Астероидная опасность

В качестве цели таких манёвров рассматривают перевод астероидов на орбиты, резонансные с орбитальным движением Земли, в частности с соотношением периодов астероида и Земли 1:1. Среди околоземных астероидов есть тринадцать, которые можно перевести на резонансные орбиты в указанном соотношении и при нижнем допустимом пределе радиуса перигея — 6700 километров. Для этого любому из них достаточно сообщить импульс скорости, не превышающий 20 м/с. Их список представлен в табл. 3, где указаны величины импульсов скорости, переводящих астероид на траекторию гравитационного манёвра у Земли, в результате которого период его орбиты становится равный земному, то есть одному году. Там же приведены максимальные и минимальные достижимые манёвром скорости астероида в его гелиоцентрическом движении. Интересно отметить, что максимальные скорости могут быть очень велики, позволяя в результате манёвра забросить астероид довольно далеко от Солнца. Например, астероид 2012 VE77 удастся отправить на орбиту с афелием на расстоянии орбиты Сатурна, а остальные — за пределы орбиты Марса.Таблица 3. Ключевые параметры перевода выбранных астероидов на резонансные орбитыПреимущество резонансных астероидов в том, что они возвращаются в окрестность Земли ежегодно. Это даёт возможность хоть каждый год отправлять космический аппарат c посадкой на астероид и доставлять на Землю образцы грунта, причём на возврат спускаемого аппарата на Землю почти не требуется тратить топливо. В этом плане астероид на резонансной орбите имеет преимущества относительно астероида на орбите, подобной лунной, как планируется в проекте Keck, поскольку он для возвращения требуют заметный расход топлива. Для беспилотных миссий это может стать решающим, но для пилотируемых полётов, когда необходимо обеспечить как можно более быстрое возвращение аппарата на Землю в аварийной ситуации (в течение недели или даже раньше), преимущество может оказаться на стороне проекта ARM.С другой стороны, ежегодное возвращение резонансных астероидов к Земле позволяет периодически проводить гравитационные манёвры, всякий раз изменяя их орбиту для оптимизации условий исследований. Орбита при этом должна оставаться резонансной, что несложно осуществить, совершая многократные гравитационные манёвры. Используя такой подход, можно перевести астероид на орбиту, идентичную земной, но немного наклонённую к её плоскости (к эклиптике). Тогда астероид станет сближаться с Землёй дважды в год. В семейство орбит, получаемых в результате последовательности гравитационных манёвров, входит орбита, плоскость которой лежит в эклиптике, но имеет очень больший эксцентриситет и, как у астероида 2012 VE77, достигает орбиты Марса.Если далее развить технологию гравитационных манёвров у планет, включающую построение резонансных орбит, то возникает идея использовать Луну. Дело в том, что гравитационный манёвр у планеты в чистом виде не позволяет захватить объект на орбиту спутника, поскольку при облёте планеты энергия его относительного движения не изменяется. Если же при этом он облетит естественный спутник планеты (Луну), то его энергию можно уменьшить. Проблема в том, что уменьшение должно быть достаточным для перехода на орбиту спутника, то есть начальная скорость относительно планеты должна быть невелика. Если это требование не выполнено, объект покинет окрестность Земли навсегда. Но если выбрать геометрию комбинированного манёвра так, что в результате астероид останется на резонансной орбите, то через год можно повторить манёвр. Таким образом, существует возможность захватить астероид на орбиту спутника Земли, применив гравитационные манёвры у Земли с сохранением условия резонанса и координированный облёт Луны.Рисунок 10. Семейство резонансных орбит для астероида 2012 VE77. Приведены эксцентриситет (е) и наклонение в градусах (i) для каждой орбиты. Очевидно, что отдельно взятые примеры, подтверждающие возможность реализации концепции управления движением астероидов с помощью гравитационных манёвров, не гарантируют решение проблемы астероидно-кометной опасности для любого небесного объекта, угрожающего столкновением с Землёй. Может случиться, что в конкретном случае не найдётся подходящего астероида, который можно на него направить. Но, как показывают последние результаты расчётов, проведённые с учётом самых «свежих» каталогизированных астероидов, при предельно допустимом импульсе скорости, необходимом для перевода астероида в окрестность планеты, равном 40 м/с, число подходящих астероидов составляет 29, 193 и 72 для Венеры, Земли и Марса соответственно. Они входят в список небесных тел, движением которых можно управлять средствами современной ракетно-космической техники. Список стремительно пополняется, поскольку в настоящее время открывают в среднем от двух до пяти астероидов в день. Так, за период с 1 по 21 ноября 2014 года открыто 58 околоземных астероидов. До сих пор на движение естественных небесных тел мы не могли влиять, но наступает новая фаза развития цивилизации, когда это становится возможным.4. ЗаключениеТекущей уровень развития техники таков, что эффективных способов защиты от астероидной опасности, особенно в случае, когда опасное тело в диаметре насчитывает километры, нет, поскольку не существует способов, позволяющих отвести объект от планеты. Единственное, что возможно – принять меры, дабы минимизировать вред населению. Если выявить тело за год и более, значит, хватит времени для создания укрытий под землей и над ней, формирования баз, запасов. Времени будет достаточно, чтобы изготовить защитные средства. Предположительно, уже в ближайшем будущем люди будут иметь достаточно эффективные и точные технологии, позволяющие предсказывать падение небесных тел. Как показали исследований, «ядерная зима» по причине падения десятикилометрового небесного тела, уже случившаяся однажды, длилась в пределах месяца. Впрочем, иные последствия, включая нарушение химического атмосферного состава, могут сохраняться более длительный срок. 5. Список литературыЖаров, В.