Астрономы СПбГУ рассчитали, как «гравитационный трактор» может помочь защитить Землю от астероида

Материал об этом опубликован в журнале Astronomy Reports.

Идеи спасения Земли от смертоносных астероидов волнуют не только голливудских кинематографистов, но и ученых по всему миру. Их опасения можно понять. При условии, что небесное тело будет сравнительно небольших размеров, примерно 20 метров в диаметре, встреча с ним может привести к повторению челябинского сценария. Но если диаметр будет как у Тунгусского космического тела, около 100 метров, последствия будут эквивалентны взрыву нескольких атомных бомб. Если такой астероид упадет в пустыню, ничего страшного не произойдет. Но при попадании в город он превратит его в руины.

Один из способов борьбы с астероидами — удар по опасному небесному телу с помощью ракеты. В результате должен появиться большой импульс, который заставит астероид изменить свою орбиту. Этот путь годится для тел, диаметр которых не превышает 100 метров.

Первый автор статьи, заведующий кафедрой небесной механики СПбГУ Константин Холшевников

Самый радикальный метод — взрыв астероида с помощью ядерной бомбы. В случае если диаметр тела не превышает 100 метров, его удастся уничтожить. Если же габариты больше, взрыв разрушит не весь астероид, но возникшая реактивная сила поможет изменить траекторию оставшейся части и обезопасить планету. Однако если тело уже летит на Землю, такой способ не годится. Дело в том, что большинство астероидов, прежде чем ударить по планете, несколько раз с ней сближаются. Таким образом, после очередного сближения может пройти несколько лет, прежде чем тело прицельно полетит в сторону Земли. В это время его и нужно взорвать. Только так, отмечает эксперт, можно будет гарантировать, что осколки рассеются в пространстве и не будут угрожать человечеству. Впрочем, вероятность, что астероид полетит на Землю «без предупреждения», все же существует.

Группа ученых из СПбГУ рассчитала возможность применения мирного способа борьбы с астероидами, который исключает взрывы и столкновение с ракетами. Астрономы считают, что отклонить космическое тело с орбиты столкновения с Землей можно с помощью двигателя малой тяги.

Целью исследования стало установление фундаментальной возможности применения такого метода. По нашим расчетам, астероиды диаметром до 55 метров при тяге двигателя один ньютон можно отклонить примерно за один год. Если тело до 50 метров, то при тяге в 20 ньютонов его можно отклонить за месяц. Если диаметр до 150 метров, а тяга двигателя составляет 20 ньютонов, на выполнение операции потребуется год.

Первый автор статьи, заведующий кафедрой небесной механики СПбГУ Константин Холшевников

Ученые создали модельную задачу, по условиям которой двигатель обеспечивает постоянное тангенциальное ускорение. В этом случае импульс направляется по касательной к траектории астероида и при необходимости увеличивает или уменьшает скорость тела. В результате астероид разминется с Землей. Для того, чтобы сильнее изменить направление движения тела, понадобятся более мощные двигатели. Однако, по словам эксперта, двигатель малой тяги — это самый выгодный вариант с учетом потребления топлива.

Другой вопрос — как установить двигатель на космическое тело. Дело осложняется еще и тем, что астероид постоянно вращается. Эта задача требует отдельного решения и новых расчетов. Однако ее можно обойти с помощью «гравитационного трактора».

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (грант № 18-12-00050).

«Использовать "гравитационный трактор" — это все равно что поднять самого себя за волосы. Предположим, существует относительно большой астероид, скажем, диаметром 100 метров. Рядом с ним пролетает космический аппарат и останавливается относительно этого тела. В результате гравитационного притяжения он начинает падать на этот астероид. Здесь надо включить двигатель, чтобы аппарат уходил в сторону. В результате он тянет за собой этот большой астероид. Получается то же самое — малая тяга. "Трактор" хорош еще и тем, что вращение астероида не играет роли. Если установить двигатель прямо на астероид, он будет вращаться вместе с ним. Но трактор не будет вращаться», — объясняет Константин Холшевников.

При этом оба космических аппарата — «гравитационный трактор» и двигатель малой тяги, который предполагается закрепить на астероиде, — существуют сегодня лишь в теориях и моделях.

«Человечество неожиданно может столкнуться с непредвиденной опасностью. Мог ли кто-нибудь предугадать пандемию коронавируса? Или падение Чебаркульского метеорита? Невозможно узнать заранее, какие ресурсы потребуются для спасения человечества в следующий раз. Справиться с подобными угрозами может помочь развитие науки. Причем особенно важно развивать именно фундаментальную науку», — считает другой автор статьи, доцент кафедры небесной механики СПбГУ Владимир Титов.

Продолжение исследования потребует более серьезных расчетов. Впрочем, время на это у человечества еще есть, убеждены ученые.

Вместе с Константином Холшевниковым и Владимиром Титовым над статьей работали аспиранты кафедры небесной механики СПбГУ Данила Миланов и Кристина Оськина.