Щит Земли: как защитить нашу планету от удара астероидов?

В августе прошлого года мимо Земли пролетел ранее неизвестный астрономам астероид 2016 QA2. Впервые его заметили и зафиксировали лишь за несколько часов до опасного сближения с нашей планетой — небесное тело размером от 15 до 50 метров разминулось с Землёй на расстоянии в 85 000 километров, что меньше четверти расстояния до Луны. В случае столкновения сила взрыва была бы в два раза сильнее, чем при падении Челябинского метеорита в 2013 году.

Падение же более крупного астероида может не просто убить миллионы наших современников, но и в прямом смысле слова уничтожить все крупные живые существа на Земле. Возникает вопрос: можем ли мы, люди, сделать что-нибудь, чтобы избежать внезапного наземного или воздушного взрыва мощностью до ста миллионов мегатонн? 

Теоретически системы противоракетной обороны (ПРО) типа защищавших Москву ракет А-135/А-235 могут обнаружить и атаковать небольшой астероид на высоте до 850 километров. У некоторых из этих ракет для заатмосферных участков есть ядерные боевые части. В теории даже слабой боеголовки хватит, чтобы инициировать разрушение тела, подобного челябинскому или тунгусскому метеориту. Если оно распадётся на фрагменты менее десяти метров, каждый из них сгорит высоко в атмосфере. А возникшая при этом взрывная волна не сможет даже выбить стёкла в жилых домах.

Однако особенность метеороидов и астероидов, падающих на Землю из космоса, заключается в том, что большинство из них двигается со скоростями 17—74 километров в секунду. Это в 2—9 раз быстрее, чем противоракеты А-135/А-235. Заранее точно предсказать траекторию тела несимметричной формы и неясной массы невозможно. Поэтому поразить "челябинца" или "тунгусца" даже лучшие противоракеты землян не в состоянии. Причём проблема эта неустранимая: ракеты на химическом топливе физически не могут обеспечить скорости в 70 километров в секунду и выше. К тому же, вероятность падения астероида именно на Москву минимальна, а другие крупные города мира не защищены даже такой системой. Всё это делает стандартную ПРО весьма малоэффективной для борьбы с космическими угрозами.

Тела менее ста метров в диаметре вообще очень тяжело заметить до того, как они начнут падать на Землю. Они малы, имеют, как правило, тёмную окраску, из-за чего их непросто разглядеть на фоне чёрных глубин космоса. Послать к ним заранее космический аппарат с целью изменить их траекторию не получится. Если подобное небесное тело и удастся увидеть — сделано это будет в последний момент, когда времени для реагирования почти не останется. Так, августовский астероид был замечен всего за двадцать часов до сближения. Понятно, что "целься" он поточнее — и остановить небесного гостя было бы нечем. Вывод: нужны какие-то иные средства "ближнего боя", позволяющие перехватывать цели во много раз быстрее наших лучших баллистических ракет. Самым перспективным оружием такого типа стали бы огромные орбитальные группировки мощных, согласованно действующих лазеров ("Звезда Смерти"), о которых мы поговорим чуть позже.

Начиная с 2016 года большинство тел более 120 метров в диаметре мы вполне сможем увидеть. Именно в этом году планируется ввод в строй телескопа Мауна-Лоа на Гавайях. Он станет вторым в системе Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System (ATLAS), создаваемой Гавайским университетом. Впрочем, ещё до его ввода ATLAS уже увидел свой первый околоземный астероид диаметром менее 150 метров. 

Впрочем, даже загодя обнаруженный астероид размерами в сотни метров не получится быстро "развернуть" таким образом, чтобы он избежал столкновения с Землёй. Проблема здесь в том, что кинетическая энергия у него так велика, что стандартная термоядерная боеголовка просто не сможет обеспечить взрыв при соударении. Контактный удар при скорости столкновения выше 300 метров в секунду физически сомнёт элементы ядерной боеголовки ещё до того, как она успеет взорваться: ведь механизмы, обеспечивающие взрыв, требуют времени для срабатывания. Кроме того, по расчётам специалистов из NASA, даже если боеголовка чудом взорвётся (ударив астероид "сзади", на догонном курсе), это почти ничего не изменит. Объект диаметром в сотни метров имеет такую кривизну поверхности, что более 90 процентов энергии термоядерного взрыва просто рассеется в космос, а не уйдёт на коррекцию орбиты астероида.

