Как изменить траекторию астероида

Он протаранил его на скорости 22 тысяч километров в час.

Аппарат для изменения траектории астероида прислал первые снимки из космоса

Спустя две недели после запуска аппарат НАСА «Испытание перенаправления двойного астероида» (Double Asteroid Redirection Test, DART) отправил первые изображения из космоса. 

По словам инженеров проекта, это важная веха миссии. При запуске DART испытал сильные вибрации, а затем — резкий скачок температуры в космосе до -80 градусов по Цельсию. При этом компоненты телескопического инструмента аппарата чувствительны даже к смещениям до 0,0000005 м. 

Однако 7 декабря DART все же открыл затвор своей телескопической камеры DRACO и сделал первые снимки. Изображения сняты с расстояния около 11 световых секунд от Земли и демонстрируют около дюжины звезд на черном фоне космоса, недалеко от места пересечения созвездий Персея, Овна и Тельца.

Команда навигации DART в Лаборатории реактивного движения НАСА использовала звезды на изображении, чтобы точно определить, как ориентирована камера DRACO ​​относительно самого аппарата. Теперь она может точно перемещать DART, чтобы направить DRACO на интересующие объекты, такие как Messier 38 (M38), также известный как скопление Starfish или Созвездие Возничий, скопление звезд примерно в 4200 световых годах от Земли. Захват изображений звезд помогает команде охарактеризовать оптические дефекты на изображениях, а также откалибровать прибор перед тем, как DRACO начинает снимать двойную систему астероидов Дидим.

DRACO (Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera) — это камера с высоким разрешением, созданная по образцу тепловизора на космическом корабле New Horizons, который дал первые изображения системы Плутона и объекта пояса Койпера, Аррокот, крупным планом. DRACO будет делать снимки астероидов Дидим и Диморф, а также поддерживать автономную систему наведения космического корабля, чтобы направить DART на таран. Это позволит изменить орбиту 160-метрового астероида Диморф, который входит в двойную систему (65803) Дидим из семейства Аполлонов и обращается вокруг 750-метрового основного тела.

DART представляет собой первую в мире испытательную миссию планетарной защиты, которая осуществит кинетический удар в Диморф, чтобы немного изменить его траекторию в космосе. Если эксперимент будет удачным, то орбитальный период Диморфа вокруг Дидима изменится на 4-7 минут.

Хотя ни один из астероидов не представляет угрозы для Земли, данная миссия продемонстрирует возможность подобной системы защиты. НАСА и SpaceX запустили DART при помощи ракеты-носителя Falcon 9 24 ноября. Аппарат достигнет своей цели 26 сентября 2022 года. Эксперимент с тараном намечен на 2 октября 2022 года. В 2027 году до Диморфа доберется европейская станция Hera, которая детально исследует систему и дополнительно подтвердит изменение орбиты.

Семь способов спасти Землю от столкновения с астероидами

27 января над Латинской Америкой пролетел астероид 2023 BU размером с небольшой грузовик. Близость рекордная — 3,5 тысячи километров. Это в 100 раз меньше, чем от Земли до Луны. Но опасности он не представлял примерно никакой. Во-первых, промелькнул он в относительно пустой зоне — между орбитой МКС и геостационарной орбитой, по которой ходят искусственные спутники Земли. Во-вторых, астероид 2023 BU настолько мал, что в случае чего он бы просто сгорел в атмосфере.

Тем не менее мы решили разобраться, как вообще наша голубая космическая песчинка защищена от попаданий в неё космических песчинок поменьше.

Способ 1: термоядерный взрыв

Кстати, открыл его Геннадий Борисов — астроном-любитель из посёлка Научный в Крыму.

Способ 2: подчинить астероид

Вариант сложнее. Предлагается воткнуть в космическое тело n-ное количество ракетных двигателей и запустить их. Да, серьёзно. Вероятно, такое возможно провернуть только с не особо большими астероидами, чтобы их траектория поменялась и Земля опять была спасена.

Способ 3: гравитационный буксир

Наверное, самый долгий способ. Подгоняем к астероиду ОГРОМНЫЙ космический корабль и ждём. Если наш аппарат достаточно велик, то они с астероидом начнут друг к другу притягиваться, а значит, нежеланный гость полетит немного в другую сторону и Земля опять будет спасена.

