Як NASA хоче зішхтовнути астероїд та випробувати технологію врятування людства

До запуску DART, космічного корабля, який повинен змістити зі своєї орбіти астероїд Діморф, залишився майже рік. Зараз корабель знаходиться у Лабораторії фізики коледжу Джона Хопкінса в американському штаті Меріленд.

Табло, встановлене поруч з DART (Double Asteroid Redirection Test, випробування перенаправлення подвійного астероїда), відраховує дні до запуску корабля. Зараз їх залишилося 350.

Ціль проекта DART — зіткнення з подвійним астероїдом Дідім-Діморф. Воно змінить швидкість астероїда приблизно на один міліметр на секунду або на 3 метри на годину. Дідім-Діморф не становить загрози для Землі — орбіта астероїда не проходить через нашу орбіту, зіткнення потрібно для того, щоб випробувати технологію ухилення орбіти потенційно небезпечного астероїда.

До 1980 року астрономи визначили орбіти близько 10 000 астероїдів, 51 з них періодично зближуються з Землею. До нашого часу число виявлених астероїдів збільшилося до 800 000, з яких 24 000 перетинаються із земною орбітою. Переважна більшість з них була виявлена після 1998 року, коли Конгрес США дав NASA 10 років на пошук кожного об’єкта діаметром більше одного кілометра і які періодично зближаються із Землею. Зараз астрономи вважають, що вони виявили близько 95% масивних навколоземних астероїдів, які можуть знищити людство.

Земля проходить відстань рівну своєму діаметру за сім хвилин. Якщо час прольоту астероїда змінити приблизно на 10 хвилин, він може минути Землю (додаткові три хвилини потрібні для урахування впливу сили тяжіння нашої планети). Діаметр Дідіма становить 800 метрів, діаметр Діморфа — усього 150 метрів, це довжина невеликого стадіону. Радіус орбіти Діморфа навколо Дідіма — трохи більше кілометра.

У 2005 році Конгрес дав NASA нову вказівку ​​каталогізувати всі об’єкти, які зближуються із Землею, діаметром понад 140 метрів. Їхній вплив може бути скоріше катастрофічним, ніж апокаліптичним. Через 11 років NASA створило Робочу групу з координації планетарного захисту для організації діяльності незліченних американських та світових компаній, які будуть мобілізовані у разі загрози падіння астероїда. DART — перша місія цієї групи.

«Ми не повинні ставати жертвами космосу», — говорить Ліндлі Джонсон, глава робочої групи. Зараз у DART дві мети: продемонструвати ефективну роботу з астероїдів і з’ясувати результати зміщення астероїда.

Ранні проекти передбачали використання двох кораблів: одного для зіткнення та іншого для спостереження і вимірювання результатів. Це виглядало єдиною можливістю для фіксації результатів, враховуючи, що з Землі за такою операцією спостерігати складно. До того ж, використання двох кораблів піднімало вартість проекту до 1 мільярда доларів.

План змінили у 2011 році завдяки головному науковому співробітникові фізичної лабораторії коледжа Джона Хопкінса, Енді Ченга. Полегшена місія з одним кораблем буде коштувати всього близько 250 мільйонів доларів, що й допомогло NASA узгодити проект DART. В результаті італійська компанія Area надала космічний корабель розміром із взуттєву коробку під назвою LICIACube. Він дозволить спостерігати за зіткненням без підвищення вартості польоту.

Для спостереження за зіткненням з Землі буде застосовуватися спосіб, який використовують для відкриття екзопланет. Орбіта Діморфа проходить перед Дідімом при погляді з Землі, тому, за допомогою наземних телескопів, «можна зробити гранично точне вимірювання орбіти», — говорить Ченг.

«Орбіта Діморфа навколо Дідіма більше схожа на годинник, — каже Том Стетлер, науковий співробітник місії DART у штаб-квартирі NASA. — Кожні 12 годин він ходить по колу, весь час однаково. Те, що ми робимо з DART — це як удар по годиннику».

Все, що потрібно зробити астрономам — це виміряти, наскільки швидко цокає годинник, потім вдарити, а потім виміряти ще раз. Астрономи розраховують, що орбітальний інтервал зміниться приблизно на 10 хвилин, або трохи більше ніж на 1%.

Як NASA хоче зішхтовнути астероїд та випробувати технологію врятування людства

Як NASA хоче зішхтовнути астероїд та випробувати технологію врятування людства

Цього достатньо, щоб дозволити оцінити головне питання — ефективність передачі імпульсу, яка зазвичай позначається грецькою буквою β. Це міра того, наскільки велика частина імпульсу космічного корабля передається астероїда. Чим більша β, тим ефективнішим буде DART в зміні курсу Діморфа. Вчені зможуть проаналізувати цей показник, поєднавши дані спостережень LICIACube та DART, а також припущення про густину астероїда та його масу.

Потім робоча група планує зіставити інформацію, яку позбирає DART, з комп’ютерним моделюванням аналогічної ситуації. Це дозволить їм більш точно розрахувати потужність снаряда для відхилення з курсу гіпотетичного астероїда, що прямує до Землі.

DART також послужить випробувальним полігоном для нових двигунів, конкретніше — іонного двигуна NEXT-C. Місія могла б спокійно покластися на стандартні хімічні ракети, але іонні двигуни, що використовують електричну енергію, набагато більш безпечні для навколишнього середовища, ніж їхні хімічні аналоги. Маючи всього кілька сотень кілограмів палива, вони дадуть те, на що потрібні десятки тисяч кілограмів гідразину.

Подорож з Землі до Дідіма займе 14 місяців. DART запустять з ракетою Falcon 9 з авіабази Ванденберг на узбережжі Каліфорнії, в 130 милях на північний захід від Лос-Анджелеса. В той момент астероїди будуть в найближчому своєму становищі до Землі — майже в 11 мільйонах миль, що приблизно в 30 разів далі за Місяць. Траєкторія була розроблена з урахуванням зручності спостереження за польотом з Землі.

За тридцять днів до зіткнення система SMART Nav почне вивчення астероїдів, щоб вразити Діморф. Корабель наблизиться до астероїдів зі швидкістю 24 000 км/год.

Кінетичні ударні механізми, такі як DART, — не єдиний спосіб змістити небезпечний астероїд. У NASA також задумували підірвати ядерну бомбу поруч з астероїдом, але цей спосіб створює небезпеку дроблення астероїда на безліч осколків, деякі з яких можуть впасти на землю. Є також варіант буксира або гравітаційного тягача, який виведе небесне тіло з орбіти під дію власної гравітації. Кожен з цих альтернативних варіантів технічно більш складний, ніж кінетичний ударний механізм, такий як DART.

Якщо все піде гладко, DART стартує наприкінці липня 2021 року. 30 вересня 2022 року він швидше за все припинить своє існування, впавши на поверхню Діморфа.