ENGLISHВзрыв крупного метеорита в небе над Челябинской областью 15 февраля 2013 года еще раз наглядно продемонстрировал наличие реальной астероидно-кометной угрозы для нашей планеты. Энерговыделение при взрыве этого астероида, по расчетам отечественных ученых (ИФТАН), приведенным академиком В.Е.Фортовым, составляет около 400 килотонн в тротиловом эквиваленте1.
По ряду оценок, число пострадавших и раненых в Челябинской области превысило 1 тыс. человек. На заседании Президиума РАН 19 марта 2013 года, посвященном этой проблеме, отмечалось, что значительно более масштабными были бы последствия взрыва метеорита, если бы он произошел на намного меньшей высоте и непосредственно над Челябинском. Как определили российские ученые (Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского РАН, Комитет по метеоритам РАН при Президиуме РАН), исследовавшие найденные части метеорита, вещество, из которого состоял данный метеорит, - это «обыкновенный хондрит»2.
При падении более крупного естественного космического объекта на Землю последствия будут куда более разрушительными, особенно если это произойдет в какой-то городской агломерации. А в некоторых случаях падение астероида на Землю несет, как отмечают многие ученые, и угрозу существованию всего человечества.
За последние 20-25 лет совокупные научные знания международного сообщества об астероидно-кометной опасности благодаря активным наземным и космическим исследованиям значительно расширились. Большой вклад внесли в это и отечественные ученые, работающие в рамках Совета по космосу Российской академии наук. Весьма важная работа была проделана в США НАСА, обладающего весьма значительными ресурсами. Это привело многих ученых к заключению о том, что есть реальная опасность, и она выглядит все более зримой и более реальной по мере роста знаний об астероидах и кометах.
В то же время очевидно, что пока знаний, которые имеются сегодня в разных странах по этой проблеме, явно недостаточно, чтобы адекватно оценить масштабы угрозы, ранжировать ее по сравнению с другими угрозами человечеству. Значительно больше данных, знаний требуется для своевременного обнаружения сравнительно небольших естественных космических объектов с выдачей соответствующего предупреждения. На этом направлении необходимо наращивать усилия ученых и специалистов всех стран мира, используя результаты для комплексных системно-аналитических исследований.
Еще больше знаний (и специальных технологий) необходимо для определения реально эффективных мер по нейтрализации астероидно-кометной угрозы. Однако сегодня уже ясно, что эта тема требует самого пристального внимания ученых, разработчиков соответствующих технологий, высших государственных руководителей.
Существуют большой класс астероидов, малых тел Солнечной системы, которые пересекают орбиту Земли и/или сближаются с Землей. Потенциально эти тела при определенных условиях могут столкнуться с Землей с нанесением серьезного ущерба человечеству. Следует подчеркнуть, что речь идет только о потенциальной возможности столкновения таких тел с Землей. Как правило, эти тела находятся на стационарных орбитах, и прогнозирование их орбит не приводит к случаям столкновения с Землей. Однако среди астероидов этого класса есть такие, которые могут сближаться с Землей на расстояние порядка нескольких радиусов орбиты Луны и даже ближе. При этом из-за гравитационного взаимодействия с Землей и/или Луной орбита астероида может меняться.
Важной характеристикой, определяющей ущерб при столкновении, является размер тела. Оценки показывают, что нижняя граница размеров опасного тела, представляющая глобальную опасность, составляет порядка 50-100 метров. Энергия, выделяемая при столкновении тела такого размера, сравнима с энергией мощной термоядерной бомбы. Частота падения таких относительно малых объектов составляет, в зависимости от размера, порядка нескольких сотен и десятков тысяч лет. Ученые считают, что глобальные разрушения, представляющие опасность всему человечеству, вызывают астероиды размером более нескольких сотен метров, порядка километра. Частота таких событий составляет несколько сотен тысяч лет. А гибель цивилизации может произойти при столкновении с Землей тела размером порядка 10 км, но такие события, к счастью, обладают малой степенью вероятности.
В настоящее время существуют несколько зарубежных программ обнаружения астероидов, сближающихся с Землей, использующих западные наземные и космические обсерватории. Систематически такие наблюдения стали проводиться только с середины 1990-х годов. К настоящему времени зарегистрировано около 10 тыс. тел, относящихся к классу тел, сближающихся с Землей3. При этом, как показывает статистика обнаружения новых объектов, число астероидов размером, превышающим километр, составляет около 900, и в последние годы их число увеличивается слабо, приближаясь к насыщению. Близко к насыщению и число вновь открываемых астероидов размером 300-1000 м, оно составляет около 3 тысяч. Основную трудность вызывает обнаружение относительно малых астероидов, размером несколько десятков метров из-за условий их наблюдения. Например, пролетевший 15 февраля этого года астероид 2012 DA14 размером около 44 метров был открыт год назад, 23 февраля 2012 года. Сейчас каталогизировано порядка 3 тыс. таких тел. Очевидно, с развитием наблюдательных средств их число будет значительно увеличиваться. Общее число декаметровых астероидов оценивается порядка 100 тысяч.