Метод преодоления астероидной "защиты кривизной" и "защиты скоростью" существует. После падения челябинского тела NASA представило концепцию Hypervelocity Asteroid Intercept Vehicle (HAIV). Это тандемная противоастероидная система, в которой головная часть является неядерной болванкой. При коррекции орбиты астероида она ударит в него первой, причём на скорости порядка десятка километров в секунду, оставляя после себя небольшую воронку. Именно в эту воронку планируется направить вторую часть HAIV — боеголовку мощностью от 300 килотонн до двух мегатонн. Точно в момент, когда вторая часть HAIV зайдёт в воронку, но ещё не коснётся её дна, произойдёт подрыв заряда, и основная часть его энергии будет передана астероиду-жертве.

Сходный подход борьбы со средними по размерам астероидами недавно проработали на суперкомпьютере "Скиф" исследователи из Томского государственного университета. Они моделировали подрыв астероида типа Апофис мегатонной ядерной боеголовкой. При этом удалось выяснить, что оптимальным моментом подрыва будет тот, когда астероид ещё до последнего сближения с планетой проходит на некотором расстоянии от неё. В этом случае взорванные обломки продолжат путь в сторону от Земли. Соответственно, опасность метеоритного дождя из фрагментов небесного тела будет сведена к нулю. А это важно: после ядерного взрыва нужной (мегатонной) мощности обломки астероида будут нести больше радиационной угрозы, чем Чернобыль.

На первый взгляд HAIV или его аналоги закрывают все проблемы. Тела меньше 300 метров после такого двойного удара развалятся на куски. Лишь примерно тысячная часть их массы попадёт в атмосферу Земли. Тела побольше, особенно металлические астероиды, так легко не сдадутся. Но и у них испарение вещества из воронки даст существенный импульс, значительно меняющий исходную орбиту. По расчётам, один такой антиастероидный "выстрел" должен стоить 0,5—1,5 миллиарда долларов — сущие пустяки, меньше стоимости одного марсохода или бомбардировщика B-2.

Одна беда — неразумно делать ставку на оружие, ни разу не испытанное хотя бы на полигоне. А NASA в настоящее время ежегодно получает сумму примерно в одну сороковую от военных расходов США. При таком скромном "пайке" выделить сотни миллионов на испытания HAIV агентство просто не в состоянии. Но и будь такие испытания произведены, толку от них было бы немного. Тот же ATLAS обещает предупредить о среднем по размерам астероиде за месяц, а то и пару недель. Построить HAIV с нуля за такое время нельзя, а держать его на боевом дежурстве слишком дорого для скромного, по американским меркам, бюджета NASA.

Перспективы человечества в борьбе с крупными астероидами — особенно больше километра — на первый взгляд выглядят гораздо лучше, чем в случае мелких и средних. Километровые объекты в большинстве случаев можно разглядеть в уже развёрнутые телескопы, в том числе космические. Разумеется, не всегда: в 2009 году были открыты околоземные астероиды диаметром в 2—3 километра. То, что такие открытия ещё происходят, означает, что вероятность внезапно обнаружить крупное тело, сближающееся с нашей планетой, есть даже при нынешнем уровне развития астрономии. Однако совершенно очевидно, что таких объектов с каждым годом всё меньше и в обозримой перспективе их может не остаться вовсе.

Даже наша страна, несмотря на отсутствие выделенного госфинансирования на поиск астероидных угроз, играет значительную роль в их отслеживании. В 2012 году группа Владимира Липунова из МГУ создала глобальную сеть телескопов-роботов МАСТЕР, охватывающую как ряд отечественных, так и зарубежных приборов. В 2014 году сетью МАСТЕР был открыт четырёхсотметровый 2014 UR_116, потенциально способный столкнуться с нашей планетой в обозримом будущем.

Однако у больших астероидов есть свои неприятные особенности. Предположим, мы узнали, что семидесятикилометровый 55576 Амик с потенциально неустойчивой орбитой направляется к Земле. Можно "обработать" его тандемным HAIV с термоядерной боеголовкой, но это создаст ненужные риски. Что, если при этом мы спровоцируем потерю астероидом одной из его рыхлых частей? Кроме того, у крупных тел такого рода бывают спутники — сами по себе не такие уж и маленькие. Близкий взрыв способен спровоцировать резкое изменение орбиты спутника, которая может привести потревоженное тело куда угодно — и к нашей планете тоже.

