КОНЦЕПЦІЯ СТВОРЕННЯ ТА ЗАСТОСУВАННЯ БАГАТОЕШЕЛОНОВАНОЇ СИСТЕМИ ЗАХИСТУ ЗЕМЛІ ВІД АСТЕРОЇДНОЇ НЕБЕЗПЕКИ

Ґрунтуючись на даних Слоунівського цифрового огляду неба, астрономи дійшли висновку, що кількість досить великих астероїдів, які б могли знишити цивілізацію, становить 700 тисяч. У такому разі ймовірність зіткнення з Землею -- 1:1500 протягом ста років.

Причому астероїдна небезпека є небезпекою для всього людства, і вона абсолютно реальна й невідворотна. Наприклад, 1994 р. на Юпітер, найбільшу планету Сонячної системи, упала комета Шумейкерів--Леві 9. Якби ця комета впала на Землю, то ефект від падіння дорівнював би вибуху одного мільйона водневих бомб, кожна потужністю 1 Мт. Вибух однієї ядерної бомби з еквівалентом у 40 Мт уже може зруйнувати велике місто. Існують, наприклад, гіпотези, що зіткнення з гігантським астероїдом спричинило те, що від Землі відірвався осколок, з якого утворився Місяць, а в місці зіткнення виник Тихий океан.

Учені розділяють астероїди за силою впливу на різні класи.

Астероїди типу Тунгуського метеорита викликають руйнування, які відповідають вибуху ядерної бомби в 40 Мт, що може зруйнувати велике місто. Вибух такого метеорита в густонаселених районах планети може в наш час призвести до загибелі 10-- 100 тисяч осіб. Таких астероїдів на небезпечно близькій від Землі відстані може існува-ти близько одного мільйона. Імовірність зіткнення їх з нашою планетою становить приблизно один разу 100--1000 років.

Астероїди діаметром 1 км під час зіткнення виділяють енергії у тисячу разів більше, ніж у разі Тунгуської катастрофи, а характер і масштаби руйнувань будуть нагадувати вибухи "Санторіа" і "Кракатау", викликані астероїдами діаметром 0.3--0.5 км. Перший з них знищив мінойську цивілізацію, тоді загинуло практично все населення навколишніх островів, зокрема острова Крит. На його береги після вибуху впали морські хвилі висотою понад 200 м. Падіння астероїдів таких розмірів у районах Землі з великою кількістю населення в наш час призвело б до загибелі 1 -- 10 млн. осіб. За розрахунками, імовірність зіткнення з таким астероїдом -- один раз у 10 000--100 000 років.

Астероїди діаметром близько 10 км можуть виділити енергію в 10 млн. разів більшу, ніж Тунгуський метеорит. Прикладом зіткнення Землі з таким астероїдом є катастрофа, що ввійшла в історію за назвою "Великий потоп". Уважається, що вона відбулася 11 тис. років тому і викликала загибель Атлантиди та швидке охолодження атмосфери, як під час ядерної зими. Падіння такого астероїда на Землю призвело б до загибелі 10% усього людства та до зникнення багатьох видів тварин і рослин. Можлива частота таких зіткнень становить один раз у 1 -- 10 млн. років.

Зіткнення з велетенським астероїдом (понад 100 км у поперечнику) призведе до глобального знищення всього живого на Землі, крім найпримітивніших форм. Частота зіткнень -- один раз у кілька сотень мільйонів років. Очевидно, що таке зіткнення викликає глобальну катастрофу.

--Говорити про зіткнення з астероїдом, діаметр якого становить приблизно 1000 км, безглуздо, бо в разі такого "контакту" планета Земля просто розвалиться.

За сучасними уявленнями, лише створивши багатоешелоновану систему захисту з елементами космічного базування, можна ефективно захистити Землю від астероїдної небезпеки. Система має складатися щонайменше з чотирьох ешелонів захисту: засоби, розміщені на Землі (четвертий ешелон) та в навколоземному космічному просторі аж до стаціонарної орбіти (третій ешелон), і засоби, розташовані в далекому космосі (перший і другий ешелони). На сьогодні пропонується створити перший ешелон захисту на базі спеціальних засобів, розташованих в околицях так званих сонячних точок лібрації (це точки, що випереджають Землю і відстають від неї на 60 під час руху планети по орбіті), і другий ешелон -- на базі засобів, розташованих на Місяці та в околицях точок лібрації системи Земля--Місяць. До складу всіх ешелонів захисту пропонується включити засоби далекого виявлення небезпечних космічних обєктів та визначення їхніх траєкторій; засоби впливу на ці обєкти, щоб змінювати параметри їхнього руху й руйнувати їх; а також засоби забезпечення їхнього функціонування та керування для прицільного застосування.