Особое внимание с точки зрения угрозы для Земли представляет открытый в 2004 году астероид Апофис (2004-MN4). Орбита этого астероида находится внутри орбиты Земли, но в районе перигелия Земли в области приблизительно соответствующей 13 апреля астероид может сближаться с Землей на критическое расстояние. Расчеты показывают, что в 2029 году Апофис приблизится к Земле на расстояние порядка 37-38 тыс. км (от центра Земли), то есть в районе орбит геостационарных спутников. После проведенных радарных наблюдений возможность столкновения Апофиса с Землей в 2029 году исключена, однако ввиду неточности начальных данных существует ничтожная вероятность столкновения данного объекта с нашей планетой в 2036 году (~10-5 - 10-6) и еще меньшая вероятность - в последующих годах.
Последние данные об астероиде Апофисе получены при помощи космической обсерватории «Гершель». Размер тела составляет 325 ± 15 метров. Оценки воздействия при падении астероида на Землю составляют порядка 500 мегатонн тротилового эквивалента. Для сравнения: энерговыделение при падении Тунгусского метеорита оценивается в несколько десятков мегатонн (10-40 мегатонн). (По оценке академика В.Е.Фортова, представленной на заседании Президиума РАН 19 марта 2013 г., энерговыделение Тунгусского метеорита составило 60 мегатонн - т.е. несколько больше, чем самой мощной в мире термоядерной бомбы, разработанной в СССР и взорванной над Новой Землей в 1961 г.) Воздействие на Землю, конечно, зависит от места и угла падения астероида, а также от состава и структуры этого тела. В любом случае взрыв причинил бы огромные разрушения на территории площадью в тысячи квадратных километров, но, видимо, не создал бы долгосрочных глобальных эффектов, подобных «астероидной зиме».
Очевидно, помимо обнаружения, необходимы и исследования физических свойств и структуры потенциально опасных астероидов. Цель подобных исследований - точное определение параметров орбиты таких тел для прогнозирования возможных возмущений орбиты, а также исследования их физико-химических характеристик - внутренней структуры, массы, плотности, состава. Безусловно, эти исследования важны для решения проблем астероидной опасности и поисков способов предотвращения угрозы. Следует отметить, что такие исследования важны также и с точки зрения фундаментальной науки. Дело в том, что малые тела Солнечной системы, такие как астероиды, кометы, ввиду того что на них не происходила эндогенная активность, представляют собой первородный «строительный» материал, из которого сформировались планеты и их спутники. Исследование физико-химических свойств этих тел поможет открыть тайну формирования и эволюции планет. Это, в частности, даст ответ на вопрос, почему планеты Венера, Земля и Марс, так похожие друг на друга, развиваются столь различно и какова в будущем судьба Земли - станет ли она похожа на огненную Венеру со сверхплотной атмосферой или на холодный Марс с чрезвычайно слабой атмосферой. В этом направлении исследований фундаментальная наука также изучает пути безопасного развития Земли.
В настоящее время в нашей стране проводится научно-исследовательская работа по созданию экспедиции космического аппарата для исследований околоземного астероида. Основной целью таких исследований будет прецизионное определение параметров орбиты астероида. С этой целью планируется доставка на поверхность астероида радиомаяка, позволяющего в течение длительного времени (порядка десяти лет) определять параметры орбиты астероида и их возмущения. Другой важной целью исследований станет изучение физико-химических характеристик этого небесного тела. Результаты такой экспедиции помогут прогнозировать сроки возможного столкновения астероида и разработать меры предотвращения подобного столкновения.
