НАСА испытает оружие, способное защитить Землю от астероидов

В 2017 году астрономы предрекали, что где-то в следующем десятилетии по Японии ударит астероид размером с круизный лайнер.

Ученые и правительственные чиновники из НАСА и других космических агентств собрались на ежегодную конференцию по защите планет в Токио и в спешке разработали план, чтобы сбить астероид на пути к Земле. Судьба острова зависит от флотилии космических роботов, которую придется запустить уже в ближайшие несколько лет.

В 2020 году мировые космические агентства объединились и запустили к грозной космической скале четыре корабля. Корабли, они же кинетические объекты столкновения, поразили свои цели прямо в лоб. Япония избежала титанических усилий по эвакуации, и целые города и районы были спасены от неминуемого уничтожения.

Ни одно из этих событий на самом деле не произошло. Это была симуляция, что-то вроде настольной игры или регулярных штабных учений. Однако смещение объекта из глубокого космоса по смертельной траектории навстречу Земле действительно стало излюбленным решением при отработке защите планеты. Хотя никто не знает, сработает ли этот метод в жизни. Никогда прежде человечество не пыталось оттолкнуть астероид прочь от нашей планеты.

Это скоро изменится. В среду в 1:21 ночи по восточному времени НАСА запустило испытательную миссию перенаправления астероидов или DART (сокращение от Double Asteroid Redirection Test) с базы космических сил США в Калифорнии (по местному времени это был еще вторник). Космический корабль весом 545 килограммов размером с холодильник в следующем году облетит Солнце и врежется в небольшой астероид под названием Диморфос со скоростью свыше 24 000 километров в час. Если миссия увенчается успехом, она докажет, что человечеству по силам отбросить потенциально опасный астероид прочь от Земли.

«Мы делаем свою работу и испытываем возможности DART, пока они не понадобились на самом деле, — сказал начальник отдела планетарной защиты НАСА Линдли Джонсон. — Мы не хотим полагаться на непроверенные возможности, если придется спасать население Земли».

Миссия DART стоимостью 324 миллиона долларов необычна для НАСА: это гражданское ведомство занимается главным образом исследованиями, следит за климатом и ищет в нашей Солнечной системе признаки прошлой жизни. Хотя НАСА и координирует свою деятельность с Министерством обороны США и в некоторых сферах активно на него полагается, доселе оно не несло ответственности за защиту США — да и Земли вообще, раз на то пошло — от каких бы то ни было угроз безопасности.

Ситуация изменилась в 2005 году, когда Конгресс поручил агентству защищать планету от опасных объектов на солнечной орбите, которые завели себе дурную привычку время от времени соприкасаться с нашим миром. С тех пор ведомство отслеживает десятки тысяч так называемых околоземных астероидов — достаточно больших, чтобы нанести катастрофический ущерб. Законодатели поручили НАСА занести в базу данных минимум 90% ожидаемых гостей из космоса, но с этой задачей оно пока не справилось.

«Чтобы их сбить, надо их обнаружить, и чем раньше, тем лучше, — сказала руководитель программы НАСА Келли Фаст. Она следит за сближающимися с Землей больше футбольного стадиона. — Лучше их обнаружить за несколько лет, а еще лучше — десятилетий».

Позже, в 2016 году, после доклада с призывом упрочить усилия по отслеживанию астероидов НАСА создало Координационное ведомство планетарной защиты. Ведомству под руководством Джонсона поручено предупреждать министерство обороны и Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям обо всех угрожающих планете астероидах — это тот редкий случай, когда НАСА занимается стихийными бедствиями на национальном уровне.

Миссия DART демонстрирует новую задачу во всей полноте. НАСА уже несколько десятилетий внимательно присматривается к астероидам. Ведомство высадило роботов на поверхность Марса, собрало образцы с большого астероида под названием Бенну (он может угрожать Земле в XXII веке) и даже устроило столкновение космического корабля с кометой и Луной — все ради науки. Но столкновение с астероидом, достаточно сильное, чтобы изменить его орбиту, — крепкий орешек для инженеров и ученых.

Космический зонд DART долетит до Диморфоса и еще одного астероида под названием Дидимос в сентябре или октябре 2022 года. Два астероида образуют двойную систему и вращаются вокруг Солнца с двухгодичным циклом по яйцевидной траектории, которая тянется около Марса и обратно вокруг Земли. Диморфос, меньший из них, вращается вокруг Дидимоса на расстоянии около полутора километров и совершает полный оборот каждые 11 часов 55 минут.

Диморфос похож по размеру на одну из пирамид Гизы и угрозы для Земли не представляет. Однако когда космический корабль НАСА DART войдет с ним в контакт, он станет самым маленьким небесным телом, которого касался космический корабль. Это будет непростая миссия.

«Мы впервые испытываем технику перемещения астероида с использованием наших собственных возможностей и систем, — сказал Брент Барби, член миссии DART и аэрокосмический инженер Центра космических полетов НАСА имени Годдарда. — Это важная веха для человечества. У динозавров ничего подобного не было».

Из-за небольших размеров Диморфоса DART придется попасть точно в цель, когда астероидная система достигнет ближайшей точки к Земле на своей орбите вокруг Солнца длиной почти 11 миллионов километров. Предстоит сложная орбитальная хореография: помимо точного время запуска с Земли придется периодически запускать с дюжину крошечных бортовых двигателей, которые скорректируют путь DART к столкновению с Диморфосом.

«С инженерной точки зрения это действительно непросто», — сказал Энди Ривкин, руководитель исследовательской группы DART в Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса, которая руководит миссией. Одиночный залп DART по Диморфосу будет полностью автоматизированным: процесс начнется за четыре часа до удара с использованием бортовой системы навигации под названием SMART Nav.

