
Другая альтернатива взрывному отклонению — медленное перемещение астероида с течением времени. Небольшая, но постоянная тяга накапливается, чтобы достаточно отклонить объект от его курса. Эдвард Т. Лу и Стэнли Г. Лав предложили использовать массивный беспилотный космический корабль, зависающий над астероидом, чтобы гравитационно вытянуть астероид на безопасную орбиту. Хотя оба объекта гравитационно притягиваются друг к другу, космический корабль может противодействовать силе, направленной к астероиду, например, с помощью ионного двигателя , поэтому конечный эффект будет заключаться в том, что астероид будет ускоряться по направлению к космическому кораблю и, таким образом, слегка отклоняться от своей орбиты. Несмотря на то, что этот метод медленный, он имеет то преимущество, что работает независимо от состава или скорости вращения астероида; груды обломков астероидов будет трудно отклонить с помощью ядерных взрывов, а толкающее устройство будет сложно или неэффективно установить на быстро вращающийся астероид. Гравитационному трактору, вероятно, придется провести несколько лет рядом с астероидом, чтобы он стал эффективным.
Анализ НАСА альтернатив отклонения, проведенный в 2007 году, показал:
Методы смягчения последствий «медленного наступления» являются наиболее дорогостоящими, имеют самый низкий уровень технической готовности, и их способность как добираться до угрожающих ОСЗ, так и отклонять их будет ограничена, если только не будет возможной продолжительность миссии от многих лет до десятилетий. [90]
Другой «бесконтактный» метод отклонения астероида был предложен К. Бомбарделли и Х. Пелаесом из Мадридского технического университета . Метод предполагает использование ионного двигателя с малой дивергенцией, направленного на астероид с находящегося поблизости космического корабля. Импульс, передаваемый ионами, достигающими поверхности астероида, создает медленную, но непрерывную силу, которая может отклонять астероид аналогично гравитационному трактору, но с помощью более легкого космического корабля.
Г. Дж. Мелош совместно с И. В. Немчиновым предложили отклонять астероид или комету, фокусируя солнечную энергию на ее поверхности и создавая тягу за счет возникающего в результате испарения вещества. [114] Этот метод сначала потребует строительства космической станции с системой больших собирающих вогнутых зеркал , подобных тем, которые используются в солнечных печах .
Смягчение воздействия на орбиту с помощью высококонцентрированного солнечного света можно масштабировать до достижения заданного отклонения в течение года даже для тела, представляющего глобальную угрозу, без длительного времени предупреждения. [114] [115]
Такая ускоренная стратегия может стать актуальной в случае позднего обнаружения потенциальной опасности, а также, при необходимости, при предоставлении возможности дополнительных действий. Обычные вогнутые отражатели практически неприменимы для высококонцентрирующей геометрии в случае гигантской затеняющей космической цели, расположенной перед зеркальной поверхностью. Это происходит в первую очередь из-за резкого разброса фокусов зеркал на цели из-за оптической аберрации , когда оптическая ось не совпадает с Солнцем. С другой стороны, расположение любого коллектора на расстоянии до цели, значительно превышающем ее размеры, не дает необходимого уровня концентрации (а значит, и температуры) из-за естественной расходимости солнечных лучей. Такие принципиальные ограничения неизбежно имеются в любом месте относительно астероида одного или многих незаштрихованных прямоотражающих коллекторов. Кроме того, в случае использования вторичных зеркал, подобных тем, которые используются в телескопах Кассегрена , они будут подвержены тепловому повреждению из-за частично концентрированного солнечного света от главного зеркала.
Для снятия указанных ограничений В. П. Васильев предложил применить альтернативную конструкцию зеркального коллектора – кольцевой концентратор. [115] Коллектор этого типа имеет расположение фокусной области на нижней стороне линзы, что позволяет избежать затенения коллектора мишенью и сводит к минимуму риск его покрытия выброшенными обломками. При концентрации солнечного света ~ 5 × 10 3 раз освещенность поверхности около 4-5 МВт/м 2 приводит к эффекту толчка ~ 10 3 Н. Интенсивная абляция вращающейся поверхности астероида под фокальным пятном приведет к появлению глубокий «каньон», который может способствовать формированию вырывающегося газового потока в струйный. Этого может быть достаточно, чтобы отклонить астероид размером 0,5 км в течение нескольких месяцев и без дополнительного периода предупреждения, только при использовании кольцевой решетки размером ~ 0,5 диаметра астероида. Для столь быстрого отклонения более крупных ОСЗ на расстояние 1,3–2,2 км необходимые размеры коллектора сопоставимы с диаметром цели. В случае более длительного времени предупреждения требуемый размер коллектора может быть значительно уменьшен.
Драйвер массы — это (автоматизированная) система на астероиде, которая выбрасывает материал в космос, тем самым придавая объекту медленный устойчивый толчок и уменьшая его массу. Массовый драйвер предназначен для работы в качестве системы с очень низким удельным импульсом , которая обычно использует много топлива, но очень мало энергии. По сути, это использует астероид против него самого, чтобы отвести столкновение.