Приведём один пример. Вышеупомянутая сеть телескопов МАСТЕР полтора года назад обнаружила 2014 UR₁₁₆ менее чем в 13 миллионах километров от Земли. Направляйся он к планете даже с умеренной скоростью в 17 километров в секунду — и менее чем за десять дней пути их траектории пересеклись бы. При скорости сближения в 70 километров в секунду речь шла бы о считаных днях. Если термоядерный взрыв отколет от многокилометрового тела ряд обломков, один из них легко может ускользнуть от нашего внимания. А когда он появится в поле зрения телескопов в считаных миллионах километров от нас, начинать производство другого HAIV-перехватчика будет уже поздно. 

Определённо, с крупными телами, о столкновении с которыми известно заранее, можно взаимодействовать безопаснее и без взрыва. Так, эффект Ярковского постоянно меняет орбиту практически всех астероидов, причём без опасности их драматического разрушения или потери спутников. Эффект заключается в том, что нагретая Солнцем часть астероида при его вращении  неизбежно попадает в неосвещённую ночную зону. Там она отдаёт тепло в космос посредством инфракрасного излучения. Фотоны последнего придают астероиду импульс в противоположное направление. 

Считается, что эффект легко использовать для увода крупных "убийц динозавров" с опасной траектории сближения с Землёй. Достаточно отправить к астероиду небольшой зонд, несущий робот с баллоном белой краски. Распылив её на значительной поверхности, можно добиться резкого изменения действующего на тело эффекта Ярковского. Так, белая поверхность, например, менее активно испускает фотоны, ослабляя силу действия эффекта и меняя направление движения астероида.

Может показаться, что эффект в любом случае слишком мал, чтобы на что-то повлиять. Скажем, для астероида Голевка массой в 210 миллионов тонн он составляет примерно 0,3 ньютона. Что может изменить такая "сила" в отношении небесного тела? Как это ни странно, за много лет эффект будет довольно серьёзным. С 1991 по 2003 год траектория Голевки из-за него отклонилась от расчётной на 15 километров.

Есть и другие способы неспешного увода крупного тела с опасной орбиты. На астероиде можно установить солнечный парус из плёнки или накинуть на него сеть из углеволокна (оба варианта прорабатывались NASA). В обоих случаях световое давление солнечных лучей на небесное тело увеличится, а значит, он постепенно станет двигаться в направлении от Солнца, избегая столкновения с нами.

Посылка зонда с краской, парусом или сетью будет означать дальнюю космическую миссию, которая выйдет куда дороже пуска тандемного HAIV. Зато такой вариант намного безопаснее: он не создаст непредсказуемых изменений в орбите обстрелянного крупного астероида. Соответственно, не будет и угрожать отрывом от него крупных фрагментов, способных в будущем упасть на Землю.

Нетрудно заметить, что и у такой защиты от крупного астероида есть свои слабые места. На сегодня готовой ракеты с роботом-маляром ни у кого нет, на подготовку её к полёту уйдут долгие годы. К тому же иногда космические зонды ломаются. Если аппарат "заглючит" на далёкой комете или астероиде, как японская "Хаябуса" на астероиде Итокава в 2005 году, времени на вторую попытку покраски космических масштабов может просто не остаться. Нет ли более надёжных методов, исключающих небезопасный термоядерный обстрел и отправку не всегда надёжных зондов?

Что же, есть и такие предложения. Филип Лубин из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (США) ещё несколько лет назад представил проект Directed Energy Solar Targeting of Asteroids and exploRation (DE-STAR, на английском созвучно "Звезде Смерти"). Он требует создания орбитальной платформы по типу увеличенной МКС. Её составит множество отдельных модулей с солнечными батареями и лазерами. Все лазеры будут действовать согласованно, создавая так называемую фазированную антенную решётку. В ней амплитудно-фазовое распределение излучения отдельных лазеров будет подобрано таким образом, чтобы электромагнитные волны от них "складывались" друг с другом. Это позволит эффективно усиливать излучение в одном нужном направлении и подавлять его рассеивание во всех остальных. В результате получится как бы один сверхмощный лазер. 