В зависимости от параметров орбиты, характеристик и свойств самого астероида таким методом могло бы стать активное воздействие на астероид для изменения траектории его движения, позволяющей избежать столкновения с Землей. Среди средств активного воздействия на астероид могут рассматриваться удар массивного тела по астероиду либо длительное воздействие слабой силы, например двигателя малой тяги космического аппарата, находящегося на поверхности астероида. В последнее время появилась идея использовать эффект Ярковского, который заключается в том, что при вращении астероида происходит появление слабого реактивного импульса за счет теплового излучения от нагревшейся днем и остывшей ночью поверхности астероида. Такой импульс придает ему дополнительное ускорение, что постепенно изменяет параметры орбиты астероида. Величина и направление реактивного импульса зависят от скорости вращения, строения и физических параметров поверхности астероида. Увеличение этой естественной реактивной силы могло бы произойти, если изменить поверхностные температуры угрожающего Земле астероида так, чтобы через десятилетия его орбита сместилась подальше от нашей планеты. Предложены и методы изменения свойств поверхности астероида, однако сейчас эти методы выглядят далекими от имеющихся в настоящее время технологических возможностей.
Все обсуждаемые сегодня методы борьбы с астероидно-кометной опасностью нуждаются в тщательном анализе, оценке их стоимости, реализуемости, эффективности. Все это весьма сложная задача, требующая применения системно-аналитических методов, в том числе с использованием математического моделирования и огромного объема расчетов с применением суперЭВМ с соответствующими программными продуктами.
Существует, по крайней мере, еще один перспективный аспект исследований астероидов, связанный с безопасностью цивилизации, - использование ресурсов этих тел. Например, астероид 2012 DA14, масса которого составляет около 130 тыс. тонн, содержит 5% доступной для добычи воды, которую можно будет использовать при создании ракетного топлива для межпланетных космических аппаратов. Если же предположить, что 10% его массы составляют железо, никель и другие металлы (что довольно обычно для астероидов), то это может представлять большое значение для возобновления природных ресурсов Земли. Недавно американская компания «Deep Space Industries» (DSI) оценила стоимость ресурсов этого астероида в 195 млрд. долларов. Вместе с тем следует отметить, что добыча полезных ископаемых на этом астероиде пока экономически нецелесообразна.
Ввиду важности темы астероидно-кометной опасности настало время, чтобы проблемой планетарной защиты сейчас занялись не только ученые, но и политики, государственные руководители. Необходимы консолидированные усилия международного сообщества на основе решений прежде всего ведущих государств мира, обладающих соответствующими научными знаниями и технологиями. Такие технологии есть в России, США, Китае, в странах Евросоюза, Индии и ряде других стран. Но усилия здесь потребуются очень масштабные - и научные, и технические, и организационно-управленческие, да к тому же и затраты ресурсов будут огромными. Но и астероидно-кометная угроза, с которой приходится иметь дело человечеству, выглядит все более и более реальной и масштабной.
Это весьма важная тема для ее рассмотрения Россией и другими государствами и в двустороннем, и в многостороннем форматах. Это тема для всех государств - членов ООН, ибо астероидно-кометная опасность в соответствии с нашими новейшими знаниями является серьезнейшим фактором риска для земной цивилизации. Но инициативу на себя должны взять те государства, которые по праву наделены статусом постоянного члена Совета Безопасности ООН. В структуре ООН для этого можно было бы в рамках Комитета ООН по космосу создать специальный подкомитет, который бы осуществлял координацию усилий государств - членов СБ ООН и других государств, входящих в эту ведущую международную организацию, в создании системы планетарной защиты. Этот подкомитет должен прежде всего создать единый международный центр мониторинга и реагирования на природные угрозы из космоса.
Следует рассмотреть вопрос и о создании специального Комитета ООН по астероидно-кометной опасности, обладающего и серьезными аналитическими возможностями, ресурсами и большим авторитетом.
В настоящее время имеющиеся у ряда стран средства обнаружения, не говоря уже о средствах перехвата, нацелены на выполнение других задач. По-видимому, переориентировать их на задачи, связанные с угрозой человечеству из космоса, очень сложно. Скорее всего, речь должна идти о создании новой системы обнаружения, которая должна носить практически глобальный характер. Для этого могут быть использованы многие из уже имеющихся технологий, которые применяются как в гражданском исследовании космоса, так и в военных целях - для задач, связанных с контролем космического пространства и противоракетной обороной (ПРО).
Специалисты отмечают, что значительную роль в этом должны играть космические средства обнаружения, в частности находящиеся на геостационарной орбите, работающие по всем тем азимутам, по которым может появиться грозящий падением на Землю астероид. Ученым и политикам следовало бы уже сейчас приступить к формулированию задач аванпроекта такой системы с использованием системно-аналитических критериев «стоимость - эффективность - реализуемость». В нашей стране определенные заделы имеются, но они должны быть проинтегрированы, скомплексированы, обеспечены соответствующим финансированием и государственным органом управления достаточно высокого уровня.
Крайне важно иметь адекватную систему слежения за космической обстановкой, обработки информации, а на более позднем этапе - и систему боевого управления для средств космического перехвата с выдачей целеуказания.