Способ 4: ионная пушка

Подгоняем к астероиду корабль поменьше, чем в прошлом случае, но с мощным оружием. Начинаем бить по астероиду пучком заряженных частиц — передаётся кинетическая энергия — камень отталкивается — Земля опять спасена.

Способ 5: эффект Ярковского

Тут варианта два, и оба связаны с тем, что от нагревания астероидов днём и остывания ночью появляется слабый реактивный импульс, способный изменить скорость и траекторию движения.

Первый — покрасить астероид в белый/чёрный. Но для этого не нужны космомаляры, достаточно осыпать тело диоксидом титана или сажей. Белый цвет отражает солнечные лучи и не даёт нагреваться, чёрный — наоборот.

Второй — направить на астероид большую лупу. Ну почти. Фокусируем солнечную энергию, тело начинает испаряться, эффект Ярковского работает, Земля спасена.

Способ 6: электромагнитная катапульта

Ставим на астероид агрегат, который будет перерабатывать вещество, из которого тот состоит, и выкидывать его в космос. Тут у нас и импульс, и уменьшение массы объекта, а значит, изменение траектории и неминуемое спасение Земли.

Способ 7: космотаран

Тут всё просто. Отправляем что-то очень большое (космический аппарат или даже спутник) в сторону астероида. Они сталкиваются, траектория полёта меняется, Земля спасена.

Если что, то из всех способов, этот — единственный проверенный в действии. В ноябре 2021 года с помощью ракеты Falcon 9 в космос запустили 633-килограммовый ударный зонд DART. 27 сентября 2022 года он столкнулся со 160-метровым астероидом Диморфом примерно в 11 миллионах километров от Земли, которая, кстати, спасена.

В общем, главный способ избежать столкновения с астероидом — не делать ничего. По расчётам учёных, 30-метровые объекты (типа Тунгусского метеорита) падают раз в 300 лет. 100-метровые, способные вызвать региональную катастрофу, — раз в 3 тысячи лет. А 10-километровые и больше, способные уничтожить всю цивилизацию, и вовсе раз в 100 миллионов лет. Кстати, такой же, вероятно, убил динозавров, влетев примерно в зону современного острова Юкатан в Латинской Америке. И было это 65 миллионов лет назад, так что время подготовиться у нас есть.

Российский ученый оценил ночную атаку американцев на астероид: «Идея наша»

Руководитель Центра планетарной защиты рассказал, как РФ противостоит угрозам из космоса

Естественно, двойной астероид, состоящий из основного тела – Дидим (780 м в диаметре) и его «луны» – Диморфа (160 м) , пролетающий от нас в миллионах километров, Земле ничем не угрожал. Но ведь отрабатывать технологию на чем-то надо!

   Специальный автоматический космический аппарат для удара по Диморфу был разработан специалистами Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса и нескольких других научных центров NASA. Он был запущен с помощью ракеты-носителя Falcon 9 с космодрома Ванденберг в ночь на 24 ноября 2021 года. Пролетев около 11 миллионов километров, к 27 сентября он достиг цели, то есть врезался в астероид со скоростью 6,6 км/с. Это произошло приблизительно в 2.15 по московскому времени.

   Момент удара был зафиксированы бортовой камерой DRACO, после чего космический аппарат, весивший 550 кг, полностью разрушился. По оценкам специалистов, он произвел взрыв, равный по силе 1,5-2 тоннам тротила. Запечатлеть атаку со стороны должен был лёгкий итальянский спутник LICIACubeSat (он отделился от аппарата незадолго до столкновения).

   Чуть позже этот малыш пришлет на Землю фото ударного кратера и прочие параметры Диморфа. Ученые ожидают после удара сокращения времени его обращения вокруг Дидима  на 10 минут, однако будут считать успехом и изменение скорости полета на 73 секунды.

«Это выполнение миссии и демонстрация технологии, которая, может быть, однажды спасет нашу планету», — сказала заместитель главы NASA, бывший астронавт Памела Мелрой.

