Космический таран

Космический аппарат НАСА DART 26 сентября должен достичь астероида Дидим и столкнуться с его спутником — Диморфом. Это первое в истории испытание техники кинетического удара с использованием космического корабля для изменения траектории движения небесных тел. После этого станет ясно, насколько эффективна такая стратегия для защиты от потенциально опасных астероидов, приближающихся к Земле.

Проект DART (Double Asteroid Redirection Test) реализует НАСА в сотрудничестве с коллегами из Европейского космического агентства и учеными Лаборатории прикладной физики американского Университета Джонса Хопкинса. Космический аппарат запуcтили 24 ноября 2021-го с базы военно-космических сил Ванденберг в Калифорнии. Его цель — двойная астероидная система, состоящая из основного тела Дидим диаметром примерно 780 метров и вращающегося вокруг него спутника Диморф размером 163 метра. По расчетам ученых, DART достигнет их 26 сентября.

Основной аппарат, летящий со скоростью 24 тысячи километров в час и выполняющий роль кинетического импактора, столкнется с Диморфом. А отделившийся малый спутник LICIACube Итальянского космического агентства (ASI) будет документировать событие с помощью бортовой камеры и отправлять на Землю изображения шлейфа выброса. Через три дня после столкновения LICIACube снова пролетит над системой Дидим и еще раз заснимет оба астероида.

Наблюдения с помощью наземных телескопов — Lowell Discovery (LDT) в штате Аризона и других — позволят оценить изменение траектории движения Диморфа. Сейчас спутник вращается вокруг основного астероида по орбите радиусом 1,1 километра с периодом 11,9 часа, а вместе они — вокруг Солнца на расстоянии 1,0-2,3 астрономической единицы с периодом 770 дней. После удара орбитальный период Диморфа должен уменьшиться примерно на десять минут, в результате чего изменится траектория всей системы.

Дидим относится к околоземным астероидам. В эту группу попадают объекты, которые в обозримом будущем могут приблизиться к Земле на расстояние, меньшее или равное 0,05 астрономической единицы, или 7,5 миллиона километров. Все они считаются потенциально опасными. На минимальную дистанцию в 7,18 миллиона километров астероид подходил в ноябре 2003-го. В 2123-м должно произойти еще более тесное сближение — до 5,9 миллиона километров. Для сравнения: расстояние до Луны — около 384 тысяч километров.

Вероятность того, что Дидим столкнется с Землей, — практически нулевая. В качестве мишени для эксперимента его выбрали потому, что это самый доступный для космических аппаратов околоземный астероид. Для перехода с околоземной орбиты на траекторию сближения с ним нужно изменить скорость всего на 5,1 километра в секунду, в то время как даже для достижения Луны — на 6,0 километра в секунду. Кроме того, он схож по строению с двойным астероидом 1999 KW4, который 25 мая 2019-го пролетал на расстоянии 5,2 миллиона километров от Земли.

Тем не менее теоретически всегда может появиться ранее неизвестный космический объект с опасной траекторией. Ученые надеются, что эксперимент поможет понять, какой импульс удара необходим, чтобы отклонить реально направляющийся к Земле астероид, если такой вдруг обнаружат.

Чтобы 19-метровый космический аппарат смог попасть в небесное тело, которое всего в несколько раз больше него, разработали сложную систему оптической навигации, главный элемент которой — закрепленная на космическом корабле камера высокого разрешения DRACO (Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for Optical Navigation). Используя ее наблюдения, команда проекта будет корректировать траекторию полета каждые пять часов.

Финальную проверку камера прошла 27 июля, когда передала на Землю изображения двойной системы астероидов, сделанные с расстояния 32 миллиона километров. Объединив с помощью компьютерной программы 243 снимка, ученые впервые "увидели" фрагмент неба глазами космического корабля и определили местоположение целевого объекта.

"Пока качество изображений примерно такое же, как с наземных телескопов. Но важно, что DRACO работает правильно и видит цель. А значит, мы можем внести необходимые корректировки, прежде чем начнем использовать эти снимки для управления космическим кораблем в автономном режиме", — приводятся в пресс-релизе НАСА слова Елены Адамс, системного инженера миссии DART в Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса.

Заключительную корректировку навигационная группа хочет произвести 25 сентября, примерно за сутки до удара, когда аппарат будет примерно в двух километрах от Диморфа. Затем включится автономная система наведения. Планируют, что камера DRACO будет работать вплоть до окончательного разрушения аппарата и зафиксирует момент столкновения.

Аналогичная камера, установленная на американской автоматической межпланетной станции "Новые горизонты", передала первые изображения системы Плутона и Аррокота — одного из астероидов пояса Койпер, — сделанные крупным планом.

По расчетам ученых, из-за удара появится кратер и высвободится астероидный материал, часть которого выйдет за пределы системы Дидим — Диморф. В момент события двойной астероид будет всего в шести миллионах километров от нашей планеты, поэтому какое-то количество выброшенного материала упадет на Землю, вызвав первый искусственно созданный метеоритный дождь. Отдельные обломки могут столкнуться в околоземном пространстве с космическими аппаратами и спутниками.

Чтобы оценить риски, швейцарские ученые с помощью цифрового моделирования просчитали несколько вариантов столкновения — в зависимости от состава и плотности небесного тела.

"Астероиды принято представлять как плотные тела, — объясняет ведущий автор работы Сабина Радукан из Института физики и Национального центра космических исследований и планетологии PlanetS Бернского университета. — Однако данные миссий, таких как "Хаябуса-2" Японского агентства аэрокосмических исследований, демонстрируют, что внутренняя структура у них бывает очень рыхлой — похожей на груду щебня, которая удерживается вместе гравитационным взаимодействием и слабыми силами сцепления".

В таком случае, по расчетам авторов, удар DART, вместо того чтобы оставить относительно небольшой кратер диаметром около 160 метров, может существенно деформировать Диморф. Тогда астероид отклонится гораздо сильнее и выброшенного материала будет значительно больше, чем предполагали. Это грозит серьезными последствиями для безопасности космических аппаратов — как беспилотных, так и пилотируемых.

Правда, результаты моделирования показывают, что только обломки, обладающие максимальной скоростью, достаточно быстро окажутся на траектории, пересекающейся с Землей. Основная же часть материала, выброшенного в результате столкновения с DART, достигнет нашей планеты только через несколько тысяч лет. К тому времени это будут очень слабые потоки, сопоставимые с общим метеоритным фоном Солнечной системы.