Введение
Методы предотвращения разрушительных ударов астероидов
Предотвращение ударов астероидов включает в себя методы, с помощью которых околоземные объекты (НЭО) на потенциальном курсе столкновения с Землей могут быть отклонены, предотвращая разрушительные события. Столкновение с достаточно крупным астероидом или другими НЭО вызовет, в зависимости от места удара, массивные цунами или многочисленные пожары, а также ударную зиму, вызванную блокирующим солнечный свет эффектом большого количества измельченной каменной пыли и других обломков, выброшенных в стратосферу. Считается, что столкновение Земли с объектом диаметром около 66 миллионов лет назад привело к образованию кратера Чиксулуб и вызвало мел-палеогеновое вымирание, которое, по мнению научного сообщества, привело к исчезновению всех нептичьих динозавров. Хотя вероятность крупного столкновения в ближайшем будущем невелика, практически неизбежно, что оно произойдет в конечном итоге, если не будут приняты оборонительные меры. Астрономические события, такие как столкновения кометы Шумейкера-Леви 9 с Юпитером и челябинского метеорита в 2013 году, а также растущее число обнаруженных и каталогизированных в таблице рисков Sentry околоземных объектов, привлекли повышенное внимание к этой угрозе. Популярность фильма 2021 года «Не смотрите вверх» помогла повысить осведомленность о возможности предотвращения столкновений с НЭО. В 2016 году ученый NASA предупредил, что Земля не готова к такому событию. В апреле 2018 года Фонд B612 заявил: «Мы на 100% уверены, что с нами столкнется разрушительный астероид, но мы не уверены на 100% в сроках». Также в 2018 году физик Стивен Хокинг в своей последней книге «Краткие ответы на большие вопросы» назвал столкновение с астероидом самой серьезной угрозой для планеты. Были описаны различные способы предотвращения столкновения с астероидом. Тем не менее, в марте 2019 года ученые сообщили, что астероиды могут оказаться гораздо сложнее уничтожить, чем считалось ранее. Кроме того, астероид может восстановиться под действием гравитации после разрушения. В мае 2021 года астрономы NASA сообщили, что для предотвращения столкновения с виртуальным астероидом может потребоваться от 5 до 10 лет подготовки, согласно результатам смоделированных учений, проведенных на Конференции по планетарной обороне в 2021 году. В 2022 году космический аппарат NASA DART столкнулся с Диморфосом, сократив орбитальный период спутника малой планеты на 32 минуты. Эта миссия стала первой успешной попыткой отклонения астероида. В 2025 году CNSA планирует запустить еще одну миссию по отклонению околоземного объекта 2019 VL5, астероида шириной , которая будет включать в себя как ударный, так и наблюдательный космические аппараты.
Усилия по отклонению
Согласно свидетельству экспертов в Конгрессе США в 2013 году, NASA потребуется не менее пяти лет подготовки, прежде чем можно будет запустить миссию по перехвату астероида. В июне 2018 года Национальный совет по науке и технологиям США предупредил о неготовности Соединенных Штатов к событию столкновения с астероидом и разработал и опубликовал "План действий по национальной стратегии готовности к околоземным объектам" для улучшения подготовки. Большинство попыток отклонить крупный объект требуют предупреждения от года до десятилетий, чтобы было время для подготовки и реализации проекта по предотвращению столкновения, поскольку известные средства планетарной защиты пока не разработаны. Было подсчитано, что для успешного отклонения тела, движущегося по прямой траектории столкновения, необходимо изменение скорости всего в 0,035 м/с ÷ t (где t – количество лет до потенциального столкновения). Таким образом, за много лет до столкновения требуются гораздо меньшие изменения скорости. Например, оценивалось, что существует высокая вероятность пролета астероида 99942 Апофис мимо Земли в 2029 году с вероятностью 10−4 возвращения на траекторию столкновения в 2035 или 2036 году. Впоследствии было установлено, что отклонение от этой потенциальной траектории возвращения, за несколько лет до сближения, может быть достигнуто с изменением скорости порядка 10−6 м/с. NASA Double Asteroid Redirection Test (DART), первая в мире полномасштабная миссия по тестированию технологий защиты Земли от потенциальных астероидных или кометных угроз, была запущена на ракете SpaceX Falcon 9 с Космического пускового комплекса 4 East на базе космических сил Ванденберга в Калифорнии. Столкновение астероида с Землей исторически приводило к событию вымирания из-за катастрофического ущерба биосфере. Существует также угроза от комет, входящих во внутреннюю Солнечную систему. Скорость удара долгопериодической кометы, вероятно, будет в несколько раз выше, чем у околоземного астероида, что сделает ее удар гораздо более разрушительным; кроме того, время предупреждения вряд ли превысит несколько месяцев. Столкновения с объектами диаметром даже в, которые встречаются гораздо чаще, исторически были чрезвычайно разрушительными в региональном масштабе (см. кратер Баррингера). Определение материального состава объекта также полезно для выбора подходящей стратегии. Миссии, такие как зонд Deep Impact 2005 года и космический аппарат Rosetta, предоставили ценную информацию о том, чего следует ожидать. В октябре 2022 года был предложен метод картирования внутренней структуры потенциально опасного астероида для определения оптимальной области для воздействия.