Кстати, в 2024 году к этой же парочке астероидов намерено отправить миссию «Гера» Европейское космическое агентство.

Мы решили поинтересоваться, есть ли подобные программы в России, у руководителя Центра планетарной защиты Анатолия ЗАЙЦЕВА.

— Несмотря на то, что мы разработали эту идею кинетического удара по потенциально опасному астероиду одними из первых, еще в 1990-х годах, дальше этого дело, увы, не пошло, – говорит Анатолий Васильевич. – Я тогда работал в НПО им. Лавочкина, позже был создан наш Центр. Мы также планировали создать ударный аппарат и направить его к астероиду вместе с аппаратом-наблюдателем, который должен был после разрушения основного КА передать на Землю снимки образовавшегося в результате взрыва кратера.

Кроме кинетического воздействия наши ядерщики прорабатывали (думаю, что в США тоже от нас не отставали) и ядерный удар по астероиду, который мог быть трех типов. Первый – «мягкое воздействие» – взрыв у поверхности астероида, который вызвал бы сильное испарение поверхностного слоя небесного тела и, соответственно, изменение его траектории. Второй – «удар по поверхности», и третий – «заглубленное воздействие», когда снаряд сначала внедрялся вглубь астероида.

Очень печально, что у такой большой страны, как наша, нет своей программы по защите от космических объектов. Мы даже не наблюдаем их как следует: за год меньше 0,1 % от мирового «урожая», то есть 2-3 астероида, в то время, как за рубежом открывают по 2-3 тысячи. Прогрессивные страны за последние 30 лет в совокупности организовали 12 экспедиций к астероидам и кометам. У нас – задумайтесь – не было ни одной!

По оценке одного астронома, потребуется не менее пяти лет, чтобы попытаться предотвратить столкновение астероида с Землей. Другие, более пессимистичные, предполагают, что пройдет не менее десяти лет. Но можем ли мы вообще позволить себе выиграть время?

Несколько недель назад Центр изучения околоземных объектов Лаборатории реактивного движения НАСА завершил проект по моделированию сценария столкновения с астероидом. Целью этой работы, которая проводится каждые два года, является работа в группах над прогнозированием возможного воздействия путем реагирования на меняющиеся ситуации.

В этом году исследователям предстояло столкнуться с астероидом под названием «2021 PDC», обнаруженным 19 апреля 2021 года в 57 млн км от Земли. Его ближайшее сближение должно было произойти 20 октября 2021 года, всего через шесть месяцев после обнаружения. Результат: большая часть центральной Европы была уничтожена.

Эта симуляция, к счастью, была вымышленной, но она преподала нам тяжелый урок: если подобный астероид действительно будет угрожать Земле, никакие существующие технологии не смогут предотвратить его столкновение с нами за столь короткое время. Возникает вопрос: сколько времени у нас должно быть на подготовку?

Не месяцы, а годы

«Пять лет — это минимум«, — говорит Пол Чодас, один из тех, кто отвечает за моделирование. И даже тогда исследователь является одним из оптимистов. Астроном из Массачусетского технологического института Ричард Бинзел настроен гораздо менее оптимистично, предполагая, что на подготовку потребуется не менее десяти лет. «Время — это самый ценный товар, который только можно пожелать, если вы столкнулись с реальной астероидной угрозой«, — говорит он изданию Business Insider.

В недавней симуляции НАСА участники узнали размер вымышленного астероида только за неделю до его прибытия на Землю. Тридцатипятиметровый камень не наносит такого ущерба, как пятисотметровый астероид. Если первый может взорваться в атмосфере, то второй может уничтожить целый город.

Быстрая идентификация может все изменить, поскольку у астрономов будет больше времени, чтобы понять природу угрозы (размер, скорость, траекторию). Вооружившись этой информацией, можно соответствующим образом развернуть оборону.

Поэтому, чтобы выиграть время, необходимо усиленное и эффективное наблюдение за небом. В этой области достигнут определенный прогресс, но еще есть над чем работать.

В 2005 году Конгресс США попросил НАСА идентифицировать и отслеживать 90% всех околоземных объектов во внутренней части Солнечной системы, диаметр которых составляет не менее 140 метров. Два года назад агентство заявило, что обнаружило около 40% из примерно 25 000 объектов такого размера или больше.

