Безопасность космического пространства

Технический перевод статьи журнала ROOM, № 3(5) 2015

Дебби Льюис (Debbie Lewis), директор службы готовности к внешним воздействиям, Axiom (Alderney) Ltd

Чтобы справиться с последствиями серьёзных столкновений, как показали последние учения, недостаточно лишь наблюдать за траекториями движения объектов недалеко от Земли. В данном контексте есть слишком много неопределённости, поэтому вполне возможно, что мы не сможем увести в сторону входящий в нашу атмосферу объект. Нам придётся противостоять последствиям столкновения.

Создание эффективных механизмов управления чрезвычайными ситуациями и защиты гражданского населения от падения астероидов заставляет нас постоянно совершенствовать свои ответные действия по преодолению подобной реальной катастрофы.

После обнаружения астероида, траектория полёта которого ведёт к столкновению с Землёй, крайне важно продолжить педантичное отслеживание его местонахождения. Оптические телескопы, радиолокационные зонды и космические спутники с транспондерами будут его непрерывно сопровождать и выверять место возможного столкновения, орбиту и скорость.

Нам потребуется получить также физические данные, чтобы определить из какого вещества состоит объект, какова его плотность и выяснить, является ли он двоичным объектом, состоящим из двух астероидов, либо он сам по себе, поэтому в данном случае важно обеспечить взаимодействие между наблюдателями и космическими агентствами с модернизированными наземными РЛС. Между тем это только начало процесса; если выяснится, что астероид действительно движется к Земле и столкновения не избежать, в конечном итоге для планирования возможных последствий катастрофы потребуется работа на межгосударственном уровне.

Сложно рассчитать высоту, на которой произойдёт взрыв, даже если вам точно известны физические свойства объекта столкновения. 

Иногда в течение нескольких месяцев, а то и лет, невозможно установить точное местонахождение астероидов и комет при их обнаружении. Такая неопределённость объясняется короткой орбитальной траекторией, доступной для наблюдений на начальном этапе. Неопределённость также существует в масштабировании столкновения с околоземным объектом, и для этого есть шесть основных причин.

Во-первых, точно неизвестно, какое количество приближающихся околоземных объектов потенциально имеет шанс столкнуться с нашей планетой.

Во-вторых, определить усреднённое значение силы удара для объектов от 50 метров и до 140 метров в диаметре не представляется возможным.

В-третьих, мы не знаем физический и химический состав околоземных объектов. Установить их состав и в какой степени они являются цельными или свободно сформированными телами можно только путём запуска радиолокационных зондов или космических аппаратов с целью определения характеристик конкретного объекта.

В-четвёртых, даже если мы получим данные о размере, массе, плотности, частоте вращения и скорости движения околоземного объекта, результат столкновения будет другим. Он зависит от обстоятельств: в какой области атмосферы начнётся фрагментация объекта и от расположения места удара, который может произойти в мелкой или глубокой воде. Если же он придётся на земную поверхность, то геология местности будет определяющей.

В-пятых, последствия могут быть глобальными, такими как изменение климата или цунами.

В-шестых, непонятно, какой по габаритам или даже по типу околоземный объект может вызвать такие последствия.

За семь лет периода упреждения такие убежища можно усовершенствовать, чтобы утвердиться в их способности выдержать силу удара.

Аналогичным образом сила столкновения околоземных объектов с Землёй зависит от целого ряда факторов. Они включают в себя массу и скорость околоземного объекта, которые будут определять скорость его вращения наряду с углом его подхода к Земле, плотность, диаметр, состав и структуру объекта.

Мы видим, что процесс отслеживания играет важную роль, чтобы иметь возможность объективно проанализировать эффект воздействия. Для оценки рисков решающее значение имеют степень доверия и зависимости от информации по распознаванию и последующему наблюдению за околоземными объектами, а также от данных, полученных во время космических полётов с целью определения необходимых параметров для недопущения негативных последствий. Эти астрономические данные необходимы, чтобы развеять неопределённость вокруг факта столкновения с астероидом и для информирования служб ликвидации последствий стихийных бедствий о характере планируемых в чрезвычайных обстоятельствах мероприятих, которые должны быть приняты к действию заблаговременно до события.

Относительно недавно, в апреле 2013 года и в апреле 2015, были проведены учения по предотвращению стихийных бедствий и ликвидации их последствий, которые показали, что мы должны уделять больше внимания требованиям, предъявляемым в отношении более точного отслеживания объектов.

Первые учения, надо признать, были достаточно односторонними. Научно-технические и инженерные службы, по сути, выдвинули ряд требований и рекомендаций государственным структурам в ответ на факт обнаружения 16 апреля 2013 года условного опасного астероида 2013 PDC-E.

Исходная вероятность столкновения в 2028 году с каменным астероидом размером от 200 до 300 метров оценивалась как 0,8%, скорость удара в реальном приближении составила около 12,4 км/сек, а энерговыделение исчислялось 300 мегатоннами в тротиловом эквиваленте. В 2023 году во время сближения с Землёй образовался «сквозной тоннель» размером 1,2 км. Если объект войдёт в эту «замочную скважину», столкновение придётся на 2028 год. Коридор риска протянулся от Индонезии до Африки через Средиземное море, Францию​​, Великобританию, Северный Ледовитый океан и Гренландию. 