История мандатов правительства США
Усилия по прогнозированию падения астероидов сосредоточены на методе обследования. В 1992 году НАСА спонсировало мастерскую по перехвату околоземных объектов, организованную Лос-Аламосской национальной лабораторией, на которой оценивались вопросы, связанные с перехватом небесных тел, представляющих угрозу для Земли. В отчете НАСА за 1992 год было рекомендовано проведение скоординированного обследования Spaceguard для обнаружения, подтверждения и последующего наблюдения за астероидами, пересекающими орбиту Земли. Ожидалось, что в течение 25 лет удастся обнаружить 90% объектов размером более одного километра. Три года спустя другой отчет НАСА рекомендовал проведение поисковых обследований, которые позволили бы обнаружить 60–70% околоземных объектов малого периода размером более одного километра в течение десяти лет и достичь 90% полноты данных в течение последующих пяти лет. В 1998 году НАСА официально приняло цель – к 2008 году обнаружить и каталогизировать 90% всех околоземных объектов (NEO) диаметром 1 км и более, которые могут представлять риск столкновения с Землей. Диаметр в 1 км был выбран в качестве критерия после тщательного изучения, показавшего, что падение объекта размером менее 1 км может вызвать значительный локальный или региональный ущерб, но вряд ли приведет к глобальной катастрофе. Благодаря многолетней приверженности конгрессмена Брауна делу планетарной защиты, законопроект Палаты представителей США H. R. 1022 был назван в его честь: Закон Джорджа Э. Брауна-младшего об обследовании околоземных объектов. Этот законопроект "о предоставлении программы обследования околоземных объектов для обнаружения, отслеживания, каталогизации и характеристики определенных околоземных астероидов и комет" был внесен в марте 2005 года конгрессменом Дэной Рорабахер (R CA). Впоследствии он был включен в S.1281, Закон об авторизации НАСА на 2005 год, принятый Конгрессом 22 декабря 2005 года, подписанный Президентом и содержащий, в частности, следующее:
Конгресс США заявил, что общее благосостояние и безопасность Соединенных Штатов требуют направления уникальной компетенции НАСА на обнаружение, отслеживание, каталогизацию и характеристику околоземных астероидов и комет для предупреждения и смягчения потенциальной опасности, исходящей от этих объектов для Земли. Администратор НАСА должен планировать, разрабатывать и реализовывать программу обследования околоземных объектов для обнаружения, отслеживания, каталогизации и характеристики физических свойств околоземных объектов диаметром 140 метров и более, чтобы оценить угрозу, исходящую от этих объектов для Земли. Целью программы обследования является достижение 90%-ной завершенности каталога околоземных объектов (на основе статистически прогнозируемых популяций околоземных объектов) в течение 15 лет после вступления в силу настоящего Закона. Администратор НАСА должен представить в Конгресс не позднее чем через год после вступления в силу настоящего Закона первоначальный отчет, содержащий следующее: (A) анализ возможных альтернатив, которые НАСА может использовать для реализации программы обследования, включая наземные и космические альтернативы с техническими описаниями; (B) рекомендуемый вариант и предлагаемый бюджет для реализации программы обследования в соответствии с рекомендуемым вариантом; (C) анализ возможных альтернатив, которые НАСА может использовать для отклонения объекта, движущегося по вероятной траектории столкновения с Землей. Результатом этой директивы стал отчет, представленный Конгрессу в начале марта 2007 года. Это было исследование по анализу альтернатив (AoA), проведенное офисом анализа и оценки программ НАСА (PA&E) при поддержке внешних консультантов, Аэрокосмической корпорации, Исследовательского центра НАСА Лэнгли (LaRC) и SAIC (среди прочих). См. также Совершенствование прогнозирования падения.
