Авиационный инженер engineer_aireo перевел статью о том, как инженеры Массачусетского технологического института спроектировали реалистичную защиту от космического булыжника, грозящего судным днем всей Земле.



В конце 90-х Голливуд, подстегнутый падением кометы на Юпитер, объяла горячка фильмов-катастроф с падением астероидов. Фильмы были громкие, но легко забывающиеся, и вскоре Голливуд нашел другие поводы для волнующих катастроф. Но более тридцати лет назад группа инженеров обучавшихся в Массачусетском технологическом институте спроектировала намного более реалистичную защиту от космического булыжника, грозящего судным днем всей Земле. Их план включал полдюжины ракет Сатурн-5 несущих действительно большие бомбы.

Падение Икара
Каждых 19 лет большой астероид Икар проносится мимо планеты Земля, часто на расстоянии менее 6,5 миллионов километров – очень небольшое расстояние по астрономическим меркам. Последний раз Икар пролетал мимо в 1997 году, а предыдущее сближение было в июне 1968 г. Сейчас мы знаем, что такие астероиды не редки в окрестностях Земли и конгресс США и НАСА выказывают большой интерес к отслеживанию и даже посещению их.
В начале 1967 г. профессор Массачусетского технологического института (МТИ) Пауль Сэндорф дал группе своих аспирантов задание: представьте, что вместо безопасного пролета, Икар столкнется с Землёй. Скала около километра в диаметре врежется в планету с силой в 500 000 мегатонн – намного большей, чем самое разрушительное землетрясение или извержение вулкана, и в более 33 000 раз больше бомбы уничтожившей Хиросиму. Как минимум, такой взрыв убьет миллионы людей, уничтожит дома и деревья на сотни километров вокруг и/или вызовет ужасающей силы цунами, которые затопят множество городов находящихся на побережье. Пыль, выброшенная в атмосферу, приведет к глобальной зиме на несколько лет. Сэндорф поставил единственное условие: у вас есть только 15 месяцев – как остановить Икар?

МТИ был глубоко вовлечен в программу Аполлон. Систему наведения для Аполлона разрабатывали здесь, и первоклассные эксперты аэрокосмической отрасли появлялись в холле ВУЗа. Целью Сэндорфа было научить аспирантов импровизировать под давлением обстоятельств.

Аспиранты немедленно разделились на несколько специализированных групп: баллистики, проектирования разгонных блоков, космического аппарата, наведения и контроля, связи, экономики и менеджмента и ядерной полезной нагрузки. Они начали оценивать разные варианты поражение смертоносной скалы.

Должны ли они запустить огромную бомбу и раздробить астероид на части? Быстрый подсчет показал, что для превращения Икара в пыль нужна бомба в 1000 мегатонн. Ещё даже теоретически не была основана возможность создания такого мощного оружия, не говоря уж о проектировании или создании. Не было возможности создать что-либо подобное за столь короткое время. Использовать сборку из меньших бомб было так же невозможно, поскольку было необходимо подорвать их все точно одновременно, иначе одна бомба, взорвавшаяся чуть раньше, уничтожит другие ещё до их детонации.

Быстрый перехват
Наиболее благоприятный вариант был бы встретиться с Икаром в ноябре 1967 г. когда он достигает афелия – точки, где его скорость минимальна. В этой точке было бы легче всего организовать встречу, и легче всего изменить его орбиту прилагая минимальные усилия. Но такой полет должен быть организован немедленно - весной 1967 – и это было невозможно. Группа быстро поняла, что подходящей ракеты не будет до 1968 г. и это сильно ограничило их выбор. Медленное сближение или даже мягкая посадка абсолютно невозможны – Икар будет двигаться слишком быстро для аппарата сближающегося с ним в 1968 году. И тогда концепция встречи полностью изменилась.

Единственный оставшийся вариант стал быстрый перехват – полет навстречу Икару и взрыв бомбы возле поверхности для изменения его курса.

Лучшим решением для доставки большей нагрузки на Икар был бы запуск двух модифицированных ракет «Сатурн-5». Две модифицированные третьи ступени «Сатурн-4Б» стыкуются на орбите Земли с помощью космического буксира по типу Аполлона, который запускается ракетой «Титан-3». Они смогут отправить к Икару сравнительно большой аппарат, который взорвет там огромную ядерную бомбу.
Но было много проблем у этого предложения. Третья ступень «Сатурн-4Б» не была спроектированная для хранения топлива на орбите в течении более чем шести часов, и решение этой проблемы требовало её серьезной модернизации. Космический аппарат так же должен быть спроектирован с нуля и построен меньше чем за год. Что наиболее важно, стыковка таких больших космических аппаратов представлялась очень сложной и не была отработана. Это был не реалистичный план – он был отклонен.



