Amerikas kosmosa aģentūra NASA publiskoja video, kurā tā imitēja tuvāk mūsu planētai lielāko asteroīdu Florenci, kas, pēc zinātnieku domām, notiks 1. septembrī. Mūsu planētai briesmas nedraud, jo debess ķermenis lidos septiņu miljonu kilometru attālumā. Bet vai ir iespējams pasargāt Zemi reālu sadursmes draudu gadījumā? Kādus reālus, utopiskus un fantastiskus projektus cīņā ar “akmens viesiem” no kosmosa ierosina zinātnieki un inženieri?
Pagājušā gada augustā garām Zemei lidoja asteroīds 2016 QA2, kas astronomiem iepriekš nebija zināms. Pirmo reizi tas tika pamanīts un reģistrēts tikai dažas stundas pirms bīstamās tuvošanās mūsu planētai - debess ķermenis, kura izmērs bija 15 līdz 50 metri, nokavēja Zemi 85 000 kilometru attālumā, kas ir mazāk nekā ceturtdaļa no attāluma līdz Mēnesim. Sadursmes gadījumā sprādziena spēks būtu divreiz spēcīgāks nekā Čeļabinskas meteorīta krišanā 2013. gadā.
Lielāka asteroīda krišana var ne tikai nogalināt miljonus mūsu laikabiedru, bet arī burtiski iznīcināt visas lielās dzīvās lietas uz Zemes. Rodas jautājums: vai mēs, cilvēki, varam kaut ko darīt, lai izvairītos no pēkšņas zemes vai gaisa eksplozijas ar ietilpību līdz simts miljoniem megatonu?
Teorētiski tādas pretraķešu aizsardzības (ABM) sistēmas kā A-135 / A-235 raķetes, kas aizstāvēja Maskavu, var atklāt un uzbrukt mazam asteroīdam 850 kilometru augstumā. Dažām no šīm raķetēm ir kodolgalviņas transatmosfēras apgabaliem. Teorētiski pat vāja kaujas galviņa ir pietiekama, lai sāktu tādas ķermeņa kā Čeļabinskas vai Tunguska meteorīta iznīcināšanu. Ja tas sadalās fragmentos, kas ir mazāki par desmit metriem, katrs no tiem atmosfērā degs augstu. Un iegūtais sprādziena vilnis pat nespēs izsist dzīvojamo ēku logus.
Tomēr meteoroīdu un asteroīdu, kas nokrīt uz Zemi no kosmosa, īpatnība ir tā, ka lielākā daļa no tām pārvietojas ar ātrumu 17-74 kilometri sekundē. Tas ir 2–9 reizes ātrāk nekā A-135 / A-235 pārtveršanas raķetes. Iepriekš nav iespējams precīzi paredzēt asimetriskā ķermeņa un neskaidras masas trajektoriju. Tāpēc pat labākās zemnieku pretraķetes nespēj sasniegt Čeļabinsku vai Tungu. Turklāt šī problēma ir neizbēgama: ar ķīmisku degvielu darbināmas raķetes fiziski nespēj sasniegt ātrumu 70 kilometri sekundē vai lielāku. Turklāt varbūtība, ka asteroīds nokrīt precīzi uz Maskavu, ir minimāla, un citas pasaules lielās pilsētas pat šāda sistēma neaizsargā. Tas viss padara standarta pretraķešu aizsardzības sistēmu ļoti neefektīvu cīņā ar kosmosa draudiem.
Ķermeņus, kuru diametrs ir mazāks par simts metriem, parasti ir ļoti grūti pamanīt, pirms tie sāk krist uz Zemes. Tie ir mazi, parasti tumšā krāsā, kas apgrūtina to redzamību uz kosmosa melnā dziļuma fona. Neizdosies iepriekš nosūtīt viņiem kosmosa kuģi, lai mainītu viņu trajektoriju. Ja šādu debess ķermeni var redzēt, tas tiks izdarīts pēdējā brīdī, kad reaģēšanai gandrīz neatliek laika. Tātad augusta asteroīds tika pamanīts tikai divdesmit stundas pirms tuvošanās. Ir skaidrs, ka viņš “mērķē” precīzāk - un debesu viesi nekas neattur. Secinājums: mums ir nepieciešami citi “tuvās kaujas” līdzekļi, kas daudzkārt ļauj pārtvert mērķus ātrāk nekā mūsu labākās ballistiskās raķetes. Daudzsološākie šāda veida ieroči būtu milzīgas orbitālas spēcīgu,koordinēti lāzeri ("Nāves zvaigzne"), par kuriem mēs runāsim nedaudz vēlāk.