Цю багатоешелоновану систему захисту Землі від астероїдної небезпеки можна вважати системою першого етапу, розрахованою на захист Землі від космічних обєктів, розміри яких не більші ніж 50--100 м, бо ймовірність зіткнень Землі з такими обєктами в ближчому майбутньому є найвищою.

Людство, створивши ракетно-ядерну зброю, здобуло, мабуть, чи не єдину можливість боротьби з астероїдною небезпекою. Наприклад, проект, розроблений Науково-виробничим обєднанням "Астрофізика", пропонує побудувати оптико-електронний комплекс, спроможний виявити космічні тіла, розміри яких більші за 20 м і які переміщуються відносно Землі зі швидкістю близько 70 км/с. Такий комплекс має включати в себе мережу з 10--12 наземних станцій, розташованих у районі екватора й оснащених телескопами діаметром приблизно 2 м. Щоб спостерігати й у напрямках, близьких до напрямку на Сонце, передбачається доповнити комплекс також космічними телескопами. Але виявити небезпечний обєкт і з потрібною точністю визначити його траєкторію -- це ще не все. Треба вміти захищатися від удару чи хоча би мінімізу-вати його наслідки. Тепер розглядаються три основні принципи відбивання кометно-астероідної небезпеки. Це: 1)відхилення обєкта, що загрожує, з орбіти зустрічі з Землею, 2)екранування Землі від зіткнення з таким обєктом, 3)знищення цього обєкта. Найпростіший спосіб відхилити невелике тіло -- завдати йому удару за допомогою спеціального космічного апарата. Якщо, наприклад, обєкт діаметром близько 100 м рухається по орбіті з перигеєм 0.9 а. о. і апогеєм 4.0 а. о. та лежить у площині орбіти Землі, то апарат-ударник масою 100 т під час зіткнення надасть йому додаткову швидкість усього 0.25 м/с. Щоб розвести обєкт і Землю на мільйон кілометрів, удар треба нанести аж за девять з половиною років, тобто за три повні оберти навколо Сонця, до передбачуваного моменту зіткнення. Для більших обєктів застосовувати цей спосіб навряд чи доцільно взагалі через неприйнятно велику масу космічного апарата.

Невеликий астероїд розміром у кілька десятків метрів можна вивести з траєкторії за допомогою спеціального буксирувальника, який можна застосовувати й у мирних цілях -- транспортувати невеликі астероїди, щоб в подальшому використовувати їх як джерело сировини для космічної індустрії, яку людству, рано чи пізно, доведеться створювати. Тому буксирувальник можна вважати транспортною системою подвійного призначення. Однак на таких буксирувальниках слід мати до 500--600 т палива.

І зовсім інша річ, коли виникає потреба захищатися від астероїда, виявленого вже на траєкторії зустрічі, наприклад, за десять діб. Чи реально боротися з такими обєктами? Припустімо, небезпечний обєкт виявлено на відстані 135 млн. км за 30 діб до зустрічі з Землею. Нехай, щоб запобігти прямому зіткненню, слід відхилити його траєкторію на 7000 км (це трохи більше за радіус Землі). Тоді у разі найсприятливішого взаємного розташування орбіт треба надати обєкту швидкість близько 10 м/с. Простий розрахунок за відомою формулою Ціолковського показує, що для цього буде потрібно 2000 т такої робочої речовини, як водень, за умови, що швидкість витікання газів із сопла становить 10 км/с (такого типу двигуни вже перебувають у стадії розроблення), а маса астероїда -- 2 млн т. Гіпотетичний сферичний бак для зберігання водню матиме діаметр 16 м. Виведення в космос 2 тис. т корисного навантаження за допомогою сучасних (на початок 2006 р.) засобів доставки вантажів означає 20 стартів ракетоносія типу "Енергія". Таким чином, про практичне використання таких надпотужних буксирувальників для відвернення астероїдної небезпеки говорити ще зарано.

Набагато життєздатнішою на даний момент є ідея "апарата-диверсанта", що доставить на астероїд ядерний заряд, вибух якого приведе до спрямованого викиду маси астероїда та певної зміни траєкторії. Ураховуючи наведені вище вихідні дані, треба викинути приблизно 2.8% загальної маси астероїда зі швидкістю близько 1000 м/с. Найперспективнішим здається використання ядерних вибухів для відхилення траєкторії обєктів діаметром понад 1 км. При цьому заряд не обовязково доставляти безпосередньо на поверхню астероїда: розрахунки показують, що могутній підрив навіть поруч з таким небесним тілом призведе до сильного локального нагрівання його поверхні, випаровування, дроблення та викидання речовини з поверхневого шару, у результаті чого в обєкта збільшиться швидкість в протилежному напрямку.