Уничтожить или изменить траекторию астероида

Что касается средств защиты, то возможны три варианта. Первый предполагает подрыв взрывного устройства рядом с астероидом, чтобы разбить его. Второй способ включает обстрел лазерами, способными нагреть камень настолько, чтобы изменить его орбитальную траекторию. Третий вариант предполагает отправку космического аппарата для столкновения с астероидом, опять же в попытке изменить его траекторию.

НАСА и ЕКА намерены протестировать эту последнюю стратегию на Диморфосе, спутнике астероида Дидим. В рамках миссии, получившей название DART (Double Asteroid Redirection Test), два агентства отправят космический корабль для врезания в Диморфосом в 2022 году. Затем миссия ЕКА «Hera» через несколько лет возьмет на себя задачу составить карту бинарной системы, чтобы оценить успех этой миссии.

Но, опять же, разработка любого из этих трех вариантов займет годы. «Как правило, это долгий, многолетний процесс — от предложения до установки космического аппарата на ракету-носитель, не говоря уже о том, что вам еще нужно проложить маршрут, чтобы добраться до места назначения и отклонить астероид«, — отмечает Пол Чодас.

И даже если мы сможем изменить траекторию астероида, потребуется еще год или два, чтобы его путь вокруг Солнца изменился настолько, чтобы отдалить его от нашей планеты.

Как видите, лучший способ подготовиться к этому виду атаки — это наблюдение. С этой целью НАСА в настоящее время разрабатывает миссию NEO Surveyor, которая будет отслеживать самые темные астероиды с помощью инфракрасного телескопа космического базирования. Запуск миссии запланирован на 2026 год.

Через несколько месяцев исследователи также смогут рассчитывать на поддержку обсерватория имени Веры Рубин, которая позволит открыть тысячи новых астероидов.

Первый в истории эксперимент по изменению орбиты небесного тела прошел успешно. Аппарат-камикадзе DART, запущенный NASA, 26 сентября врезался в астероид Диморф. Наблюдения с Земли подтвердили, что орбита астероида заметно изменилась. Диморф не представляет опасности для Земли, но он стал удобной мишенью для учений по защите нашей планеты.

Управление рисками

Около 66 млн лет назад на Землю упал астероид диаметром в десятки километров. По мнению многих палеонтологов, именно эта катастрофа погубила динозавров. Людям, несомненно, тоже пришлось бы туго. К счастью, каменные гости такого масштаба падают на нашу планету раз в несколько десятков миллионов лет. Крайне маловероятно, чтобы это случилось в ближайшие столетия и даже тысячелетия. Но «маловероятно» не значит «невозможно», а когда речь идет о выживании человечества, не грех и подуть на воду. Поэтому астрономы тщательно отслеживают опасные тела.

Но обнаружить угрожающий Земле астероид — это полдела. Необходимо еще каким-то образом устранить угрозу с его стороны. Большинство экспертов полагает, что самое разумное — ударить по небесному гостю «тупым тяжелым предметом», чтобы столкнуть его с опасной траектории. Миссия DART и стала первым экспериментом в деле космического бильярда.

Пробный камень

Чтобы изменить орбиту километрового астероида, нужен очень массивный снаряд. Ракета-носитель просто не поднимет такую махину. Космический таран пришлось бы собирать на околоземной орбите, словно модульную орбитальную станцию. Такое мероприятие обойдется в астрономическую во всех смыслах сумму. Естественно, для пробных учений была выбрана цель попроще.

В 11 млн км от Земли находится 780-метровый астероид Дидим. У него есть 160-метровый спутник Диморф. Дидим и Диморф не представляют опасности для Земли, поскольку не сближаются с ней. Но вообще-то падение астероида диаметром 150 м эквивалентно термоядерному взрыву в десятки мегатонн. Такие катастрофы случаются примерно раз в десять тысячелетий.