Sākot ar 2016. gadu, mēs varēsim redzēt lielāko daļu virsbūvju, kuru diametrs ir lielāks par 120 metriem. Tieši šogad ir plānots nodot ekspluatācijā Mauna Loa teleskopu Havaju salās. Tas būs otrais Havaju Universitātes pēdējās trauksmes sistēmas (ATLAS) Zemes asteroīdu virszemes ietekmes sistēmā. Tomēr pat pirms ieviešanas ATLAS jau bija redzējis savu pirmo Zemes tuvumā esošo asteroīdu, kura diametrs bija mazāks par 150 metriem.
Tomēr pat iepriekš atklātu simtu metru lielu asteroīdu nevar ātri "izvietot" tādā veidā, lai izvairītos no sadursmes ar Zemi. Problēma ir tā, ka tā kinētiskā enerģija ir tik liela, ka standarta kodolgalviņa vienkārši nespēj radīt triecienu. Kontakta sitiens ar sadursmes ātrumu, kas lielāks par 300 metriem sekundē, fiziski sasmalcina kodolgalviņas elementus pat pirms tam ir laiks eksplodēt: galu galā mehānismiem, kas nodrošina eksploziju, ir vajadzīgs laiks, lai darbotos. Turklāt, saskaņā ar NASA speciālistu aprēķiniem, pat ja kaujas galviņa brīnumainā kārtā uzsprāgst (nokļūstot asteroīdā "no aizmugures", tveršanās kursā), tas gandrīz neko nemainīs. Objektam, kura diametrs ir simtiem metru, ir tāds virsmas izliekums, ka vairāk nekā 90 procenti termoelektriskās sprādziena enerģijas vienkārši izkliedēsies kosmosā,bet neiešu uz asteroīda orbītas korekciju.
Reklāmas video:
Ir metode, kā pārvarēt aizsardzību pret asteroīdu izliekumiem un aizsardzību pret ātrumu. Pēc Čeļabinskas ķermeņa krišanas NASA iepazīstināja ar hiperattīstības asteroīdu pārtveršanas transportlīdzekļa (HAIV) koncepciju. Šī ir tandēma anti-asteroīdu sistēma, kurā galva ir tukšs, kas nav kodols. Izlabojot asteroīda orbītu, tas sitīs to vispirms un ar ātrumu aptuveni desmit kilometri sekundē, atstājot aiz sevis nelielu piltuvi. Tieši šajā piltuvē ir paredzēts nosūtīt HAIV otro daļu - kaujas galviņu ar 300 kilotonu jaudu divām megatonām. Tieši brīdī, kad HAIV otrā daļa nonāk piltuvē, bet vēl nav pieskārusies tās apakšai, lādiņš detonēsies, un lielākā daļa no tā enerģijas tiks nodota upurim asteroīdam.
Tomskas Valsts universitātes pētnieki nesen strādāja pie līdzīgas pieejas, strādājot ar vidēja lieluma asteroīdiem Skif superdatorā. Viņi imitēja Apophis tipa asteroīda detonāciju ar megaton kodolgalviņu. Tajā pašā laikā bija iespējams uzzināt, ka optimālais detonācijas moments būs tas, kad asteroīds iet noteiktā attālumā no planētas pat pirms pēdējās pieejas planētai. Šajā gadījumā eksplodētie gruži turpinās ceļu prom no Zemes. Attiecīgi meteoru dušas radītās briesmas no debess ķermeņa fragmentiem tiks samazinātas līdz nullei. Un tas ir svarīgi: pēc nepieciešamās (megatoniskās) jaudas kodolsprādziena asteroīda atlūzas radīs lielākus radiācijas draudus nekā Černobiļa.
No pirmā acu uzmetiena HAIV vai tā analogi aizvērs visas problēmas. Ķermeņi, kas atrodas mazāk nekā 300 metru attālumā pēc šāda divkārša trieciena, nokritīs gabalos. Tikai aptuveni tūkstošā daļa no viņu masas nonāks Zemes atmosfērā. Lielāki ķermeņi, it īpaši metāla asteroīdi, tik viegli nepadosies. Bet pat tajos vielas iztvaikošana no piltuves dos ievērojamu impulsu, ievērojami mainot sākotnējo orbītu. Saskaņā ar aprēķiniem vienam šādam anti-asteroīda "šāvienam" vajadzētu maksāt 0,5-1,5 miljardus dolāru - milzīgas sīkumi, mazāk nekā viena rovera vai B-2 bumbas izmaksas.