На міжнародній науковій конференції, що проходила в Євпаторії у вересні 2000 p., був запропонований ще один досить цікавий підхід до розвязання проблеми. Суть його полягає в тому, щоб "пофарбувати" потенційно небезпечний астероїд дзеркальною фарбою і тоді сонячне світло своїм тиском зрушить його з орбіти. Зрозуміло, що фарбувати треба не ту брилу, яка вже мчиться до Землі, а ту, яка тільки підозрюється щодо небезпеки через багато-багато повних обертів навколо Сонця. Розрахунки показують, на жаль, що навіть для обєкта діаметром усього 10 м відхилення таким способом на потрібну відстань забере біля 20 тисяч років.

А от, наприклад, за допомогою "сонячного вітрила" площею 400 тис. кв. м, установленого на обєкті діаметром 5 м, можна змінити несприятливу траєкторію протягом приблизно двох років. Так що описаний метод можна застосувати, щоб превентивно розчищати космічний простір від малих тіл, що становлять загрозу для Землі.

Ще один підхід до проблеми захисту Землі від небезпечних космічних обєктів -- це екранування планети від зіткнення. За допомогою могутнього буксирувальника на шляху небезпечного обєкта ставлять перешкоду -- астероїд менших розмірів. Тоді траєкторія першого тіла зміниться внаслідок набутого під час зіткнення імпульсу. Цей метод "космічного більярду" може виправдати себе у разі протидії небезпечним обєктам розміром у сотні метрів. Звичайно, такій операції мають передувати найретельніші балістичні розрахунки, причому треба мати можливість робити їх у найкоротші терміни.

Наступний підхід може мати на увазі знищення небезпечних космічних обєктів чи роздроблення їх на такі фрагменти, наслідки зіткнення з якими будуть менш катастрофічними. Створення такої системи, звичайно, буде повязане з великими труднощами. Адже перехопити треба не літак, не супутник і навіть не боєголовку, а набагато міцніший і масивніший обєкт, швидкість якого відносно Землі може досягати 72 км/с! Розрахунки показують, що поверхневим ядерним вибухом потужністю 1 Мт можна знищити астероїд діаметром 500 м; для астероїда діаметром не більше, ніж 1 км, уже доведеться застосувати заглиблений вибух тієї ж потужності. Зважаючи на сучасні технічні можливості, маса перехоплювача не може перевищувати 20 т, тому потужність вибухового пристрою буде не більша від 100 Мт, а максимальний діаметр обєкта, який треба перехопити, буде в межах 3--5 км (!). Однак у наш час виведення в космос ядер-ної зброї заборонено міжнародними угодами.

Можна розглянути і варіант використання енергії кінетичного удару для руйнування небезпечного астероїда, але в цьому разі, маючи ту ж масу перехоплювача й ту ж швидкість зіткнення (приблизно 30 км/с), можливо зруйнувати лише тіло діаметром до 50 м. Теоретично можливі й інші способи руйнування космічних тіл, але реалізація їх поки що видається занадто сумнівною. Наприклад, про лазери в найближчий час навряд чи можна говорити серйозно, адже їхня реальна потужність поки що дуже далека від того, що хотілося б мати. Навіть базуючись на орбіті, сучасний випромінювач нав-ряд чи буде в змозі вразити ціль більшу, ніж середній супутник. Те ж саме стосується й плазмових генераторів, випромінювачів надвисокої частоти та іншої "екзотики".

Один з найбільш пророблених на сьогодні проектів запропонувало Науково-виробниче обєднання ім. С. О. Лавочкіна. У ньому основними структурними підрозділами системи захисту Землі є наземно-космічна служба виявлення, космічна служба пе-рехоплення та наземний комплекс керування. Сама система має два ешелони -- далеко-го й ближнього, чи оперативного, перехоплення. Ешелон далекого перехоплення призначений для протидії великим, раніше виявленим обєктам (розмірами понад 1 км), зіткнення яких з Землею може бути передбачене за місяці й навіть роки. Оскільки перехоплення таких тіл треба здійснювати на значній відстані, а схема перельоту до обєкта здебільшого така ж, як і схеми польоту до інших планет, то перехоплювач доцільно створювати на базі вже наявних міжпланетних космічних станцій, використовуючи відпрацьовані на них технічні рішення. Ешелон ближнього перехоплення призначений для боротьби з небезпечними обєктами в навколоземному просторі. Згідно з проектом на Землі на бойовому чергуванні постійно перебуватимуть ракети-носії з апаратами-перехоплювачами і навігаційною апаратурою (для високоточного визначення параметрів орбіти і фізичних характеристик космічного тіла). Апарат-навігатор стартує з деяким випередженням відносно перехоплювача і, проходячи поблизу цілі, передає відомості про обєкт у наземний комплекс керування, де на їх основі уточнюють схему перехоплення, а потім передають на борт перехоплювача відповідні команди. Як носій пропонується використовувати російську конверсійну ракету, створену на базі МБР СС-18.