Пара Дидим — Диморф словно специально создана для учений по планетарной защите. Сила притяжения между двумя миниатюрными небесными телами не так уж велика. Поэтому изменить орбиту, по которой Диморф обращается вокруг Дидима, может даже удар небольшого космического зонда. Кроме того, Диморф на каждом обороте проходит между Землей и Дидимом и затмевает его от наземных телескопов. Это позволяет измерить период обращения Диморфа (а значит, и параметры его орбиты) с большой точностью. К нему в ноябре 2021 года и был запущен зонд DART. Это аббревиатура от словосочетания Double Asteroid Redirection Test, что можно приблизительно перевести как «Эксперимент по изменению орбиты двойного астероида». Столкновение состоялось точно по плану: 26 сентября. Удар 550-килограммового зонда на скорости более 6 км/с был эквивалентен взрыву трех тонн тротила.

Последствия удара

Эксперты NASA были согласны признать миссию успешной, если бы период обращения Диморфа вокруг Дидима уменьшился хотя бы на 73 секунды. Действительность превзошла эти скромные ожидания. Период уменьшился на 32±2 минуты: с 11 часов 55 мин до 11 часов 23 минут.

Последствия удара изучала целая плеяда наземных оптических телескопов, радиотелескопы в режиме радара, а также орбитальные инструменты «Хаббл» и «Джеймс Уэбб». Кроме того, за десять дней до столкновения от аппарата DART отделился кубсат-наблюдатель LICIACube, созданный Итальянским космическим агентством. До последних секунд работала и бортовая инфракрасная камера самого зонда-камикадзе. 

Наблюдатели зафиксировали многотонный выброс астероидного грунта с места удара. Этот шлейф будет пристально изучен. Астрономы надеются выжать из него всю возможную информацию о химическом составе и механических свойствах Диморфа. 

А в 2024 году Европейское космическое агентство планирует запустить к паре Дидим — Диморф миссию «Гера». В декабре 2026 года «Гера» доберется до цели. Этот зонд измерит массу Диморфа и подробно изучит его движение вокруг Дидима и вращение вокруг оси. Кроме того, «Гера» исследует поверхность астероида и кратер, образовавшийся в результате столкновения с DART. Все это трудно сделать с Земли: Диморф слишком мал.

Миссия «Геры» не только запротоколирует результаты эксперимента DART, она важна и для астрономии. Как-никак это будет первый исследовательский зонд, отправленный к астероиду с естественным спутником. 

Сам аппарат-камикадзе DART не был оснащен научной аппаратурой. Зонд не выходил на орбиту вокруг Дидима, чтобы не терять скорости, он врезался в Диморф с налета, как снаряд. И, конечно, было бы нерационально разбить дорогостоящие приборы, не дав им толком поработать. Миссия и так обошлась в $325 млн. В 2018—2021 годах на нее выделялись суммы, сравнимые с расходами на отслеживание опасных околоземных астероидов, а то и превосходящие их. Впрочем, инженеры все-таки воспользовались миссией, чтобы испытать новые солнечные батареи, плазменный двигатель и систему навигации.

Эксперимент DART показал, что человечество может менять орбиты небесных тел предсказуемым и контролируемым образом. Это важно не только для защиты от астероидной опасности. Например, некоторые эксперты высказывают экстравагантную идею подгонять металлические астероиды ближе к Земле ради добычи на них полезных ископаемых. 

Но не следует заблуждаться: 550-килограммовый DART не смог бы сбить с курса по-настоящему опасный астероид. Эксперимент лишь продемонстрировал, что это направление развития — перспективное, а не тупиковое. Создание эффективных противоастероидных снарядов потребует совсем других сил и средств. К счастью, прямо сейчас нам почти наверняка ничего не угрожает, а технологии между тем не стоят на месте. Возможно, уже в ближайшие десятилетия на сцену выйдут ядерные двигатели, и создавать тяжелые космические аппараты станет гораздо проще.

Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ

В четверг, 12 октября, астероид 2012 TC4 пролетит над Землей на расстоянии всего около 40-50 тысяч километров. Объект будет находиться в семь-восемь раз ближе к Земле, чем Луна, но риск столкновения является минимальным. Сильвен Буле (Sylvain Bouley), планетолог из Парижской обсерватории в интервью «La Croix» рассказывает об угрозах астероидов.