Viena problēma ir tā, ka nav saprātīgi paļauties uz ieroci, kas vismaz testa vietā nekad nav ticis pārbaudīts. Un NASA šobrīd ik gadu saņem apmēram vienu četrdesmito daļu no ASV militārajiem izdevumiem. Ar tik pieticīgu normēšanu aģentūra vienkārši nespēj atvēlēt simtiem miljonu HAIV pārbaudei. Bet pat ja šādas pārbaudes tiktu veiktas, no tām nebūtu lielas jēgas. Tas pats ATLAS sola brīdināt par asteroīda vidējo lielumu mēnesī vai pat pāris nedēļās. Šādā laikā nav iespējams izveidot HAIV no nulles, un brīdinājuma uzturēšana ir pārāk dārga NASA pieticīgajam budžetam, pēc Amerikas standartiem.
No pirmā acu uzmetiena cilvēces izredzes cīņā ar lieliem asteroīdiem - it īpaši vairāk nekā kilometru - izskatās daudz labāk nekā mazu un vidēju. Kilometra objektus vairumā gadījumu var redzēt jau izvietotos teleskopos, arī kosmosa objektos. Protams, ne vienmēr: 2009. gadā tika atklāti gandrīz Zemes asteroīdi ar diametru 2-3 kilometri. Tas, ka šādi atklājumi joprojām notiek, nozīmē, ka varbūtība pēkšņi atklāt lielu ķermeni, kas tuvojas mūsu planētai, ir pat pašreizējā astronomijas attīstības līmenī. Tomēr ir pilnīgi acīmredzami, ka katru gadu ir mazāk šādu objektu un pārskatāmā nākotnē tie var vispār nepalikt.
Pat mūsu valstij, neskatoties uz piešķirtā valdības finansējuma trūkumu asteroīdu draudu meklēšanai, ir nozīmīga loma to izsekošanā. 2012. gadā Vladimira Lipunova grupa no Maskavas Valsts universitātes izveidoja robotu teleskopu MASTER globālo tīklu, kas aptver gan vairākus vietējos, gan ārvalstu instrumentus. 2014. gadā MASTER tīkls atvēra četrsimt metru garu 2014. gada UR116, kas pārskatāmā nākotnē potenciāli spēj sadurties ar mūsu planētu.
Tomēr lieliem asteroīdiem ir savas nepatīkamās īpašības. Pieņemsim, ka mēs uzzinājām, ka septiņdesmit kilometru 55576 Amic ar potenciāli nestabilu orbītu virzās uz Zemi. To ir iespējams "apstrādāt" ar tandēmu HAIV ar kodolgalviņu, taču tas radīs nevajadzīgus riskus. Ko darīt, ja, to darot, mēs provocējam asteroīdam pazaudēt vienu no tā vaļīgajām daļām? Turklāt lieliem šāda veida ķermeņiem ir satelīti - viņi paši nav tik mazi. Spēcīgs sprādziens var izraisīt straujas izmaiņas satelīta orbītā, kas var novest traucēto ķermeni jebkur - un arī uz mūsu planētas.
Minēsim vienu piemēru. Iepriekš minētais MASTER teleskopu tīkls pirms pusotra gada atklāja 2014. gada UR116 mazāk nekā 13 miljonu kilometru attālumā no Zemes. Ja viņš būtu devies planētas virzienā pat ar mērenu ātrumu 17 kilometri sekundē - un mazāk nekā desmit dienu laikā viņu ceļi būtu šķērsojuši. Ar satikšanās ātrumu 70 kilometri sekundē tas būtu bijis dienu jautājums. Ja no kodolkilometru sprādziena no kodoldegvielas sprādziena atdalās virkne gružu, viens no tiem var viegli paslīdēt no mūsu uzmanības. Un, kad tas parādīsies teleskopu redzamības laukā dažu miljonu kilometru attālumā no mums, būs par vēlu sākt ražot citu HAIV pārtvērēju.
Noteikti ar lieliem ķermeņiem, kuru sadursme ir iepriekš zināma, jūs varat mijiedarboties drošāk un bez sprādziena. Tātad, Jarkovskas efekts pastāvīgi maina gandrīz visu asteroīdu orbītu, nedraudot par to dramatisku iznīcināšanu vai satelītu pazušanu. Ietekme slēpjas faktā, ka Saules sildītā asteroīda daļa tās rotācijas laikā neizbēgami iekrīt neapgaismotajā nakts zonā. Ar infrasarkanā starojuma palīdzību tas izdala siltumu kosmosā. Pēdējo fotoni piešķir asteroīdam impulsu pretējā virzienā.