Продолжающиеся проекты
Центр Малых Планет в Кембридже, штат Массачусетс, каталогизирует орбиты астероидов и комет с 1947 года. Недавно к нему присоединились обзоры, специализирующиеся на обнаружении околоземных объектов (НЕО), многие из которых (на начало 2007 года) финансировались офисом программы НАСА по околоземным объектам в рамках программы Spaceguard. Одним из наиболее известных является LINEAR, начавшийся в 1996 году. К 2004 году LINEAR обнаруживал десятки тысяч объектов ежегодно и составлял 65% всех новых обнаружений астероидов. LINEAR использует два однометровых телескопа и один полуметровый телескоп, расположенные в Нью-Мексико. Обзор неба Каталины (CSS) проводится на станции Каталины обсерватории Стюарда, расположенной недалеко от Тусона, штат Аризона, в Соединенных Штатах. Он использует два телескопа: телескоп f/2 на вершине горы Леммон и телескоп f/1.7 Шмидта возле горы Бигелоу (оба в районе Тусона, штат Аризона). В 2005 году CSS стал самым эффективным обзором NEO, превзойдя Lincoln Near Earth Asteroid Research (LINEAR) по общему количеству NEO и потенциально опасных астероидов, обнаруженных ежегодно с тех пор. CSS обнаружил 310 NEO в 2005 году, 396 в 2006 году, 466 в 2007 году, а в 2008 году было обнаружено 564 NEO. Spacewatch, использующий телескоп, расположенный в обсерватории Китт-Пик в Аризоне, модернизированный автоматическим наведением, изображением и аналитическим оборудованием для поиска на небе незваных гостей, был создан в 1980 году Томом Герельсом и Робертом С. Макмилланом из Лунной и Планетной лаборатории Университета Аризоны в Тусоне и теперь управляется Макмилланом. Проект Spacewatch получил телескоп, также расположенный на Китт-Пик, для поиска NEO и оснастил старый 90-сантиметровый телескоп усовершенствованной электронной системой изображения с гораздо более высоким разрешением, улучшив его поисковые возможности. Другие программы отслеживания околоземных объектов включают Near Earth Asteroid Tracking (NEAT), Lowell Observatory Near Earth Object Search (LONEOS), Campo Imperatore Near Earth Object Survey (CINEOS), Японскую Ассоциацию Spaceguard и Asiago DLR Asteroid Survey. Pan STARRS завершил строительство телескопа в 2010 году и в настоящее время активно проводит наблюдения. Система Последнего Предупреждения о Столкновении с Землей (Asteroid Terrestrial impact Last Alert System), находящаяся в эксплуатации, проводит частые сканирования неба с целью обнаружения на поздних стадиях траектории сближения астероида. Это будет слишком поздно для отклонения, но все еще вовремя для эвакуации и подготовки пострадавшего региона Земли. Другой проект, поддерживаемый Европейским Союзом, – NEOShield, который анализирует реалистичные варианты предотвращения столкновения NEO с Землей. Их цель – предоставить проекты тестовых миссий для осуществимых концепций смягчения последствий столкновения с NEO. В проекте особое внимание уделяется двум аспектам. Первый – это сосредоточение на технологическом развитии основных методов и инструментов, необходимых для наведения, навигации и управления (GNC) в непосредственной близости от астероидов и комет. Это позволит, например, поражать такие объекты высокоскоростным космическим аппаратом с кинетическим импактором и наблюдать за ними до, во время и после попытки смягчения последствий, например, для определения орбиты и мониторинга. Второй аспект направлен на уточнение характеристик околоземных объектов (НЕО). Кроме того, NEOShield 2 будет проводить астрономические наблюдения за NEO, чтобы улучшить понимание их физических свойств, сосредоточившись на меньших размерах, представляющих наибольшую опасность с точки зрения смягчения последствий, и выявить другие объекты, подходящие для миссий по физической характеристике и демонстрации отклонения NEO. "Spaceguard" – это общее название для этих слабо связанных программ, некоторые из которых получают финансирование NASA для выполнения требования Конгресса США по обнаружению 90% околоземных астероидов диаметром более 1 км к 2008 году. Исследование NASA 2003 года, посвященное последующей программе, предполагает выделение 250–450 миллионов долларов США на обнаружение 90% всех околоземных астероидов и более крупных к 2028 году. NEODyS – это онлайн-база данных известных NEO.
Миссия "Сентинель"
Фонд B612 – частный некоммерческий фонд со штаб-квартирой в США, деятельность которого направлена на защиту Земли от столкновений с астероидами. Его возглавляют в основном ученые, бывшие астронавты и инженеры из Института перспективных исследований, Юго-Западного исследовательского института, Стэнфордского университета, NASA и космической индустрии. Как негосударственная организация, фонд проводил два взаимосвязанных направления исследований, чтобы помочь в обнаружении NEO, представляющих потенциальную угрозу для Земли, и разработать технологические средства для изменения их траектории, чтобы избежать столкновений. Целью фонда было проектирование и строительство частного космического телескопа Sentinel, запуск которого планировался на 2017–2018 годы. Однако проект был отменен в 2015 году. Если бы инфракрасный телескоп Sentinel был размещен на орбите, аналогичной орбите Венеры, он позволил бы выявить опасные NEO, каталогизируя 90% из них с диаметром более , а также проводить обследование более мелких объектов Солнечной системы. Фонд также предлагает использовать гравитационные тракторы для отклонения траекторий потенциально опасных NEO от Земли – концепцию, одним из создателей которой является генеральный директор организации, физик и бывший астронавт NASA Эд Лу.