Тогда группа решила использовать шесть находящихся в производстве ракет «Сатурн-5» с минимальными изменениями их полезной нагрузки, для того чтобы нести шесть небольших бомб к Икару. Первый запуск мог бы состояться в апреле 1968, всего лишь через год, и пять других запусков могли быть осуществлены с интервалом в две недели.

Реально осуществимый космический аппарат для Икара мог состоять из Служебного отсека Аполлона и его продолжением длинной в 1,5 метра, известным как Отсек полезной нагрузки. Вместо командного отсека, сверху сборки располагался простой алюминиевый конус, содержащий несколько необходимых систем. Хотя командный отсек Аполлона и его системы навигации и контроля могли быть полезны, его вес был недопустимый и не нужный. Вес космического аппарата должен быть минимален для того чтобы ракета могла нести как можно большую бомбу.
Модуль полезной нагрузки должен нести 100 мегатонную бомбу в форме горизонтально расположенного цилиндра диаметром около метра и длинной в диаметр космического аппарата. Бомба должна была весить 18 150 кг. На боку Отсека полезной нагрузки должна находиться антенна РЛС с активной фазированной решеткой для отслеживания и встречи с астероидом.

План использовал практически не модифицированную ракету «Сатурн-5». В то время, до ноября 1967, не было ни одного запуска «Сатурна-5» и группа не знала будет ли эта ракета готова. Только одна деталь действительно отличалась у «Сатурна-5» для Икара – это был модифицированный стыковочный отсек над третьей ступенью «Сатурн-4Б». В стандартной конфигурации программы «Аполлон» для полета на Луну этот отсек соединяется с Лунным модулем, а Сервисный модуль и Командный модуль располагаются сверху. В модифицированной ракете стыковочный отсек соединяется сразу с Сервисным модулем, к которому присоединен модуль полезной нагрузки. Конструкторы должны были учесть изменения аэродинамики ракеты для этой модификации и, что более важно, устранить аэродинамические и тепловые нагрузки на антенну РЛС. Общие очертания ракеты должны быть подобны конфигурации «Сатурна-5» с космической станцией «Скайлэб», запущенной в 1973, только немного короче.



100 мегатонная бомба должна была стать проблемой. В то время самой большой бомбой в американском ядерном арсенале была 25-ти мегатонная бомба. Советы взорвали 58-и мегатонную бомбу ранее в том же десятилетии, и эта бомба могла быть легко модернизирована в 100 мегатонное оружие. Однако Советы не оглашали (и до сих пор не оглашают) вес этой бомбы, однако, их бомбы никогда не были столь миниатюрны как бомбы США. Похоже, их 100 мегатонная бомба должна иметь вес намного больший, чем 18 150 кг – максимальный вес для Икара. Итак, заимствование советской боеголовки для спасения мира было невозможно.

Пусковой комплекс 39С
План «Икар» требовал девять ракет «Сатурн-5». Три предназначались для испытательных полетов, а оставшиеся шесть должны стать перехватчиками. В это время НАСА планировала иметь только шесть ракет к апрелю 1968 г., итак, производственный график должен быть чрезвычайно форсирован. В добавок, ещё один старт должен быть построен на Мысе Кеннеди. Пусковой комплекс 39С должен быть построен для обеспечения высокой частоты запусков ракет «Сатурн-5», все из которых должны быть запущены в течение шести недель.
Вдобавок к девяти ракетам «Сатурн-5», план «Икар» требовал пять ракет «Атлес-Аджена», которые будут нести модифицированные версии космического зонда «Маринер-2» предназначенного для исследования дальнего космоса. Известные как Спутники Наблюдения Перехвата (СНП), эти зонды должны были наблюдать реальные взрывы ядерных бомб, когда они достигнут астероида. Очень мало было известно о том как в реальности ядерное оружие будет вести себя в космосе, не говоря уж о том как в реальности взрыв повлияет на астероид, поэтому СНП считались важными для миссии.