Tiek uzskatīts, ka efektu ir viegli izmantot, lai novirzītu lielos "dinozauru slepkavas" no bīstamās pieejas trajektorijai Zemei. Pietiek ar mazu zondi nosūtīt asteroīdam, kurš pārvadā robotu ar baltas krāsas balonu. Izsmidzinot to uz lielas virsmas, jūs varat panākt asas izmaiņas Jarkovska efektā, kas iedarbojas uz ķermeni. Tādējādi, piemēram, balta virsma mazāk aktīvi izstaro fotonus, vājinot efekta spēku un mainot asteroīda kustības virzienu.
Var šķist, ka efekts jebkurā gadījumā ir par mazu, lai kaut ko ietekmētu. Piemēram, asteroīdam Golevka ar masu 210 miljoni tonnu tas ir aptuveni 0,3 ņūtoni. Ko šāds "spēks" var mainīt attiecībā uz debess ķermeni? Savādi, ka daudzus gadus efekts būs diezgan nopietns. Laikā no 1991. līdz 2003. gadam Golevkas trajektorija tā dēļ novirzījās no aprēķinātās par 15 kilometriem.
Ir arī citi veidi, kā lēnām noņemt lielu ķermeni no bīstamās orbītas. Asteroīdā no filmas var uzstādīt saules buras vai pār to izmest oglekļa šķiedras tīklu (abas iespējas izstrādāja NASA). Abos gadījumos palielināsies saules staru gaismas spiediens uz debess ķermeni, kas nozīmē, ka tas pakāpeniski virzīsies virzienā no Saules, izvairoties no sadursmes ar mums.
Zondes nosūtīšana ar krāsu, buras vai tīklu nozīmētu tālsatiksmes misiju, kas maksātu daudz vairāk nekā tandēma HAIV palaišana. Bet šī opcija ir daudz drošāka: tā neradīs neparedzamas izmaiņas izšauta liela asteroīda orbītā. Attiecīgi tas neapdraudēs lielu fragmentu atdalīšanos no tā, kas nākotnē varētu nokrist uz Zemes.
Ir viegli redzēt, ka šādai aizsardzībai pret lielu asteroīdu ir savas vājās puses. Mūsdienās nevienam nav gatavas raķetes ar robotu gleznotāju; tas prasīs daudzus gadus, lai to sagatavotu lidojumam. Turklāt dažreiz kosmosa zondes sabojājas. Ja ierīce "mirdz" uz attālas komētas vai asteroīda, piemēram, japāņu Hayabusa uz Itokawa asteroīda 2005. gadā, var vienkārši neatlikt laika otrajam mēģinājumam gleznot kosmiskā mērogā. Vai nav ticamākas metodes, kas izslēdz nedrošu termoelektrisko kodolmateriālu bombardēšanu un ne vienmēr uzticamu zonžu nosūtīšanu?
Nu, ir šādi priekšlikumi. Filips Ļubins no Kalifornijas universitātes Santa Barbarā (ASV) pirms dažiem gadiem iepazīstināja ar Asteroīdu mērķtiecīgu enerģijas noteikšanu saules enerģijas jomā un izpētes projektu (DE-STAR, angļu valodā līdzskaņā Nāves zvaigznei). Tas prasa izveidot orbītas platformu, kas būtu līdzīga paplašinātajai ISS. Tas sastāv no daudziem atsevišķiem moduļiem ar saules paneļiem un lāzeriem. Visi lāzeri darbosies saskaņoti, lai izveidotu tā saukto fāzēto masīvu. Tajā atsevišķu lāzeru starojuma amplitūdas fāzes sadalījums tiks izvēlēts tādā veidā, lai no tiem esošie elektromagnētiskie viļņi "saskaitītos" viens ar otru. Tas efektīvi pastiprinās starojumu vienā vēlamajā virzienā un nomāc tā izkliedi visos pārējos. Rezultāts ir kā viens superjaudīgs lāzers.
Šādu platformu lielums var mainīties atkarībā no konkrētā uzdevuma. Simt metru DE-STAR 2 (aptuveni no ISS) var "virzīt" lielus asteroīdus un komētas mums vajadzīgajā virzienā tieši no Zemes orbītas, neriskējot veikt lidojumus uz tāliem ķermeņiem. Šādas ietekmes attālums principā var būt miljardiem kilometru. Tas, protams, ir pietiekami, lai koriģētu jebkura tuvu zemes ķermeņa trajektoriju, pat kilometru lielumu. Svarīgi ir tas, ka daudzi moduļi nevar vienlaikus neizdoties, kas nozīmē, ka tiks garantēta asteroīda novirze.