Задача создания эффективных средств перехвата представляется еще более сложной, чем задача обнаружения, слежения, оповещения. По многим параметрам это более трудоемкая задача, чем создание сколько-нибудь эффективных систем ПРО. Речь должна идти, по-видимому, о нескольких эшелонах перехвата, включая перехват на дальних подступах к Земле и непосредственно вблизи от поверхности Земли.
Если говорить о ракетах-перехватчиках наземного базирования, то это должны быть мощные средства, подобные американскому носителю «Сатурн-5», созданному в США для реализации лунной программы, или советской ракете Н-1, которая разрабатывалась для этих же целей. Следует рассмотреть варианты и космических платформ для ракет-перехватчиков, как пилотируемых, так и работающих в автоматическом режиме. Массогабаритные характеристики ракет-перехватчиков, размещаемых на таких платформах, были бы значительно меньшими, чем для средств перехвата наземного базирования. Но при этом, конечно, потребуются большие затраты для создания таких платформ, на их вывод на соответствующие орбиты с ракетами-перехватчиками на борту, на управление такой группировкой космических боевых станций.
Для реализации этой задачи (если иметь в виду оснащение космических ракет-перехватчиков термоядерными боезарядами) потребуется внести тщательно продуманные изменения в Договор о космосе 1967 года (Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела). В настоящий момент этот договор запрещает выведение в космос ядерных боезарядов (ст. IV).
Среди средств воздействия, способных изменить орбиты астероидов и комет, немаловажную роль призваны играть термоядерные заряды большой мощности, которыми могут оснащаться ракеты-перехватчики наземного базирования. Многие специалисты отмечают, что такие боезаряды могут отрабатываться в современных условиях в России и ряде других государств без натурных испытаний с применением, в частности, суперкомпьютерного моделирования.
А для решения задач по уничтожению метеоритов и астероидов на подлете к Земле может быть использован опыт нашей страны в создании специализированных ядерных зарядов, которыми оснащены противоракеты системы ПРО А-135, развернутой в Московском регионе. Такого опыта нет ни у кого в мире, включая США.
Здесь уместно напомнить, что одним из главных разработчиков сверхмощного термоядерного заряда, о котором говорилось выше, взорванного в свое время на полигоне «Новая Земля», был выдающийся ученый академик Юрий Алексеевич Трутнев, который и ныне плодотворно трудится в ядерном центре в Сарове.
Возможности термоядерных боезарядов в открытом космосе должны оцениваться достаточно реалистично. Как известно, любой ядерный взрыв обладает такими поражающими факторами, как ударная волна, световое излучение (или тепловое воздействие), проникающая радиация, электромагнитный импульс и радиоактивное заражение местности. В условиях отсутствия атмосферы «не работает» такой важный поражающий фактор ядерного взрыва (ПФЯВ), как ударная волна, а такие ПФЯВ, как проникающая радиация, электромагнитный импульс и радиоактивное заражение, не способны сколько-нибудь значимо воздействовать на астероид или ядро кометы. Для достижения эффекта теплового воздействия на астероид или ядро кометы требуется достигнуть высокой точности при осуществлении их перехвата (необходимо попасть непосредственно в тело астероида или ядро кометы). Тепловое воздействие ядерного взрыва может привести к «вымыванию» больших объемов вещества с поверхности астероида или ядра кометы, что создаст реактивный эффект, который приведет к изменению их орбиты.
Еще раз следует отметить, что средства перехвата с использованием термоядерных боезарядов должны быть соотнесены с другими средствами борьбы с астероидно-кометной опасностью, частично отмеченными выше.
Безусловно, могут быть созданы средства перехвата естественных космических объектов, основанные и на неядерных технологиях, но это дело более отдаленного будущего.
Несмотря на то что создание системы планетарной защиты и обеспечение последующего ее функционирования ставит перед человечеством множество весьма неординарных научно-технических, организационных, политических, юридических и других проблем, возможности для их решения нужно изыскать. Как представляется, обеспечение безопасности нашей планеты следует рассматривать как своеобразный тест для человечества на его способность сохранить условия для процветания земной цивилизации.
1Выступление В.Е.Фортова при рассмотрении вопроса «Результаты исследования вещества Челябинского метеорита» на Президиуме РАН 19 марта 2013 г. Стенограмма.
2Выступление академика РАН Э.М.Галимова при рассмотрении вопроса «Результаты исследования вещества Челябинского метеорита» на Президиуме РАН от 19 марта 2013 г. Стенограмма.
3http://neo.jpl.nasa.gov/stats/