Размер таких платформ может меняться в зависимости от конкретной задачи. Стометровая DE-STAR 2 (примерно с МКС) может "подталкивать" световым давлением крупные астероиды и кометы в нужном нам направлении прямо с земной орбиты, без рискованных полётов к далёким телам. Дистанция такого воздействия в принципе может составлять миллиарды километров. Этого уверенно хватит для коррекции траектории любого околоземного тела даже километровых размеров. Что важно, множество модулей не могут выйти из строя одновременно, а значит, отклонение астероида будет гарантированным.

При некотором масштабировании (DE-STAR 4, десять километров в диаметре) система получит достаточно энергии, чтобы всего за год полностью испарить типичный астероид диаметром в 500 метров. Небольшие тела DE-STAR 4 сможет уничтожить за считаные дни или даже часы. Такая система защиты выглядит универсальной, пригодной как против больших и средних тел типа Апофиса, так и против малых вроде челябинского или тунгусского метеоритов. Разумеется, DE-STAR 4 будет явно недешёвым проектом. Но в силу своих огромных возможностей он изначально задумывался Лубиным как многоцелевой. Его энергии хватит, чтобы разогнать небольшой космический зонд до скоростей в тысячи километров в секунду, чего вполне достаточно для исследования самых удалённых уголков Солнечной системы или (при масштабировании) даже окрестностей ближайших звёзд.

Всё вышеизложенное вроде бы внушает надежду. HAIV уже на сегодняшнем технологическом уровне можно использовать как средство "ближнего боя" против небольших тел, которые не удалось обнаружить задолго до опасного сближения. DE-STAR 2, развёрнутый на орбите, вполне способен помешать сближению с Землёй даже телу вроде Чиксулубского астероида, убившего  динозавров. Такая двухслойная защита (или однослойная — в случае DE-STAR 4) выглядит вполне достаточной. Почему же при довольно проработанных и взвешенных проектах то же NASA, сотрудничавшее с создателями обоих концептов, вовсе не торопится закладывать их в бюджет? Да и Роскосмос, где после взрыва над Челябинском много говорилось о планах создания подобной системы, как-то не спешит отчитаться об их выполнении... 

Причины скромности ведущих космических агентств мира вполне понятны. Дело не в низкой вероятности падения астероида. Если шансы на ядерную войну оцениваются как низкие, то падение крупного астероида на Землю рано или поздно произойдёт со стопроцентной вероятностью. Тем не менее на ядерный арсенал по всему миру тратят миллиарды долларов, а на защиту от астероидов не выделяют и сотни миллионов.

Разница обусловлена тем, что ядерное оружие уже убило немало людей. А вот падение значимого астероида в населённых местах в письменной истории человечества пока ещё не зафиксировано. Да, взорвись Тунгусский метеорит в 1909 году на четыре часа раньше (над Выборгом и Петербургом) — и Хиросима с Нагасаки (тысячекратно более слабые) показались бы детскими игрушками. Тогда и приоритеты современного человечества были бы дальше от ПРО и ближе к созданию надёжной антиастероидной обороны.

В западных странах ситуация усугубляется ещё и тем, что ни одна администрация не планирует космические программы на время больше нескольких лет. Все обоснованно опасаются, что при передаче власти новая администрация тут же закроет дорогостоящие программы предшественников. Значит, их нет смысла начинать. В государствах типа КНР формально всё лучше. Горизонт планирования там отодвинут далеко в будущее. Однако на практике у них нет либо технологических (Китай), либо финансовых (Россия) возможностей для развёртывания тандемных систем вроде HAIV или орбитальных массивов лазеров типа DE-STAR.

Всё это означает, что вышеописанные проекты начнут свою реализацию только после многомегатонного взрыва вовремя не замеченного тела над густонаселённой зоной. Такое событие — которое, в общем-то, рано или поздно обязано случиться — определённо вызовет человеческие жертвы. Лишь после этого мы можем уверенно ждать политической санкции на строительство систем антиастероидной обороны как на Западе, так и, возможно, в России.

ЧИТАЙТЕ ПО ТЕМЕ:

Кары небесные

Ядерный удар "в спину": как российские учёные предлагают уничтожать астероиды

Вечность пахнет нефтью. Как углеводороды погубили динозавров

Крупнейшее триасовое вымирание было спровоцировано астероидом