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

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета рассчитали, каким образом можно оградить планету от столкновения с опасным астероидом, используя двигатель малой тяги. Для этого его нужно установить либо на угрожающем Земле космическом теле, либо на «гравитационном тракторе» — пока теоретическом аппарате для изменения траектории объектов с помощью гравитационного воздействия. 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», — отмечает 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 1 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», — рассказывает 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».

«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.

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