Перспективные проекты
Orbit@home намерена предоставить распределенные вычислительные ресурсы для оптимизации стратегии поиска. 16 февраля 2013 года проект был приостановлен из-за отсутствия грантового финансирования. Однако 23 июля 2013 года проект orbit@home был отобран для финансирования программой NASA по наблюдению за околоземными объектами и должен был возобновить работу в начале 2014 года. По состоянию на 13 июля 2018 года, согласно его веб-сайту, проект не работает. Ожидается, что Большой синоптический обзорный телескоп, который в настоящее время строится, начнет проводить комплексное обследование с высоким разрешением в начале 2020-х годов.
Обнаружение из космоса
8 ноября 2007 года подкомитет по космосу и аэронавтике Комитета Палаты представителей по науке и технологиям провел слушания для оценки состояния программы NASA по обзору околоземных объектов. Представители NASA предложили использовать широкопольный инфракрасный обзорный телескоп (WISE). WISE осуществлял обзор неба в инфракрасном диапазоне с очень высокой чувствительностью. Астероиды, поглощающие солнечное излучение, можно наблюдать в инфракрасном диапазоне. Помимо выполнения своих научных задач, он использовался для обнаружения NEO. Ожидается, что в ходе годичной миссии WISE сможет обнаружить 400 NEO (приблизительно два процента от предполагаемой популяции NEO, представляющей интерес). NEOSSat, Спутник наблюдения за околоземными объектами, – это микроспутник, запущенный в феврале 2013 года Канадским космическим агентством (CSA) для поиска NEO в космосе. Кроме того, Near Earth Object WISE (NEOWISE), являясь продолжением миссии WISE, начал работу в сентябре 2013 года (в рамках второго продления миссии) для обнаружения астероидов и комет, находящихся вблизи земной орбиты.
Глубокое воздействие
Исследование, опубликованное в журнале Nature от 26 марта 2009 года, описывает, как ученые смогли идентифицировать астероид в космосе до его входа в атмосферу Земли, что позволило компьютерам определить область его происхождения в Солнечной системе, а также предсказать время и место падения его уцелевших фрагментов на Землю. Астероид диаметром четыре метра, получивший название 2008 TC3, был впервые обнаружен автоматическим телескопом Catalina Sky Survey 6 октября 2008 года. Вычисления верно предсказали его падение через 19 часов после обнаружения в Нубийской пустыне северного Судана. Было выявлено несколько потенциально опасных объектов, таких как 99942 Apophis (ранее известный под предварительным обозначением), для которого в 2004 году временно оценивалась вероятность столкновения с Землей около 3% в 2029 году. Дальнейшие наблюдения снизили эту вероятность до нуля.
Испытание перенаправления двойного астероида
26 сентября 2022 года DART столкнулся с Диморфосом, уменьшив орбитальный период спутника малой планеты на 32 минуты. Эта миссия стала первой успешной попыткой изменения траектории астероида.
Расчетная модель вероятности воздействия
Эллипсы на диаграмме справа показывают прогнозируемое положение при ближайшем сближении с Землей для примера астероида. Сначала, имея лишь несколько наблюдений за астероидом, эллипс неопределенности очень велик и включает в себя Землю. Дальнейшие наблюдения уменьшают эллипс неопределенности, но он все еще охватывает Землю. Это повышает прогнозируемую вероятность столкновения, поскольку Земля теперь занимает большую часть области неопределенности. В конечном итоге, еще больше наблюдений (часто радиолокационные, или обнаружение предыдущих наблюдений того же астероида в архивных изображениях) сужают эллипс, показывая, что Земля находится вне области неопределенности, и вероятность столкновения близка к нулю. Для астероидов, которые действительно движутся к Земле, прогнозируемая вероятность столкновения продолжает расти с увеличением количества наблюдений. Подобная закономерность затрудняет разграничение между астероидами, которые лишь приблизятся к Земле, и теми, которые столкнутся с ней. Это, в свою очередь, усложняет определение момента подачи сигнала тревоги, поскольку получение большей уверенности требует времени, а это уменьшает время, доступное для реагирования на прогнозируемое столкновение. Однако, слишком ранняя подача сигнала тревоги чревата ложной тревогой и эффектом "Мальчика, который кричал волк", если астероид пролетит мимо Земли.