Модульный эжекторный узел миссии по отклонению астероида (MADMEN) представляет собой идею посадки небольших беспилотных аппаратов, таких как космические вездеходы, для разрушения небольших частей астероида. Если использовать буры для разрушения мелких камней и валунов с поверхности, обломки будут выбрасываться с поверхности очень быстро. Поскольку на астероид не действуют никакие силы, эти камни будут сбивать астероид с курса очень медленно. Этот процесс требует времени, но может быть очень эффективным, если его правильно реализовать. [116] Идея состоит в том, что при использовании местного материала в качестве топлива количество топлива не так важно, как количество энергии, которая, вероятно, будет ограничена.
Присоединение любого двигательного устройства космического корабля будет иметь аналогичный эффект толчка, возможно, вынуждая астероид двигаться по траектории, которая уводит его от Земли. Космический ракетный двигатель, способный передать импульс 10 6 Н·с (например, прибавив 1 км/с к аппарату массой 1000 кг), окажет сравнительно небольшое воздействие на относительно небольшой астероид массой примерно в миллион раз больше. В официальном документе Чепмена, Дурды и Голда [117] отклонения рассчитываются с использованием существующих химических ракет, доставленных к астероиду.
В таких ракетных двигателях прямой силы обычно предлагается использовать высокоэффективные электрические двигатели космических кораблей , такие как ионные двигатели или VASIMR .
Подобно эффекту ядерного устройства, считается возможным сфокусировать достаточную лазерную энергию на поверхности астероида, чтобы вызвать мгновенное испарение / абляцию, создающую либо импульс, либо абляцию массы астероида. Эта концепция, называемая астероидной лазерной абляцией , была сформулирована в официальном документе SpaceCast 2020 [118] 1995 года «Подготовка к планетарной защите» [119] и в официальном документе Air Force 2025 [120] 1996 года «Планетарная защита: катастрофическое медицинское страхование для планеты Земля». ". [121] Ранние публикации включают концепцию К.Р. Фиппса «ОРИОН» 1996 года, монографию полковника Джонатана В. Кэмпбелла 2000 года «Использование лазеров в космосе: лазерное удаление орбитального мусора и отклонение астероидов», [122] и концепцию НАСА 2005 года «Система защиты комет от астероидов» (CAPS). ). [123] Обычно такие системы требуют значительного количества энергии, например, от космического спутника солнечной энергии .
Другое предложение — это предложение DE-STAR Филиппа Лубина [124] :
Карл Саган в своей книге «Бледно-голубая точка» выразил обеспокоенность по поводу технологии отклонения, отметив, что любой метод, способный отклонить ударные объекты от Земли, также может быть использован для отклонения неопасных тел к планете. Принимая во внимание историю политических лидеров-геноцидов и возможность бюрократического сокрытия истинных целей любого такого проекта для большинства его научных участников, он пришел к выводу, что Земля подвергается большему риску от антропогенного воздействия, чем от естественного. Вместо этого Саган предложил разрабатывать технологию отклонения только в реальной чрезвычайной ситуации.
Все низкоэнергетические технологии отклонения обладают способностью точного управления и управления, что позволяет добавлять ровно столько энергии, сколько необходимо для управления астероидом, изначально предназначенным для простого сближения с конкретной земной целью.
По мнению бывшего астронавта НАСА Расти Швейкарта , метод гравитационного трактора является спорным, поскольку в процессе изменения траектории астероида точка на Земле, куда он, скорее всего, мог бы удариться, будет медленно перемещаться по разным странам. Таким образом, угроза для всей планеты будет минимизирована за счет безопасности некоторых конкретных государств. По мнению Швейкарта, выбор способа «таски» астероида будет трудным дипломатическим решением. [133]
Анализ неопределенности, связанной с отклонением ядерного оружия, показывает, что способность защитить планету не подразумевает способность нацеливаться на планету. Ядерного взрыва, который изменит скорость астероида на 10 метров в секунду (плюс-минус 20%), будет достаточно, чтобы вытолкнуть его с орбиты столкновения с Землей. Однако если бы неопределенность изменения скорости составляла более нескольких процентов, шансов направить астероид к конкретной цели не было бы.
Кроме того, существуют юридические опасения относительно запуска ядерных технологий в космос. В 1992 году Организация Объединенных Наций приняла резолюцию, которая устанавливает строгие правила отправки ядерных технологий в космос, включая предотвращение загрязнения космоса, а также защиту всех граждан на Земле от потенциальных осадков. [134] По состоянию на 2022 год ООН все еще рассматривает вопросы безопасности и правовые вопросы запуска объектов с ядерной энергией в космическое пространство, особенно с учетом расширения сферы космических путешествий по мере того, как в современной космической гонке принимает участие все больше частных организаций. Комитет ООН по использованию космического пространства в мирных целях недавно подчеркнул точку зрения предыдущей резолюции, заявив, что на государствах-членах лежит ответственность за обеспечение безопасности всех, кто имеет отношение к ядерной энергетике в космосе. [135]
Эта статья включает общедоступные материалы Линды Херридж. НАСА и SpaceX запускают DART: первую испытательную миссию по планетарной защите. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства . Проверено 24 августа 2022 г.
{{cite conference}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь ){{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )Боеголовки взорвутся на расстоянии одной трети диаметра ОСЗ, и рентгеновские, гамма-лучи и нейтроны каждого взрыва превратят часть поверхности ОСЗ в расширяющуюся плазму, создав силу, способную отклонить астероид.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )Общий