Е. Сферическая астрономия / В.Е. Жаров. – М.: Век-2, 2006. – 480 с.Астрономический ежегодник на 2020 год / С.П.Б.: Наука.Михайлов В. С. Практическая мореходная астрономия : учебник для вузов / В. С. Михайлов, В. Г. Кудрявцев, В. С. Давыдов. – М.,2009. – 230 с.Красавцев Б. И. Мореходная астрономия : учебник для высших учебных заведений / Б. И. Красавцев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Транспорт, 1978. - 304 с.Астрономия. Базовый уровень. 11 класс. Учебник (авторы: Б. А. Воронцов-Вельяминов. Е. К. Страут).Ресурсы интернет:http://alivespace.ruhttps://ru.wikipedia.orghttps://fb.ru/article/457059/asteroidnaya-opasnost-prichinyi-sposobyi-zaschityi6. ПриложениеЗакон Боде (правило Тициуса — Боде, установленное в 1766 году немецким математиком Иоганном Тициусом и переформулированное в 1772 году немецким астрономом Иоганном Боде) описывает расстояния между орбитами планет Солнечной системы и Солнцем, а также между планетами и орбитами её естественных спутников. Одна из его математических формулировок:Ri = (Di + 4)/10, где Di = 0, 3, 6, 12 ... n, 2n, а Ri — средний радиус орбиты планеты в астрономических единицах (а. е.).Этот эмпирический закон выполняется для большинства планет с точностью до 3%, но, похоже, физического смысла не имеет. Есть, однако, предположение, что на стадии формирования Солнечной системы в результате гравитационных возмущений возникла регулярная кольцевая структура областей, в которых орбиты протопланет оказались стабильными. Позднейшее изучение Солнечной системы показало, что закон Боде, вообще говоря, далеко не всегда выполняется: орбиты Нептуна и Плутона, например, находятся гораздо ближе к Солнцу, чем он предсказывает (см. таблицу).Точки Лагранжа (L-точки, или точки либрации, от лат. Libration — раскачиваю) — точки в системе двух массивных тел, например Солнца и планеты или планеты и её естественного спутника. Тело существенно меньшей массы — астероид или космическая лаборатория — будет оставаться в любой из точек Лагранжа, совершая колебания небольшой амплитуды, при условии, что на него действуют только силы тяготения.Точки Лагранжа лежат в плоскости орбиты обоих тел и обозначены индексами от 1 до 5. Первые три — коллиниарные — лежат на прямой, соединяющей центры массивных тел. Точка L1 находится между массивными телами, L2 — за менее массивным, L3 — за более массивным. Положение астероида в этих точках наименее устойчиво. Точки L4 и L5 — треугольные, или троянские, — находятся на орбите по обе стороны от линии, соединяющей тела большой массы, под углами 60о от линии, соединяющей их (например, Солнце и Землю).Точка L1 системы Земля — Луна — удобное место для размещения обитаемой орбитальной станции, позволяющей космонавтам добраться до Луны с минимальными затратами топлива, или обсерватории для наблюдения за Солнцем, которое в этой точке никогда не заслоняется ни Землёй, ни Луной.Точка L2 системы Солнце — Земля удобна для постройки космических обсерваторий и телескопов. Объект в этой точке неограниченно долго сохраняет ориентацию относительно Земли и Солнца. В ней уже находятся американские лаборатории «Планк», «Гершель», WMAP, Gаia и др.В точку L3, по ту сторону от Солнца, писатели-фантасты неоднократно помещали некую планету — Противоземлю, которая то ли прибыла издалека, то ли была создана одновременно с Землёй. Современные наблюдения её не обнаружили.Эксцентриситет (рис. П1) — число, характеризующее форму кривой второго порядка (эллипса, параболы и гиперболы). Математически оно равно отношению расстояния любой точки кривой до её фокуса к расстоянию от этой точки до прямой, называемой директрисой. У эллипсов — орбит астероидов и большинства других небесных тел — имеются две директрисы. Их уравнения: x = ±(a/e), где a — большая полуось эллипса; e — эксцентриситет — величина, постоянная для любой данной кривой. Эксцентриситет эллипса меньше 1 (у параболы е = 1, у гиперболы е > 1); когда е > 0, форма эллипса приближается к окружности, при е > 1 эллипс становится всё более вытянутым и сжатым, в пределе вырождаясь в отрезок — собственную большую ось 2а. Другое, более простое и наглядное определение эксцентриситета эллипса — отношение разности его максимального и минимального расстояний до фокуса к их сумме, то есть длине большой оси эллипса. Для околосолнечных орбит это отношение разности удаления небесного тела от Солнца в афелии и перигелии к их сумме (большой оси орбиты).Рис. П1Солнечный ветер — постоянный поток плазмы солнечной короны, то есть заряженных частиц (протонов, электронов, ядер гелия, ионов кислорода, кремния, железа, серы) по радиальным направлениям от Солнца. Он занимает сферический объём радиусом не менее 100 а. е., границу объёма определяет равенство динамического давления солнечного ветра и давления межзвёздного газа, магнитного поля Галактики и галактических космических лучей.Эклиптика (от греч. ekleipsis — затмение) — большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца. В действительности, поскольку Земля движется вокруг Солнца, эклиптика — это сечение небесной сферы плоскостью земной орбиты. Линия эклиптики проходит по 12 созвездиям Зодиака. Её греческое название связано с тем, что с древности известно: солнечные и лунные затмения происходят, когда Луна находится вблизи точки пересечения её орбиты с эклиптикой.