Стратегии предотвращения столкновений
Различные методы предотвращения столкновений имеют различные компромиссы в отношении таких показателей, как общая эффективность, стоимость, риск отказа, операции и технологическая готовность. Существуют различные методы изменения курса астероида/кометы. Их можно дифференцировать по различным типам характеристик, таким как тип смягчения (отклонение или фрагментация), источник энергии (кинетический, электромагнитный, гравитационный, солнечный/тепловой или ядерный) и стратегия подхода (перехват, сближение или удаленная станция). Стратегии делятся на два основных типа: фрагментация и задержка. Фрагментация направлена на обезвреживание объекта, представляющего угрозу столкновения, путем его фрагментации и рассеивания фрагментов таким образом, чтобы они промахнулись мимо Земли или были достаточно малы, чтобы сгореть в атмосфере. Задержка основана на том факте, что и Земля, и объект, представляющий угрозу, находятся на орбите. Столкновение происходит, когда оба достигают одной и той же точки в пространстве одновременно, или, точнее, когда некоторая точка на поверхности Земли пересекает орбиту объекта, представляющего угрозу, в момент его прибытия. Поскольку Земля имеет диаметр приблизительно и движется по своей орбите со скоростью приблизительно , она проходит расстояние, равное одному планетарному диаметру, примерно за 425 секунд, или чуть более семи минут. Задержка или ускорение прибытия объекта, представляющего угрозу, на время этой величины может, в зависимости от точной геометрии столкновения, привести к тому, что он промахнется мимо Земли. Стратегии предотвращения столкновений также можно рассматривать как прямые или косвенные, а также по скорости передачи энергии объекту. Прямые методы, такие как ядерные взрывчатые вещества или кинетические ударники, быстро перехватывают траекторию болида. Прямые методы предпочтительнее, поскольку они, как правило, менее затратны по времени и средствам. Их эффект может быть немедленным, что позволяет сэкономить драгоценное время. Эти методы будут эффективны как при кратковременном, так и при долговременном предупреждении об угрозе и наиболее эффективны против твердых объектов, которые можно непосредственно сдвинуть с места, но в случае кинетических ударников они не очень эффективны против крупных рыхлых скоплений обломков. Косвенные методы, такие как гравитационные тракторы, установка ракетных двигателей или массковых ускорителей, намного медленнее. Они требуют путешествия к объекту, изменения курса до 180 градусов для сближения в космосе, а затем значительно большего времени для изменения траектории астероида настолько, чтобы он промахнулся мимо Земли. Считается, что многие NEO представляют собой «летающие груды обломков», слабо связанные гравитацией, и типичная попытка отклонения с помощью кинетического ударника размером с космический аппарат может просто разрушить объект или раздробить его, не внеся достаточной корректировки в его курс. Если астероид распадется на фрагменты, любой фрагмент размером более не сгорит в атмосфере и сам может столкнуться с Землей. Отслеживание тысяч осколков, похожих на дробь, которые могут образоваться в результате такого взрыва, будет очень сложной задачей, хотя фрагментация предпочтительнее, чем бездействие и позволение первоначально более крупному телу обломков, аналогичному картечному заряду, столкнуться с Землей. В симуляциях Cielo, проведенных в 2011–2012 годах, в которых скорость и количество доставки энергии были достаточно высокими и соответствовали размеру кучи обломков, например, после специально подобранного ядерного взрыва, результаты показали, что любые фрагменты астероидов, образовавшиеся после импульса энергии, не представляют угрозы повторного объединения (включая фрагменты, имеющие форму астероида Итокава), а вместо этого быстро достигнут скорости убегания от своего родительского тела (которая для Итокава составляет около 0,2 м/с) и, следовательно, выйдут на траекторию, не пересекающую орбиту Земли.
Ядерное взрывное устройство
Запуск ядерного взрывного устройства над, на или чуть ниже поверхности угрожающего небесного тела является потенциальным вариантом отклонения, при этом оптимальная высота детонации зависит от состава и размера объекта. Для смягчения угрозы столкновения не требуется испарение всего NEO. В случае угрозы от "рыхлой глыбы" высота детонации над поверхностью рассматривалась как способ предотвратить возможное дробление глыбы. Энергетические нейтроны и мягкое рентгеновское излучение, выделяемые при детонации и незначительно проникающие в вещество, преобразуются в тепло при контакте с поверхностным веществом объекта, аблятивно испаряя все видимые участки поверхности до небольшой глубины. В зависимости от мощности взрывного устройства, возникающий реактивный эффект, создаваемый высокой скоростью выброса испарившейся массы астероида, в сочетании с небольшим уменьшением массы объекта, приведет к достаточному изменению орбиты, чтобы избежать столкновения с Землей. Хотя по состоянию на 2023 год обновлений по программе HAMMER не поступало, NASA опубликовало свою регулярную Стратегию и план действий по планетарной обороне на 2023 год. В нем NASA признает важность продолжения изучения потенциала ядерной энергии для отклонения или уничтожения астероидов, поскольку на данный момент это единственный вариант защиты, если об астероиде станет известно лишь за несколько месяцев или лет до столкновения, в зависимости от его скорости. В отчете также подчеркивается необходимость изучения правовых и политических аспектов этой темы.