В конце февраля 1968 первый СНП мог быть запущен с помощью ракеты-носителя «Атлас-Аджена». Он должен был лишь не на долго задержаться на орбите Земли прежде чем отправиться на встречу с Икаром. Немногим больше чем через месяц, первый перехватчик должен быть запущен 33 миллионами ньютон тяги новой ракеты. Сделав один виток (или даже меньше) вокруг Земли, ступень «Сатурн-4Б» должна запуститься и направить перехватчик «Икар» от Земли в сторону астероида. Вскоре после этого панели стыковочного отсека должны отделиться как лепестки цветка и «Икар» со 100 мегатонной бомбой отстыковывается от ракеты, его служебная двигательная установка запускается и придает ещё большее ускорение космическому аппарату.
После 60-и дневного полета с несколькими коррекциями курса (с использованием звездных датчиков на борту аппарата) остается лишь три часа для точного сближения с Икаром – перехватчик входит в «конечную фазу полета». За четыре минуты до сближения бортовой радар выдает данные для последнего коррекционного маневра. За пять секунд до столкновения радар выдает команду на подрыв бомбы. Если всё пойдет по плану, детонация бомбы должна произойти в 30 метрах от поверхности Икара на его освещенной солнцем стороне. В результате взрыва астероид должен разрушиться или отклониться от своей смертоносной траектории.

От «Икара» до NEAR
Группа планировавшая миссию предлагала шесть бомб. Но они столкнулись с огромной неопределенностью. Самая большая проблема была в том, что никто не знал точно структуру и состав астероидов вообще и Икара конкретно. Какова плотность Икара? Какие его точные размеры? Какова его форма?

Фактически, 37 лет спустя мы не во много лучшей ситуации. Несмотря на пристальное изучение нескольких астероидов с межпланетных зондов и даже на одну успешную посадку зонда NEAR на астероид, учёные-планетологи до сих пор точно не знают их структуру. Одна теория, известная как «куча гравия», гласит о том, что большинство астероидов – это не монолитные скалы, а объединения камней и пыли. Взрыв одной ядерной бомбы даст небольшой эффект – большая часть мощности взрыва поглотится внутренней структурой астероида и не изменит его траекторию значительно. Сравните с попыткой передвинуть пальцем один камешек или же кучку орехов.
Кроме того, никто не был уверен в том как ядерная бомба будет действовать в открытом космосе и какое воздействие она окажет на Икар – ядерные взрывы в космосе запрещены ещё в 1960-е и этот запрет действует до сих пор. Не было возможности сделать всё правильно с первой попытки – несколько бомб должны были взорваться ещё до того как специалисты поймут что же они должны делать.

Наследство проекта «Икар» было, прежде всего, в том что в 1970-е был снят паршивый фильм «Метеор!», который не только смешон с научной точки зрения, но и совершил смертный грех, вываляв прекрасную Натали Вуд в грязи.

Спасти планету Земля
Сейчас есть новые идеи как защититься от смертельных астероидов, но они требуют очень раннего предупреждения об опасности. Одно текущее предложение поступило от организации с корявым названием Б612. Они рекомендуют создать космический аппарат подобный проекту JIMO (зонда с ядерным двигателем планируемого для исследования ледяных спутников Юпитера) и отправить его для перехвата и передвижения какого-нибудь известного астероида. Космический аппарат должен присоединиться к астероиду и использовать ионные двигатели для изменения его орбиты. Это должна быть демонстрационная миссия показывающая возможность защиты планеты, если это будет необходимо, и которая даст новые научные данные об астероидах. Но для такой схемы защиты Земли необходимо чтобы опасный астероид был опознан за десятилетие до предполагаемого столкновения или даже раньше.

Задаче защиты от астероидной опасности уже удалось преодолеть легкомысленные мнения и скепсис относительно серьезности угрозы. Но всё же этого пока недостаточно для Конгресса чтобы он выделил сравнительно скромное финансирование для поиска потенциально опасных для Земли астероидов. Должно ещё пройти, по крайней мере, десятилетие прежде чем астероидная опасность будет всерьез рассматриваться американским правительством. Если только пролет какого-нибудь астероида вблизи Земли не напугает общественность всерьез.

Парни из организации Б612 могут изменить свое название. «Корпорация Икар» будет прямо в точку. Аккуратный толчок смертоносному булыжнику – это, конечно не столь эффектно как термоядерный взрыв невиданной силы, но это более реалистичный сценарий. И он может быть достижим с существующим уровнем развития технологий.
Обсудить в блоге автора
Я думаю,что людям не надо защищать Землю от метеоритов,так как у неё уже имеется несколько ступеней противометеоритной защиты.