Сюжет фильма «Армагеддон»:
К Земле летит астероид! Брюс Уиллис высаживается на него и закладывает водородную бомбу…

Сюжет фильма «Армагеддон-2»:
Теперь к Земле летит астероид с водородной бомбой!

Анекдот

Враждебное окружение

Космос не так уж пуст. Астрономы уже обнаружили сто миллионов малых тел, а предполагаемое количество астероидов и метеороидов «калибром» свыше двадцати метров достигает шестисот миллионов. И каждый из них способен при столкновении с Землёй вызывать большие разрушения, чем 17-метровый челябинский «снаряд», взрыв которого был эквивалентен «всего-то» 400 килотоннам тротила.

К счастью, большинство крупных астероидов вращается за орбитой Марса. Наибольшее беспокойство вызывают малые тела групп Аполлона, Атона и Амура, чьи орбиты пересекают земную.

К Аполлонам принадлежал «при жизни» Челябинский метеорит 2013 года (фото: Константин Кудинов CC BY-SA 3.0). Эта группа насчитывает уже свыше пяти тысяч тел

Атонов обнаружено всего восемьсот, и столкновение с ними возможно, лишь когда Земля находится в перигелии — на минимальном расстоянии от Солнца. Но они коварны — подкрадываются со стороны светила, появляясь на звёздном небе только сразу после заката или на рассвете. Амуры, угрожающие планете в момент прохождения афелия (максимального расстояния от Солнца), видно хорошо, но увиденное не радует.

Если аполлоны и атоны – мелочь, то среди 3600 уже открытых астероидов группы Амура диаметр четырёх тел превышает десять километров, а одно — (1036) Ганимед — достигает аж тридцати двух километров в поперечнике.

Эрос, один из крупнейших Амуров, получил своё название за… необычную форму (фото: NASA)

Несколько тысяч астероидов признаны «потенциально опасными». И перечень наверняка не полон. Сколько ещё не найденных! Сколько комет скрывается на границах системы, миллионами лет выжидает далеко за пределами досягаемости земных телескопов, чтобы в свой срок ринуться к Солнцу, ускоряясь в свободном падении!

Космос полон сюрпризов.

Мониторинг

Избежать сюрпризов позволила бы служба контроля космического пространства, разговоры о создании которой ведутся с 1990-х годов. Но пока у нас есть лишь один из важнейших компонентов системы. Современные телескопы позволяют быть уверенными, что тела поперечником свыше ста пятидесяти метров, находящиеся между орбитами Меркурия и Марса, не останутся незамеченными.

Для обнаружения астероидов, подлетающих со стороны Солнца, понадобятся телескопы, размещённые, подобно аппарату Кеплер, не на земной, а на гелиоцентрической орбите (графика: NASA)

Однако этого мало. Во-первых, разрешение требуется повысить на порядок, чтобы отслеживать и меньшие объекты. Ведь главную опасность представляют именно мелкие снаряды, подобные Челябинскому, взрывающиеся в земной атмосфере примерно раз в десять лет.

Во-вторых, сами по себе наземные и орбитальные обсерватории, автоматически выслеживающие в звёздном небе подвижные источники света и теплового излучения, не слишком полезны. Вычислительные центры не справляются с лавиной данных. Даже в общих чертах орбиты удаётся рассчитать менее чем для одной сотой обнаруженных тел. И пока нет оснований надеяться, что прогресс электроники решит проблему. В астрономии объём необходимых расчётов растёт быстрее производительности счётных машин!

Бомбардировку астероидов осложняют их сложный рельеф и быстрое вращение. Взрыватель может не успеть среагировать на хаотические изменения расстояния до поверхности

Для создания эффективной противоастероидной обороны человечеству в первую очередь понадобится более совершенная математика. За последние два века все науки совершили фантастический рывок вперёд — кроме математики, во многом оставшейся на уровне XIX столетия и уже не отвечающей запросам естественных дисциплин.

Даже задача о гравитационном взаимодействии трёх тел, за исключением частных случаев, имеет лишь приблизительное решение. Астероид же взаимодействует одновременно со многими источниками гравитации. Поэтому для малых тел Солнечной системы возможен только примерный расчёт траекторий.

Космические скалы то и дело «теряются», оказываясь совсем не там, где их ждали. Орбиты астероидов неустойчивы и могут внезапно измениться. Например, движение Таутатиса – вытянутого астероида, вероятно, состоящего из двух слабо связанных тел длиной в два с половиной километра, — астрономы именуют «хаотическим». Одновременно находясь в резонансе и с Землёй, и с Юпитером, астероид ведёт себя непредсказуемо.

Подобные Таутатису резонансные (то есть обращающиеся с периодом, кратным периоду обращения Земли) астероиды не могут столкнуться с нашей планетой

Даже если угрожающее Земле тело своевременно обнаружено, точность расчётов пока позволяет говорить лишь о той или иной вероятности столкновения. А этого мало. Ведь гипотетическая возможность катастрофы — ещё не повод что-либо предпринимать. К тому же моменту, когда опасения превратятся в уверенность, может оказаться, что стрелять уже поздно.

Айсберги космоса

Пока обнаружено около четырёхсот комет с периодом обращения менее двухсот лет. Долгопериодические подсчитаны будут очень нескоро

Суммарная масса астероидов внутри орбиты Нептуна не превышает одной тысячной от массы Земли. А вот запас комет в облаке Оорта в несколько раз тяжелее нашей планеты. Эти «космические айсберги», состоящие из водяного, углекислотного, метанового и азотного льда, довольно велики. Диаметр появившейся в 1995 году кометы Хейла-Боппа достигал сорока километров.

Падения комет не так уж редки. Юпитер пережил два столкновения с ними всего за пятнадцать лет. В 1994 году на газовый гигант упала разорванная приливными силами на двадцать частей комета Шумейкеров-Леви. Взрывы мощностью до шести тысяч гигатонн, выбрасывавшие султаны газа на высоту трёх тысяч километров, продолжались шесть суток. А в 2009 году Юпитер без столь впечатляющих спецэффектов поглотил комету размером поменьше.

Кома, газовая оболочка приближающейся кометы, срывается солнечным ветром, вытягиваясь в гигантский хвост, который позволяет заметить грозного гостя издали. Но, увы, происходит это далеко не всегда. После нескольких витков комета покрывается коркой из спёкшейся пыли и перестаёт таять. Примером «выродившейся» кометы может служить пятикилометровый Фаэтон, путь которого пролегает мимо всех планет земной группы.

Перехват

Но вот астероид замечен, его орбита точно рассчитана, и установлено, что вероятность столкновения высока. Возникает вопрос, что теперь делать.

Фантасты предлагают два метода защиты от угрозы из космоса. В киноленте «Метеор» (1979) астероид Орфей поражается залпом баллистических ракет. В фильме «Армагеддон» (1998) на угрожающее Земле 20-километровое тело высаживается десант астронавтов и подрывает его изнутри термоядерным зарядом. В «Столкновении с бездной» (1998) одиннадцатикилометровую комету пытаются уничтожить как гигантской миной, так и тучей ракет.

Высадка десанта на астероид — задача не менее сложная, чем полёт на Марс. Если не сложнее (кадр из фильма «Столкновение с бездной»)

В реальности совершить мягкую посадку на космическое тело не так просто. Доставляющий сапёров корабль должен двигаться относительно Земли с той же скоростью, что и подлежащий уничтожению астероид, а эта скорость может доходить до 72 км/с. Для современных пилотируемых кораблей это пока слишком много.

Не удастся поразить астероид и обычными баллистическими ракетами, сконструированными для уничтожения неподвижных целей на поверхности Земли. Даже специальные противоракеты предназначены для перехвата боеголовок, летящих по космическим меркам очень медленно — со скоростью всего лишь 6,5–8 км/с. Причём для перехвата ракеты достаточно дистанции в километр.

Но астероид не разрушишь излучением и электромагнитным импульсом, а ударная волна не распространяется в пустоте. Расколоть или отклонить в сторону каменную гору удастся только прямым попаданием. И это нетривиальная задача. Существующие взрыватели не рассчитаны на срабатывание при столкновении снаряда с целью на таких гигантских скоростях.

В реальности героям фильма «Армагеддон», чтобы поместить бомбу внутрь астероида, пришлось бы проделать не скважину, а многокилометровую шахту

Ракеты придётся доработать. Но задача перехвата тел, обнаруженных за несколько месяцев и даже дней до столкновения, вполне разрешима. Помимо службы контроля космического пространства, включающей наземные и орбитальные телескопы, потребуется создать базы кораблей-перехватчиков на основе стратегических ядерных сил великих держав. От таких кораблей потребуется способность достигать второй космической скорости и постоянная готовность к старту.

А если не взрывать?

Могут существовать и «мягкие» методы противометеоритной обороны, без красочных взрывов и столкновений. Например, можно использовать эффект Ярковского — постепенное ускорение малых тел за счёт переизлучения полученного от Солнца тепла. Если на пути астероида распылить облако белого красителя, отражающая способность поверхности астероида повысится, и это приведёт к изменению орбиты.

Мягко отклонить небольшой астероид можно и бесконтактным методом «гравитационного буксира». Для этого достаточно, чтобы массивный корабль двигался параллельным курсом.

Управлять движением малого тела можно, разместив на его поверхности ионный двигатель. Но для этого нужно доставить с Земли на астероид тысячи тонн горючего и смонтировать на месте громоздкое оборудование. Изменить орбиту астероида может «солнечный парус», но и для его установки понадобится высадка космонавтов. Тяга же всё равно будет невелика и скажется очень нескоро.

Самым изящным, эффективным, но требующим удачи и чрезвычайно сложных вычислений приёмом будет «бильярд» — таран крупного тела меньшим, орбиту которого изменить куда проще. Даже стометровый астероид при встречном столкновении превратит десятикилометровую гору в щебень или гарантированно отклонит в сторону ещё более крупный снаряд. Но подходящий «шарик», способный после ядерного пинка оказаться в нужном месте в нужное время, потребуется заранее отыскать.

К сожалению, все «мягкие» методы очень затратны и неспешны, а последствия их непредсказуемы. Отклонить астероид не так сложно, как рассчитать, скажется ли это на вероятности его столкновения с Землёй. Поэтому уничтожение «противника» остаётся наиболее разумным вариантом.

Армагеддон

Могущество атома велико, но современными бомбами сокрушить астероид размером с Эверест не получится (кадр из фильма «Столкновение с бездной»)

Перехватывать, вероятнее всего, придётся тела диаметром от десятков до сотен метров. При удачном попадании одной боеголовки мощностью в полторы мегатонны должно хватить. Но следует понимать, что второй попытки не будет. Дистанция в двести тысяч километров — последний рубеж земной обороны. К тому времени, когда ракеты сблизятся с целью, до столкновения останется от одного до шести часов.

Эффект обстрела зависит от размеров, скорости и типа несущегося к Земле тела. Если скорость велика, а масса не слишком, есть шанс, что взрыв отведёт удар. Свою роль сыграет и порода, слагающая астероид. Боеголовка, способная распылить пятисотметровую глыбу хондрита, осилит оливиновый монолит лишь диаметром вдвое меньше, а железо-никелевый слиток — не более чем сто метров в поперечнике.

Тело размером с Челябинский и даже Тунгусский метеороиды термоядерный заряд, скорее всего, просто превратит в пыль. Более крупной проблемой станет приближающееся тело диаметром свыше километра. Казалось бы, что может быть проще? Выпустить по большой цели две-три ракеты — и так до победного конца. Но организовать одновременную бомбардировку несколькими ракетами крайне трудно. Уже после первого взрыва цель отклонится и окутается завесой мелких осколков.

Самым опасным астероидом многие считают Апофис. Для него рассчитаны возможные зоны падения — многие из них приходятся на Россию

В теории самые мощные ракеты-носители могут доставить к цели заряд мощностью в тридцать мегатонн, который при попадании оставит одно воспоминание от полуторакилометровой горы. Но все такие ракеты криогенные, то есть используют в качестве горючего сжиженный газ, а значит, требуют длительной подготовки к старту. Кроме того, едва ли боеприпасы, используемые раз в миллион лет, будут храниться на складах. А значит, сверхмощный фугас и специальную противоастероидную боеголовку с разгонным блоком, системами связи и наведения придётся спешно изготовить.

Но что, если случится промах? Даже близкий взрыв не принесёт пользы. Частичное испарение астероида создаст небольшую реактивную силу, но ведь снаряд уже находится в гравитационной яме Земли! Если скорость тела велика, оно, возможно, отклонится, зацепит верхние слои атмосферы и уйдёт. Если же астероид «медленный», догоняющий планету, катастрофы не избежать.

Обломки взорванного метеорита могут долететь до Земли. Но даже десяток кратеров будет меньшим злом, чем столкновение с глыбой, способной проломить земную кору (кадр из фильма «Армагеддон»)

И даже поразив астероид, боеголовка лишь раздробит его. Каменная громада превратится в сноп обломков, и бомбардировка Земли, ранее лишь вероятная, скорее всего, станет неизбежной. Мелкие осколки сгорят в атмосфере, но и стометровых уцелеет немало. А ведь камень, оставивший нам на память Аризонский кратер, имел всего пятьдесят метров в поперечнике! После подрыва большого астероида потребуется, как выражаются военные, «дострел» обломков. Так же, как и в случае промаха по небольшой цели.

Это задача посложнее, чем накрыть незваного гостя первым залпом. Во-первых, ракеты, сближающиеся с остатками астероида, могут погибнуть в столкновениях с мелкими осколками. Во-вторых, скорость опасных осколков всё ещё в разы выше скорости ракет. Поразить их можно, только заранее просчитав траекторию. Но времени на это не будет. До разрушения астероида о разлёте его обломков нельзя сказать ничего. «Дострел» должны будут осуществлять ракетные базы, постоянно дежурящие на орбите и вооружённые носителями сравнительно маломощных боеголовок.

Рудники на орбите

Разработка системы планетарной защиты потребует колоссальных затрат. Тем не менее, вложения в СПЗ, как и когда-то в «гонку вооружений», окупятся, ведь они пойдут на создание новых технологий. Умение изменять орбиты околоземных астероидов, а в перспективе и более массивных тел, в любом случае пригодится человечеству. Но не для того, чтобы отгонять космическую мелочь, а чтобы выводить астероиды на орбиту Земли.

Астероиды — это не только разрушительная мощь. Это ещё и тонны металлов. Обыкновенный хондрит состоит из железа на четверть и может считаться очень богатой рудой. А ведь есть цельнометаллические тела! Да и комета, если привести её на земную орбиту, может служить «танкером» и  десятилетиями снабжать космические корабли метаном и водой. Захваченные «космические рифы» могут стать неистощимым источником ресурсов для освоения Солнечной системы.

* * *

Большинство технических проблем, мешающих созданию противометеоритной защиты, преодолимы. Межпланетные станции уже настигали астероиды, совершая мягкую посадку. Доставить к цели необходимое количество ядерной взрывчатки вполне реально. Одновременно поразить ракетами цель нельзя, но десятки аппаратов могут мягко опуститься на поверхность астероида, чтобы затем произвести одновременный подрыв зарядов.

Труднее будет разобраться с проблемами политическими и финансовыми. Пока астероид не показался на горизонте, затраты на систему планетарной защиты выглядят неоправданными. И кто будет контролировать систему, которая может служить оружием массового поражения? Это вопросы посложнее, чем вычисление орбит.