Поверхностное и подповерхностное использование
В 2011 году директор Исследовательского центра астероидной защиты Университета штата Айова, доктор Бонг Ви, опубликовавший исследования по отклонению астероидов с помощью кинетических ударников, предложил использовать поверхностное детонирующее ядерное устройство вместо кинетического ударника для создания начального кратера, а затем использовать этот кратер в качестве сопла ракеты для направления последующих ядерных детонаций. Ви утверждал, что компьютерные модели, над которыми он работал, показали возможность уничтожения астероида шириной 300 метров с помощью одного HAIV при времени предупреждения в 30 дней. Кроме того, модели показали, что менее 0,1% обломков астероида достигнет поверхности Земли. Однако, с 2014 года Ви и его команда представили немного существенных обновлений по результатам исследования. С 2015 года Ви сотрудничает с датским проектом экстренной защиты от астероидов (EADP), который в конечном итоге намерен собрать достаточно средств для проектирования, строительства и хранения неядерного космического аппарата HAIV в качестве планетарной страховки. Для угрожающих астероидов, слишком больших и/или слишком близких к Земле, чтобы эффективно отклонять их неядерным HAIV, предусмотрена замена на ядерные взрывные устройства (с 5% от взрывной мощности, используемой для стратегии дистанционного подрыва) под международным контролем, при возникновении соответствующих условий. Исследование, опубликованное в 2020 году, показало, что эффективность неядерного кинетического воздействия снижается с увеличением размера и уменьшением расстояния до астероида. Однако исследователи провели моделирование, которое показало, что ядерный взрыв вблизи поверхности астероида, предназначенный для покрытия одной его стороны рентгеновским излучением, может быть эффективным. В программе, когда рентгеновское излучение покрывает одну сторону астероида, оно создает энергию тяги, которая направляет астероид в нужном направлении. Ведущий исследователь этого исследования, Дэйв Дирборн, отметил, что ядерное воздействие обеспечивает большую гибкость, чем неядерный подход, поскольку выход энергии можно точно настроить в зависимости от размера и местоположения астероида.
A similar proposal would use a surface detonating nuclear device in place of the kinetic impactor to create the initial crater, then using the crater as a rocket nozzle to channel succeeding nuclear detonations. Wie claimed the computer models he worked on showed the possibility for a 300 metre wide (1,000 ft) asteroid to be destroyed using a single HAIV with a warning time of 30 days. Additionally, the models showed that less than 0.1% of debris from the asteroid would reach Earth's surface. However, there have been few substantial updates from Wie and his team since 2014 regarding the research. As of 2015, Wie has collaborated with the Danish Emergency Asteroid Defence Project (EADP), which ultimately intends to crowdsource sufficient funds to design, build, and store a non nuclear HAIV spacecraft as planetary insurance. For threatening asteroids too large and/or too close to Earth impact to effectively be deflected by the non nuclear HAIV approach, nuclear explosive devices (with 5% of the explosive yield than those used for the stand off strategy) are intended to be swapped in, under international oversight, when conditions arise that necessitate it. A study published in 2020 pointed out that a non nuclear kinetic impact becomes less effective the larger and closer the asteroid. However, researchers ran a model that suggested a nuclear detonation near the surface of an asteroid designed to cover one side of the asteroid with x rays would be effective. When the x rays cover one side of an asteroid in the program, they produce propulsion energy that would propel the asteroid in a preferred direction. The lead researcher with the study, Dave Dearborn, said a nuclear impact offered more flexibility than a non nuclear approach, as the energy output can be adjusted specifically to the asteroid's size and location.
Возможность отклонения кометы
После столкновения кометы Шумейкера-Леви 9 с Юпитером в 1994 году, Эдвард Теллер предложил группе американских и российских разработчиков вооружений, ранее работавших в период холодной войны, на семинаре по планетарной обороне в 1995 году в Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (LLNL), совместно разработать ядерное взрывное устройство мощностью в один гигатонн, эквивалентное кинетической энергии астероида. Теоретическое устройство мощностью в один гигатонн весило бы около 25–30 тонн, что достаточно легко для подъема ракетой "Энергия". Его можно было бы использовать для мгновенного испарения астероида диаметром в один километр или для изменения траектории астероидов класса ELE (диаметром более чем ) в течение нескольких месяцев. При годовом предупреждении и точке перехвата не ближе Юпитера, оно также могло бы справиться с еще более редкими короткопериодическими кометами, которые могут выходить из пояса Койпера и пересекать орбиту Земли в течение двух лет. Для комет этого класса, с максимальным оценочным диаметром в , Хирон рассматривался как гипотетическая угроза. Эта инициатива должна была дополнять договор СНВ-III (Новый СНВ), однако Россия приостановила свое участие в договоре в 2023 году. По состоянию на апрель 2023 года официальных заявлений из Белого дома или Москвы о том, как приостановка участия России повлияет на смежные договоры, не поступало.
Обычный ракетный двигатель
Присоединение любого устройства для космической тяги окажет аналогичный эффект толчка, потенциально выводя астероид на траекторию, уводящую его от Земли. Космический ракетный двигатель, способный сообщить импульс 10⁶ Н·с (например, разогнать аппарат массой 1000 кг на 1 км/с), окажет относительно небольшое воздействие на относительно небольшой астероид, масса которого примерно в миллион раз больше. В своей аналитической записке Чепмен, Дурда и Голд рассчитали отклонения, используя существующие химические ракеты, доставленные к астероиду. Для таких двигателей прямого действия обычно предлагается использовать высокоэффективные электрические двигатели космических аппаратов, такие как ионные двигатели или VASIMR.