Ar nelielu mērogošanu (DE-STAR 4, desmit kilometru diametrā) sistēma saņems pietiekami daudz enerģijas, lai tikai viena gada laikā pilnībā iztvaikotu tipisko asteroīdu, kura diametrs ir 500 metri. Nelieli korpusi DE-STAR 4 var iznīcināt dažu dienu vai pat stundu laikā. Šāda aizsardzības sistēma izskatās universāla, piemērota gan pret lieliem, gan vidējiem ķermeņiem, piemēram, Apophis, un pret maziem, piemēram, Čeļabinskas vai Tunguska meteorītiem. Protams, DE-STAR 4 acīmredzami nebūs lēts projekts. Bet tā milzīgo iespēju dēļ to sākotnēji Ļubina iecerēja kā daudzfunkcionālu. Tās enerģijas ir pietiekami, lai paātrinātu nelielu kosmosa zondi ar ātrumu tūkstošiem kilometru sekundē, kas ir pilnīgi pietiekami, lai izpētītu visattālākos Saules sistēmas stūrus vai (kad mērogojat) pat tuvāko zvaigžņu apkārtni.
Šķiet, ka viss iepriekš minētais rosina cerību. HAIV jau šodienas tehnoloģiskajā līmenī var izmantot kā "ciešas kaujas" līdzekli pret maziem ķermeņiem, kurus sen nebija iespējams atklāt pirms bīstamas pieejas. Orbītā izliktais DE-STAR 2 ir diezgan spējīgs traucēt tuvināšanos Zemei pat tādā ķermenī kā Chicxulub asteroīds, kas nogalināja dinozaurus. Šāda divslāņu aizsardzība (vai DE-STAR 4 gadījumā ir viena slāņa aizsardzība) izskatās diezgan pietiekama. Kāpēc tā pati NASA, kas sadarbojās ar abu koncepciju veidotājiem, ar diezgan sarežģītiem un sabalansētiem projektiem nesteidz tos finansēt? Un Roscosmos, kur pēc sprādziena virs Čeļabinskas daudz tika runāts par plāniem izveidot šādu sistēmu, kaut kā nesteidzas ziņot par to ieviešanu …
Ir saprotami pasaules vadošo kosmosa aģentūru pieticības iemesli. Nav runa par mazu asteroīda krišanas varbūtību. Ja kodolkara izredzes tiek novērtētas kā zemas, tad liela vai mazāka asteroīda krišana uz Zemes agrāk vai vēlāk notiks ar simtprocentīgu varbūtību. Neskatoties uz to, visā pasaulē kodolarsenālā tiek iztērēti miljardi dolāru, un simtiem miljonu nav atvēlēti aizsardzībai pret asteroīdiem.
Atšķirība ir saistīta ar faktu, ka kodolieroči jau ir nogalinājuši daudzus cilvēkus. Bet ievērojama asteroīda krišana apdzīvotās vietās cilvēces rakstītajā vēsturē vēl nav reģistrēta. Jā, ja Tunguska meteorīts eksplodētu 1909. gadā četras stundas agrāk (virs Viborgas un Sanktpēterburgas), Hirosima un Nagasaki (tūkstoš reižu vājāki) būtu šķituši kā bērnu rotaļlietas. Tad mūsdienu cilvēces prioritātes būtu tālāk no pretraķešu aizsardzības un tuvāk uzticamas aizsardzības pret asteroīdiem izveidošanai.
Rietumvalstīs situāciju pasliktina fakts, ka neviena administrācija neplāno kosmosa programmas ilgāk par dažiem gadiem. Visi pamatoti baidās, ka, nododot varu, jaunā administrācija nekavējoties slēgs savu priekšgājēju dārgās programmas. Tāpēc nav jēgas tos sākt. Tādās valstīs kā ĶTR formāli viss ir labāk. Plānošanas horizonts ir tālu uz priekšu nākotnē. Tomēr praksē viņiem nav ne tehnoloģisku (Ķīna), ne finansiālu (Krievija) iespēju izvietot tādas tandēma sistēmas kā HAIV vai orbītas lāzera blokus, piemēram, DE-STAR.
Tas viss nozīmē, ka iepriekš minētie projekti tiks sākti īstenot tikai pēc daudzdzīvokļu megatonu eksplozijas, kurā blīvi apdzīvotā vietā ir pamanīts kāds ķermenis. Šāds notikums - kas parasti notiek agrāk vai vēlāk - noteikti izraisīs cilvēku zaudējumus. Tikai pēc tam mēs ar pārliecību varam gaidīt politiskas sankcijas pret asteroīdu aizsardzības sistēmu būvēšanu gan Rietumos, gan, iespējams, arī Krievijā.