«Пришлось создать алгоритм, который все сделает сам: никаких тебе джойстиков, ни ручного управления», — сказал он.

Ему вторит ученый-программист из НАСА Том Стэтлер.

«С одной стороны, DART довольно прост. На борту только один прибор, — сказал он, имея в виду камеру. — Но, с другой стороны, точность навигации действительно превосходит все, чем мы занимались раньше».

За десять дней до столкновения DART развернет небольшой спутник LICIACube с двумя камерами. Этот спутник производства итальянского космического агентства станет свидетелем самоликвидации DART с расстояния 55 километров и измерит количество обломков, образовавшихся в результате удара. Бортовая камера космического корабля DART под названием DRACO будет делать снимки астероида по мере приближения и передавать их обратно на Землю, пока до столкновения не останется 20 секунд.

Чтобы проверить, увенчалась ли миссия успехом, ученые НАСА и Лаборатории прикладной физики измерят, насколько изменится орбита Диморфоса вокруг Дидимоса от удара космического аппарата. Для наземных телескопов астероиды представляют собой крошечные светящиеся точки. После столкновения ученые будут отслеживать продолжительность движения Диморфоса по орбите, измеряя время между вспышками отраженного света, — по ним удастся засечь, что Диморфос облетел Дидимос спереди, а затем залетел за него пол-орбиты спустя.

Доктор Ривкин сказал, что если орбита вокруг Дидимоса ускорится минимум на 73 секунды, это будет успех. Но он ожидает более разительных перемен.

«Мы рассчитываем, что это будет ближе к десяти минутам», — сказал он.

Останется ли после удара большой кратер и поднимется ли облако обломков, для астрономов такая же загадка, как и сама поверхность астероида.

О составе Диморфоса известно крайне мало. Если астероид твердый и плотный, обломков от удара поднимется немного. Если же Диморфос окажется мягче, этаким плотным сгустком мелких космических камней, то удар DART оставит большой кратер и создаст шлейф обломков, которые, как надеются планировщики, и отодвинут астероид с орбиты. По обломкам ученые смогут заключить о передаче импульса: чем больше будет выброс из кратера, тем больше вероятность, что астероид сдвинется.

«Но то, как поведет себя этот выброшенный кратерный материал, — фактор непредсказуемый, — говорит Барби. — Благодаря DART мы получим первые опытные данные».

В случае успеха НАСА получит в своем арсенале планетарной защиты новое рабочее оружие. Но для астероидов побольше Диморфоса лучше подходят другие методы, считают астрономы. Так, для коррекции курса более крупного астероида может быть использована флотилия кораблей-ударников, как в токийской симуляции.

Против потенциально опасных астероидов, чье столкновение с Землей планируется не раньше, чем через десять лет, предлагается другой пока не проверенный метод: так называемый «гравитационный тягач» будет летать по орбите или зависать рядом с астероидом в течение многих лет, оказывая постепенное гравитационное влияние и корректируя его курс подальше от Земли.

Отклонить более крупные или более близкие астероиды, чья угроза еще серьезнее, сможет космический корабль с ядерным взрывным устройством. Такое оружие, тоже доселе не испытанное, взорвется на подлете к астероиду и отправит его в другом направлении. Однако использование ядерной бомбы чревато иными проблемами.

При неправильном использовании ядерное оружие может создать ряд небольших, все по-прежнему разрушительных астероидов, которые полетят дальше в направлении Земли. К тому же ряд соглашений, в том числе Договор по космосу от 1967 года, запрещают размещение или использование ядерного оружия в космосе. Таким образом ядерный взрыв, чтобы предотвратить столкновение астероида с Землей, будет нарушением договора. Однако эту правовую проблему удастся разрешить на экстренном заседании Совета Безопасности ООН.

НАСА еще предстоит проделать немало другой подготовительной работы, чтобы заполнить пробелы в научных знаниях об астероидных угрозах, с которыми мы сталкиваемся.

С помощью запущенного в 2009 году орбитального телескопа WISE с широкоугольной оптикой для изучения Вселенной в ИК-диапазоне НАСА смогла вычислить 27 000 сближающихся с Землей астероидов. Но это лишь 40% от общего числа, которое от НАСА требует Конгресс, сказала доктор Фаст. По ее словам, при нынешних возможностях и нынешних темпах НАСА на создание каталога околоземных астероидов уйдет лет 30. В 2026 году планируется запустить космический корабль будущего с массивным инфракрасным телескопом под названием NEO Surveyor («Сервейер» или «Топограф»), который ускорит выполнение этой задачи.

«Это единственное стихийное бедствие, что мы в состоянии предотвратить, — сказала доктор Фаст об ударах астероидов. — В наборе инструментов DART очень пригодится, но для начала надо их обнаружить».

На пресс-конференции в понедельник помощник администратора НАСА по науке Томас Цурбухен выразил уверенность, что DART сдвинет орбиту астероида.

«Шансы — 100%», — сказал он. «Очень сложно представить себе столкновение с таким импульсом, чтобы ничего не произошло».

Но все зависит от того, попадет ли DART в цель.

«Мы работаем все усерднее, чтобы не промазать», — сказал менеджер проекта DART в Лаборатории прикладной физики Эд Рейнольдс. Но он признал, что у бортовых датчиков DART «есть ограничения»: они могут сбиться с курса.

Как бы то ни было, к тому моменту, когда он достигнет астероида, у космического корабля останется около 90% топлива, и он сможет перенацелиться на другие, если с Диморфосом они разминутся.

«Прямо сейчас у нас нет списка резервных двойных астероидов, куда можно было бы перенацелиться, — сказал он. — Но такая возможность есть».

The New York Times, США