Проблемы с технологией отклонения
Карл Саган в своей книге "Бледная голубая точка" выразил обеспокоенность технологиями отклонения, отметив, что любой метод, способный отклонить объекты, угрожающие Земле, может быть также использован для направления безобидных тел к планете. Учитывая историю геноцидальных политических лидеров и возможность сокрытия истинных целей любого такого проекта от большинства участвующих ученых, он пришел к выводу, что Земля подвергается большему риску от искусственно вызванного удара, чем от естественного. Саган предложил разрабатывать технологии отклонения только в случае реальной чрезвычайной ситуации. Все технологии отклонения, использующие небольшие затраты энергии, обладают встроенными возможностями точного управления, позволяющими добавить необходимое количество энергии для изменения траектории астероида, изначально предназначенного лишь для близкого сближения с Землей, и направить его к конкретной цели. По словам бывшего астронавта НАСА Расти Швайкарта, метод гравитационного трактора вызывает споры, поскольку в процессе изменения траектории астероида точка наиболее вероятного падения на Землю будет медленно перемещаться между разными странами. Таким образом, угроза для всей планеты будет минимизирована за счет снижения безопасности отдельных государств. По мнению Швайкарта, выбор способа "буксировки" астероида станет сложным дипломатическим решением. Анализ неопределенностей, связанных с ядерным отклонением, показывает, что возможность защиты планеты не подразумевает возможности нацеливания на нее. Ядерного взрыва, изменяющего скорость астероида на 10 метров в секунду (с погрешностью ±20%), будет достаточно, чтобы вывести его на безопасную орбиту. Однако, если погрешность изменения скорости превысит несколько процентов, направить астероид к конкретной цели будет невозможно. Кроме того, существуют юридические проблемы, связанные с запуском ядерных технологий в космос. В 1992 году Организация Объединенных Наций приняла резолюцию, устанавливающую строгие правила отправки ядерных технологий в космос, включая предотвращение загрязнения космического пространства и защиту всех жителей Земли от возможных последствий. По состоянию на 2022 год ООН продолжает рассматривать вопросы безопасности и правовые аспекты запуска ядерных объектов в космос, особенно в связи с расширением космической деятельности и участием в современной космической гонке все большего числа частных организаций. Комитет ООН по мирному использованию космического пространства недавно подтвердил важность предыдущей резолюции, заявив, что государства-члены несут ответственность за обеспечение безопасности всех в отношении использования ядерной энергии в космосе.
Планетарная оборона
В своей книге 1964 года "Острова в космосе" Дандридж М. Коул и Дональд В. Кокс отметили опасность столкновений планетоидов, как естественных, так и тех, которые могут быть вызваны враждебными намерениями. Они выступали за каталогизацию малых планет и разработку технологий для посадки на них, отклонения или даже захвата планетоидов. В 1967 году студенты факультета аэронавтики и космонавтики в МТИ провели проект "Проект Икар", целью которого было предотвращение гипотетического столкновения Земли с астероидом 1566 Икар. В настоящее время (по состоянию на конец 2007 года) оценивается, что существует около 20 000 объектов, способных пересечь орбиту Земли и достаточно больших (140 метров или больше), чтобы вызывать беспокойство. В среднем один из них столкнется с Землей каждые 5000 лет, если не предпринять превентивные меры. Предполагалось, что к 2008 году 90% таких объектов диаметром 1 км и более будут идентифицированы и будут отслеживаться. Ожидалось, что дальнейшая задача по идентификации и мониторингу всех таких объектов размером 140 м и более будет завершена к 2020 году. К 2019 году число обнаруженных околоземных астероидов всех размеров составило более 19 000. Каждую неделю добавляется в среднем 30 новых открытий. Catalina Sky Survey (CSS) – одна из четырех финансируемых НАСА программ, проводимых в соответствии с мандатом Конгресса США 1998 года, чтобы найти и каталогизировать к концу 2008 года, по крайней мере, 90 процентов всех околоземных объектов (NEO) диаметром более 1 километра. CSS обнаружил более 1150 NEO в 2005–2007 годах. 20 ноября 2007 года они обнаружили астероид, обозначенный как , который первоначально оценивался как имеющий шанс столкнуться с Марсом 30 января 2008 года, но дальнейшие наблюдения в течение следующих недель позволили НАСА исключить возможность столкновения. НАСА оценила близкое прохождение . В январе 2012 года, после близкого прохождения объекта 2012 BX34, исследователи из России, Германии, США, Франции, Великобритании и Испании опубликовали статью под названием "Глобальный подход к смягчению угрозы столкновения с околоземными объектами", в которой обсуждался проект "NEOShield". В ноябре 2021 года НАСА запустило программу с иной целью в области планетарной защиты. Многие ранее применявшиеся методы были направлены на полное уничтожение астероида. Однако НАСА и многие другие считали этот метод слишком ненадежным, поэтому они профинансировали миссию Double Asteroid Redirection Test (DART). Эта миссия запустила небольшой беспилотный космический аппарат, чтобы врезаться в астероид, чтобы разбить его или отклонить от Земли. В январе 2022 года НАСА профинансировала систему Asteroid Terrestrial impact Last Alert System (ATLAS) – современную систему обнаружения астероидов, управляемую Институтом астрономии Университета Гавайев (UH) для Управления координации планетарной обороны агентства (PDCO). Она достигла новой вехи, став первым обзором, способным искать в течение 24 часов в темном небе все околоземные объекты (NEO), которые могут представлять угрозу для Земли в будущем. Теперь, располагая четырьмя телескопами, ATLAS расширила свой охват на южное полушарие, добавив к двум существующим телескопам северного полушария на Галеакале и Мауналоа на Гавайях две дополнительные обсерватории в Южной Африке и Чили. По состоянию на 1 марта 2023 года НАСА предоставило доказательства того, что DART действительно работает. Миссия успешно нацелилась и установила контакт с астероидом, движущимся на высокой скорости, и успешно изменила его курс. Эти данные показали, что мы можем успешно переместить астероид диаметром до полумили (около 800 метров).
