Гравитационный тягач спасет Землю от астероидов

Астронавты NASA Эдвард Лю (Edward Lu) и Стэнли Лав (Stanley Love) предложили довольно неожиданный способ буксировки астероидов, угрожающих столкновением с Землей, полностью основанный на уже существующих и апробированных технологиях.

Астероид диаметром несколько сотен метров при падении на Землю может произвести весьма серьезные разрушения. Единственный эффективный метод предотвращения катастрофы — изменить орбиту астероида, чтобы он прошел мимо Земли. Но как воздействовать на движение астероида? Специалисты по астероидной опасности уже давно пришли к выводу, что эффектные по голливудским меркам взрывы и тараны на самом деле не приведут к нужному результату. Большая часть их энергии уйдет на разрушение пород на поверхности астероида, а не на изменение направления его движения. Гораздо эффективнее — приложить к астероиду постоянную небольшую силу, которая будет медленно, но верно менять его траекторию.

Подобных технологий придумано уже много. Одна из самых экзотических — перекрасить поверхность астероида, чтобы изменить давление падающего на его поверхность солнечного излучения. Реалистичнее выглядит идея установить на полюсе астероида маломощный ионный реактивный двигатель. Работая несколько лет подряд, он мог бы свести астероид с опасной траектории. Однако технология строительно-монтажных работ на астероидах пока еще, мягко говоря, не отработана. Да и полюса могут оказаться расположенными неудачно, ставить же двигатель в других районах неэффективно из-за вращения астероида.

Видимо, под впечатлением полета японского зонда «Хаябуса», который уже два месяца висит над астероидом Итокава, американские астронавты предложили (см. astro-ph/0509595) оригинальную и простую схему воздействия на астероид, не требующую крепить двигатель к его поверхности. Вместо этого предлагается связать тягач с астероидом силой гравитации. Если космический аппарат массой m = 20 тонн, включив двигатели, зависнет над самой поверхностью астероида радиусом r = 100 метров, то на астероид будет действовать сила гравитации, тянущая его к аппарату. Нетрудно показать, что ускорение астероида за счет этой силы составит:

a = G m/r² = 1,3 x 10^-10 м/с²,

где G — гравитационная постоянная. За год скорость связки астероид–корабль изменится примерно на 4 мм/с, за три года можно будет достичь скорости около 1 см/с, этого как раз достаточно, чтобы через 20 лет астероид отклонился от своей первоначальной траектории на 8 тысяч километров — чуть больше радиуса Земли.

Интересно заметить, что ускорение связки аппарат–астероид не зависит от массы астероида. Просто чем она больше, тем мощнее нужны двигатели на тягаче. Например, если при том же радиусе 100 м плотность астероида составляет 2,3 г/см³ (как у астероида Итокава), то потребуется двигатель с тягой всего-навсего около полутора ньютонов (150 г).

Ионные двигатели малой тяги использовались на американском аппарате Deep Space 1, на европейском SMART-1 и на японском « Хаябуса». Причем двигатель Deep Space 1 проработал 678 суток и имел тягу втрое больше, чем требуется по приведенному выше расчету. Автономная навигация зонда вблизи астероида отрабатывалась аппаратами NEAR Shoemaker и «Хаябуса». Наконец, масса кораблей «Аполлон», летавших к Луне (что по затратам энергии ненамного ближе, чем к астероидам) составляла свыше 45 тонн. Так что современная космонавтика располагает всеми необходимыми технологиями, чтобы отклонить от Земли астероид диаметром до 200 метров. В этом состоит главное достоинство предложенной технологии.

Впрочем, есть у нее и недостатки. Главный из них связан с тем, что сила притяжения быстро убывает с расстоянием. Если аппарат поднимется всего на 100 метров над поверхностью, сила, действующая на астероид, уменьшится в 4 раза и во столько же раз затянется маневр коррекции орбиты. В тоже время, зависнуть в нескольких метрах над поверхностью, скорее всего, не получится. Во-первых, в этом случае выхлоп двигателя будет упираться в астероид, что сведет не нет всю затею. А во-вторых, мелкие астероиды, как правило, имеют неправильную форму и вращаются. Поэтому аппарату придется держаться на достаточной высоте, чтобы его не задело каким-нибудь шальным выступом. Все это означает, что размер астероида 200 метров находится на самом пределе возможностей гравитационного тягача. Но вот с объектами диаметром метров 100-150 он должен справиться легко.

Ну, и последняя оговорка. Опасный астероид надо еще и своевременно обнаружить. Если дать 10 лет на строительство и полет тягача, то знать о грозящем столкновении нужно не менее чем за 30 лет. Пока астрономы не могут похвастаться, что зарегистрировали все стометровые объекты, сближающиеся с Землей. Но работа в этом направлении ведется очень активно, и где-нибудь лет через 10-15 необходимая полнота информации, вероятно, будет достигнута.

Похожие статьи: