Астероидные страхи и их разоблачение

[fonzeppelin]

Вчерашнее сообщение, что китайцы готовят собственное испытание системы перенаправления опасных астероидов – то есть собираются ударить по небольшому астероиду скоростным зондом-импактором, чтобы затем оценить, как изменится орбитальное движение астероида – вызвало очередное буйство параноидальных страхов. Как и в предшествующем случае с запуском американского зонда-импактора DART (англ. Double Asteroid Redirect Test – Тестирование Отклонения Двойных Астероидов), граждане, не особенно понимающие о чем идет речь, и судящие об астероидах в основном по голливудским фильмам-катастрофам, напропалую ударились в панику.

Среди высказываемых опасений наиболее популярны:

* Что от эксперимента астероид может сойти с орбиты и врезаться в Землю

* Что от эксперимента астероид может расколоться, и его обломки разлетятся во все стороны (и врежутся в Землю)

* Что злокозненный Доктор Зло воспользуется этой технологией, чтобы направить астероид в Землю

И поскольку терпеть это буйство эффекта Даннинга-Крюгера нету сил, я решил в меру возможностей разложить все по полочкам.

А вдруг от удара безвредный астероид сорвется с орбиты и станет опасным?

Краткий ответ: энергии удара зонда и близко для такого не хватит.

Чтобы астероид мог угрожать столкновением с Землей, он должен пересекать орбиту Земли. Астероид, который не пересекает орбиту Земли, столкнуться с ней не сумеет даже теоретически.

Для испытания системы отклонения астероидов выбираются такие «мишени», которые гарантированно не пересекают орбиту Земли. Разница в орбитальных параметрах между «мишенью» и Землей попросту слишком велика, чтобы то ничтожное изменение, которое внесет в орбитальное движение астероида удар зонда-импактора, превратило бы астероид в угрозу.

Астероиды не просто “висят” в пустоте – они движутся по своим орбитам вокруг Солнца, и удерживаются на этих орбитах инерцией своей исполинской массы. Сдвинуть их с места очень непросто. Удар крошечного зонда изменит орбитальную скорость астероида от силы на сантиметры (а то и миллиметры) в секунду. Для того, чтобы заставить астероид-«мишень» пересечь орбиту Земли – сделаться угрожающим - нужны изменения в миллионы раз большие.

Но как же такое крошечное изменение сумеет отклонить опасный астероид?

Задача противо-астероидной системы именно что двигать угрожающие Земле астероиды, так, чтобы они в Землю не попали. Неужели такое крохотное изменение орбитальной скорости — сантиметры, а то и миллиметры в секунду! — достаточно, чтобы увести от Земли опасный астероид?

Краткий ответ: да, этого вполне достаточно, потому что столкновение астероида с Землей требует очень-очень точного совпадения.

Чтобы столкнуться с Землей, астероид должен не просто пересекать земную орбиту: он должен пересечь земную орбиту ровно в тот момент, когда Земля будет находиться в точке пересечения. Иными словами, астероид и Земля должны в одно и то же время оказаться в одной и той же точке своих громадных орбит (для понимания порядка величин – длина орбиты Земли составляет около 930.000.000 километров).  Вероятность такого совпадения крайне мала, и требует, чтобы множество параметров сошлись с очень-очень высокой точностью.

А это значит, что даже небольшого изменения орбитальной скорости опасного астероида хватит, чтобы тот «опоздал» в точку встречи с Землей — промахнувшись на сотни тысяч, а то и миллионы километров.

Допустим, мы изменили орбитальную скорость астероида всего на 1 сантиметр в секунду (0,01 м/с). Казалось бы, немного — но в году 31.536.000 секунд. Накопившееся за год отклонение астероида составит уже 315 километров. За десять лет — 3154 километра. На практике, отклонение будет значительно больше, поскольку изменение орбитальной скорости астероида изменит и форму его орбиты вокруг Солнца. Изменит незначительно — но в масштабах миллионов и миллиардов километров пути, такое изменение будет достаточно ощутимо.

Что если астероид от импакта развалится?

Краткий ответ: ничего плохого, а то и к лучшему.

Если астероид от импакта развалится (что вполне вероятно: по современным данным, полученным от близкого изучения ряда астероидов, они представляют собой не летающие скалы, а, скорее, рыхлые комья из слипшихся валунов, щебенки и льда), его обломки не разлетятся по всей Солнечной Системе этакой космической картечью. Нет, они продолжат двигаться примерно по той же самой орбите, постепенно расползаясь во все более разреженное облако. Их инерция ведь никуда не девалась, удар импактора повлиял на нее лишь незначительно. А Космос очень большой.

Отметим также, что раздробить угрожающий астероид на кучу мелких обломков — весьма эффективный способ нейтрализовать угрозу столкновения. Земля обладает очень даже неплохим «щитом» из атмосферы, в котором мелкие обломки (пусть даже совокупно обладающие значительной массой) просто сгорят без вреда. Крупные астероиды опасны именно тем, что благодаря размерам и массе, они могут преодолеть атмосферу, не рассеявшись в ней шлейфом плазмы.

Но что если некий Доктор Зло решит применить технологию отклонения астероидов, чтобы умышленно направить астероид к Земле?

Краткий ответ: сделать это на много-много порядков сложнее, чем отклонить астероид от Земли.

Заставить астероид промахнуться мимо Земли легко. Нам нужно просто чуть-чуть изменить его орбитальную скорость, при этом нам не нужна ни идеальная точность ни идеальная направленность воздействия.

Заставить же астероид столкнуться с Землей потребует чрезвычайно точно изменить его орбитальную скорость в строго определенных параметрах. Одним импактом это практически наверняка сделать не получится. Потребуется множество зондов-импакторов, последовательно наносящих удары по астероиду, с тщательным анализом последствий каждого столкновения, чтобы добиться необходимой точности изменения орбиты.

Учитывая, что после первого же импакта абсолютно все на Земле догадаются, что происходит — нетрудно понять, что незадачливого Доктора Зло сотрут в порошок недовольные соседи задолго до того, как его астероидный план хотя бы начнет приближаться к завершению. И помешать этому плану будет тоже элементарно: достаточно нанести по астероиду «внеплановый» удар в произвольном направлении, чтобы все (дорогостоящие) усилия Доктора Зло пошли прахом.

Если хотите аналогию, представьте что снайпер пытается поразить из винтовки спичку, установленную на крыле выписывающего фигуры высшего пилотажа самолета в десятке километров от снайпера. Представьте себе титанические усилия, которые необходимы снайперу, чтобы прицелиться в такой ситуации. А теперь представьте, что для того, чтобы помешать снайперу сделать этот супер-точный выстрел, нам достаточно просто отвесить винтовке (или снайперу) несильного пинка в произвольном направлении...

Comments

[forest1333.livejournal.com]

По-моему мы быстрее сами себя поубиваем, чем в нас врежется астериод. А Доктору Зло вообще можно не заморачиваться с этой космической хераборой, когда на Земле есть столько ядерного оружия, чтобы разнести нас на куски.

[fonzeppelin.livejournal.com]

Да нет, общий мегатоннаж сейчас примерно в пятьдесят раз меньше, чем был на пике Холодной Войны. Крупные мегатонные бомбы попросту не слишком эффективны. Закон обратных квадратов не обмануть, и несколько небольших зарядов обеспечивают большую площадь поражения, чем одна массивная супербомба. Поражение же подземных бункеров (для чего, собственно, и создавались 20-25-30-мегатонные бомбы) оказалось проще осуществлять, повышая точность попадания обычных 100-500 килотонных боеголовок.

[vashu11.livejournal.com]

> Закон обратных квадратов не обмануть

Обратных кубов.

[vladicusmagnus.livejournal.com]

+

[Саша Пахомов (from livejournal.com)]

Так Лем о том и писал в своём фирменном стиле: обнаружить жизнь-очень просто по исчезновению ещё одной экзопланеты:)) Кажись, в Кибериаде было.

[mad-lawyer.livejournal.com]

Самая большая опасность — астероид собьет импактор и/или откроет ответный огонь.

[fonzeppelin.livejournal.com]

Не, я тут рассматривал обычную паранойю, не фантастическую)))

[Михаил Салтыков (from livejournal.com)]

Попрошу. По сравнению со страхами людей у которых "закон сохранения импульса в вакууме работает по-другому"(с) один чел на автортудее гипотеза того что астероид является артефактом ВЦ с системой самообороны — научная. Да оно и без всяких сравнений научная ибо критерий фальсифицируемости проходит — эксперимент прямо сейчас проводится.

[rawich.livejournal.com]

Причём ответный огонь могут открыть прямо с Земли. "А я вам сейчас покажу, откуда на астероид готовилось нападение..."(с)

[fonzeppelin.livejournal.com]

Чего-чего?

[rawich.livejournal.com]

Уронить астероид на Землю — очень сложно, а вот обвинить в таких намерениях и атаковать под этим предлогом — наоборот, очень просто.

[fonzeppelin.livejournal.com]

(задумчиво) Интересный сюжетный ход, конечно, но реально есть сомнения в реализуемости. Натяжка уж очень сильная, особенно с учетом, что параметры движения астероида полностью известны.

[john-jack.livejournal.com]

Атаковать того, у кого есть даже намёки на возможность "уронить астероид" (в виде атомных бомб со средствами доставки), весьма череповато. У кого намёков нет, того проще обвинить в менее фантастическом чём попало.

[lt-saavik.livejournal.com]

*шёпотом*: приплетение...

[lilibay.livejournal.com]

ну а если ядерный заряд приземлить на астероид?

[fonzeppelin.livejournal.com]

Импульс будет существенно сильнее, да. Особенно если использовать заряды-пенетраторы, способные заглубиться в толщу перед взрывом. В этом случае будет мощный выхлоп плазмы и газов с поверхности астероида, создающий значительную реактивную тягу.

[midzenis.livejournal.com]

А если перед этим выдать тайконавту Оскар — сила импакта увеличивается пропорционально диаметру груди дающей награду!

[vladicusmagnus.livejournal.com]

Трогать что то менее 1 километра диаметром и плотностью хотя б в 5 тонн на кубометр (я не говорю про 8 тонн на куб железно-никелевые) бесполезно от слова вообще, а для таких понадобиться столько энергии, в общем, столько же, сколько что бы и вывести на орбиту такой вес. Причем, крайне строго и в точно заданной точке орбиты. Последний раз когда я считал, там что то за 900 гигатонн выходило. Сам понимаешь, реальность.

[0mogol0.livejournal.com]

Допустим, мы изменили орбитальную скорость астероида всего на 1 сантиметр в секунду (0,01 м/с). Казалось бы, немного — но в году 31.536.000 секунд. Накопившееся за год отклонение астероида составит уже 315 километров. За десять лет — 3154 километра.

хмм... ну с точки зрения испытаний это неплохо, но вроде бы я слышал, что сейчас от обнаружения до столкновения могут проходит несколько месяцев, но не лет.

[fonzeppelin.livejournal.com]

Ну, скажем так — иметь систему защиты от уже известных опасных астероидов УЖЕ неплохо, согласитесь?

Насчет же "незнакомцев" — да, с ними проблемы куда серьезнее. Самое худшее, что за последние годы мы выяснили, что астероиды могут прилетать и вообще из межпланетного пространства — то есть без "предварительных заходов" и с совершенно неожиданных направлений. Против таких, конечно, какие-то шансы могут дать только атомки, причем много и мощных.

Тут все именно что зависит от обнаружения: если опасный астероид замечен хотя бы за несколько месяцев, то вполне можно в авральном темпе запульнуть к нему достаточно ядерных боеголовок, чтобы предотвратить столкновение. Так, например, за один 2021-ый год было выполнено 135 успешных пусков ракет-носителей. Из них 82 — в среднем/тяжелом весе, способном направить минимум один ядерный заряд на Вторую Космическую. Предполагаю, что если приспичит, темпы пусков могут быть минимум удвоены. 160-200 зарядов мегатонного класса по астероиду... вполне достаточно для отклонения.

[igor-sabadah.livejournal.com]

Хорошая идея для сюжета НФ романа, люди обнаруживши астероидную угрозу напряглись, построили множество ракет, выгребли все запасы ЯО потратили его против астероида и тут как чертик из коробочки налетели инопланетяне и взяли Землю без боя все ресурсы то на спасение планеты ушли... А астероид и телеметрия были фантомом, который сляпали в Голливуде и NASA парочкой талантливых пограмистов, и ни одна бомба даже не сработала.

[spamsink]

"А вдруг у нас ошибка в вычислениях, и на самом деле до удара астероид слегка промахивался, а после удара, наоборот, попадёт в Землю?"

[f-nor.livejournal.com]

Любой зонд, подлетая к астероиду, выполнит оценку его положения. Орбиту(базовую и скорректированную) пересчитают, ошибка уйдёт. А ещё лучше не экспериментировать с такими, а пролетать мимо них к тем, чья орбита известна достаточно точно и от Земли проходит далеко.

[spamsink]

Вопрос, понятное дело, не про тесты, а про предполагаемое реальное применение.

[f-nor.livejournal.com]

Боевое применение затруднено. В последнем абзаце ТС хорошо расписал почему. Потребуется значительные усилия по ведению астероида на части орбиты, чтобы попасть не просто в Землю, а в нужную точку на поверхности. И в силу особенностей динамики в солнечной системе, для удара будет доступна только небольшая часть узкой и длинной полоски для каждого конкретного астероида. Выйти за пределы этой полоски будет на несколько порядков труднее, чем попасть в нее. Попасть же в нее будет на несколько порядков труднее, чем не попасть.

[fonzeppelin.livejournal.com]

Именно.

[vakhnenko.livejournal.com]

1) В нынешних тестах это невозможно, как пояснил выше автор.
2) При "боевом" применения вероятность указанного вами сценария крайне мала.

[spamsink]

1) Вопрос не про тесты, а про предполагаемое "боевое" применение.
2) Я знаю; просто упомянул ещё одно популярное опасение (поэтому кавычки в моём комменте).

[kvakosavrus-q.livejournal.com]

С первой половиной согласен, со второй нет.
Астероиды непременно будут использоваться, направить его куда надо можно, если озаботиться заранее
Отклнить тоже можно, но тут уже вопрос кто пнет последним )

[fonzeppelin.livejournal.com]

Понимаете, чтобы отклонить — достаточно одного пинка в произвольном направлении. Чтобы нацелить — нужно много тщательно нацеленных пинков. Отклонить проще)

[midzenis.livejournal.com]

Так вы еще не рассмотрели вероятность попасть куда-то на поверхности Земли (а ну да — просто остановим ее кручение другими зарядами на планированный момент контакта с метеоритом, план точен как швейцарские часы).
Ненене. Только тектоническое орудие, только хардкор и матушка Земля, нинадо тутеть иннометеоритцев!

[fonzeppelin.livejournal.com]

С точностью довольно... плохо. Теоретически можно прицелиться с точностью до полушария, но более точное прицеливание потребует уже не отдельных импактов, а двигательной системы (масс-драйвера, например)

[midzenis.livejournal.com]

Сначала д0ждёмся тайконаффтов с Оскаром а там уже полегче будет с расчетами (на Лао-Дзи-Си квантого-вероятностным вычислителем, разумеется).

[a-telepin.livejournal.com]

Несколько оффтопично — "Кометы Оорта" Фредерика Пола читали? Но там поставки комет для терраформинга Марса были поставлены на поток.

[fonzeppelin.livejournal.com]

Нет, спасибо за совет — почитаю!

[breckenridge86.livejournal.com]

Спасибо, отлично всё объяснили

[fonzeppelin.livejournal.com]

Пожалуйста)

[vladicusmagnus.livejournal.com]

Это ты очень и очень упростил по цифрам. И кое где знатно оплошал. Смотри, мы бьем импактером по вектору движения спутника. Тогда проблема не в скорости, а в ускорении. А как ты знаешь, всё в космосе падает с той или иной скоростью. Сие и есть невесомость. И выходит что даже изменение на 1 мм/с/с будет. То есть каждую секунду он будет отставать на 1 мм больше чем в предыдущую. Ты квадрат посеял )))

[fonzeppelin.livejournal.com]

Эм, постоянное ускорение требует постоянного приложения силы. Удар импактора — разовое событие.

[vladicusmagnus.livejournal.com]

Хрен там с два. Там формула позаковыристей. Но что в итоге промах будет в миллион км — факт. Но при достаточном времени. Правда, не факт что в следующий раз тебе ж влоб он же не прилетит.