Общая библиография
Луис Альварес и др. Статья 1980 года в журнале Science о великом массовом вымирании 65 миллионов лет назад, которое привело к распространению видов млекопитающих, в том числе к появлению человеческой расы, благодаря столкновению с астероидом – теория, вызывавшая споры в свое время, но теперь общепринятая. Кларк Р. Чепмен, Дэниел Д. Дурда и Роберт Э. Голд (24 февраля 2001 г.) "Опасность столкновений, системный подход" – аналитическая записка по вопросам государственной политики, связанным с риском столкновений, доступна на boulder.swri.edu.
Дональд В. Кокс и Джеймс Х. Честек. 1996. "Астероид Судного дня: сможем ли мы выжить?". Нью-Йорк: Prometheus Books. (Следует отметить, что, несмотря на сенсационное название, это качественное исследование темы, включающее хорошее обсуждение возможностей сопутствующего освоения космоса.) Иццо, Д., Бурду, А., Уокер, Р. и Онгаро, Ф.; "Оптимальные траектории импульсивного отклонения NEO"; Доклад IAC 05 C1.5.06, 56-й Международный астронавтический конгресс, Фукуока, Япония (октябрь 2005 г.). Позже опубликован в Acta Astronautica, Vol. 59, No. 1-5, pp. 294–300, апрель 2006 г., доступно на esa.int – первая научная работа, доказывающая возможность отклонения Апофиса с помощью небольшого кинетического импактора. Дэвид Моррисон. "Падает ли небо?", Skeptical Inquirer, 1997. Дэвид Моррисон, Алан У. Харрис, Джефф Саммер, Кларк Р. Чепмен и Андреа Карузи. "Работа с риском столкновений", техническое резюме, 2002 г. Кунио М. Саянаги. "Как отклонить астероид". Ars Technica (апрель 2008 г.). Расселл Л. Швайкарт, Эдвард Т. Лу, Пит Хат и Кларк Р. Чепмен; "Астероидный буксир"; Scientific American (ноябрь 2003 г.). Vol. 289, No. 5, pp. 54–61. Фурфаро, Эмили. Данные DART от NASA подтверждают кинетическое воздействие как метод планетарной защиты, NASA, 28 февраля 2023 г.
Donald W. Cox, and James H. Chestek. 1996. Doomsday Asteroid: Can We Survive? New York: Prometheus Books. (Note that despite its sensationalist title, this is a good treatment of the subject and includes a nice discussion of the collateral space development possibilities.) Izzo, D., Bourdoux, A., Walker, R. and Ongaro, F.; "Optimal Trajectories for the Impulsive Deflection of NEOs"; Paper IAC 05 C1.5.06, 56th International Astronautical Congress, Fukuoka, Japan, (October 2005). Later published in Acta Astronautica, Vol. 59, No. 1 5, pp. 294–300, April 2006, available in esa. int – The first scientific paper proving that Apophis can be deflected by a small sized kinetic impactor. David Morrison. "Is the Sky Falling? ", Skeptical Inquirer 1997. David Morrison, Alan W Harris, Geoff Summer, Clark R. Chapman, & Andrea Carusi Dealing with Impact Hazard, 2002 technical summary
Kunio M. Sayanagi. "How to Deflect an Asteroid". Ars Technica (April 2008). Russell L. Schweickart, Edward T. Lu, Piet Hut and Clark R. Chapman; "The Asteroid Tugboat"; Scientific American (November 2003). Vol. 289, No. 5, pp. 54–61. Furfaro, Emily. NASA's DART Data Validates Kinetic Impact as Planetary Defense Method, NASA, 28 Feb. 2023, .