Для следующих учений был придуман сценарий, во время которого научные консультанты должны обеспечить взаимодействие с представителями общественности, службой ликвидации последствий стихийных бедствий и вышестоящим политическим руководством для инициации процесса принятия решений.

Радиолокационные изображения, полученные в Голдстоун, подобные этим – 1999 JD6, подскажут нам скорость, размер астероида и его состав. Авторское право: NASA/JPL-Caltech/GSSR

Политическое присутствие обеспечили ролевые научные руководители, а научные сотрудники играли роль научных консультантов с возможностью отточить свои инструктивные и коммуникационные навыки для более широкой аудитории. Реальными участниками были представители общественности, так же как и представители службы ликвидации последствий стихийных бедствий.

В этих учениях роль очередного конкретного источника потенциального риска отводилась ещё одному гипотетическому околоземному астероиду, обозначенному как 2015 PDC, который, по прогнозам, подойдёт очень близко к Земле 3 сентября 2022 года. Астероид был «обнаружен» 13 апреля 2015 года, в течение двух месяцев всем миром за ним велось непрерывное наблюдение.

При подходе астероида в 2022 году прогнозы показали, что хотя и в малой степени, но столкновения с Землёй нельзя исключить. Вероятность столкновения оценивалась приблизительно как 0,9% или 1 шанс из 110, в соответствии с данными Международной сети оповещения о приближении астероидов (IAWN) – всемирного партнёрства агентств, которые выявляют, наблюдают и отслеживают потенциально опасные астероиды.

По сценариям этих учений участникам отводилось от 5 до 10 лет в качестве периода упреждения, чтобы они имели возможность сконструировать и произвести запуск нескольких космических летательных аппаратов для изменения направления и недопущения негативных последствий и одновременно спланировать подготовительные мероприятия по защите гражданского населения.

Во время учений 2015 года доктор Марк Бослоу сообщил, что самый большой риск взрыва в воздухе присутствует на низкой высоте: Тип 2 (Ливийская пустыня), но он не уверен, на какой именно высоте взрыв состоится, из-за неопределённости в определении прочности и формы фрагмента. Даже при условии, что мы знаем физические свойства объекта столкновения, всё равно очень сложно рассчитать высоту, на которой произойдёт взрыв.

Результаты слежения показали, что фиктивный астероид представляет серьёзную опасность столкновения с Землёй 3 сентября 2022 года, и при вероятности столкновения, составляющей 43%, есть ряд проблем в отношении наблюдения и обеспечения обновления данных оценки этой вероятности.

Когда объект перемещается с другой стороны Солнца, если смотреть с Земли, он становится невидим в условиях прямого наблюдения (для обеспечения наблюдения необходимы спутник или космический корабль, когда астероид проходит с другой стороны Солнца).

Мы также не имеем возможности наблюдать надлежащим образом за результатами космического полёта, предпринятого с целью отвлечь астероид, потому что астероид находится в пределах 30 градусов от Солнца, и солнечная элонгация стала меньше. Если следовать принципу функционирования орбиты, астероиду понадобится около года, чтобы наконец выйти из-за Солнца, и чтобы возобновились наблюдения с Земли.

Когда астероид, наконец, выходит из-за Солнца, размеры фрагмента всё ещё не поддаются определению, так как объект слишком неотчётливо виден. Очень сложно определить размер, когда это всего лишь световая точка. Лучше всего размер определяется по изображению, передаваемому космическими аппаратами наблюдения. Оптимизировать размер на основе наземных наблюдений не представляется возможным.

В течение следующих шести месяцев за астероидом велись непрерывные наблюдения, когда он приближался к Земле и оставался в небе в ночное время. Орбита значительно скорректировалась, и зона столкновения резко сократилась в размерах. Приблизительно за четыре месяца до столкновения предполагаемое место события по результатам наблюдения находилось в пределах 100 км, а за один месяц до столкновения сократилось примерно до 50 км. Затем астероид вновь вышел из зоны отслеживания и ушёл в дневное небо для окончательного погружения.

Участники учений по преодолению последствий столкновения с гипотетическим астероидом 2015 PDC работали с объектом длиной 20 км, который должен был упасть на Дакку, столицу Бангладеш. Авторское право: NASA

В течение этого времени оптические телескопы не имели возможности наблюдать за объектом. Тем не менее некоторые радиолокационные станции могли бы за ним проследить. Радиотелескоп в Аресибо (Пуэрто Рико) достаточно мощный, но у него отсутствует функция ориентирования (антенны) на астероид. Таким образом, наблюдателям приходилось ждать, когда объект войдёт в диапазон станции слежения в Голдстоне, что в конечном итоге произошло за семь дней до столкновения. В этот момент место предполагаемого события могло уже сократиться до 15 км.

В результате радиолокаторы в Голдстоун обнаружили фрагмент астероида на его заключительном подходе и передали не только точные данные замеров траектории, но и реальные изображения астероида, который держал курс на Землю. Эти наблюдения фактически развеяли всю неопределённость. На основании радиолокационных наблюдений Международная сеть оповещения о приближении астероидов (IAWN) сделала предварительный расчёт, что этот небольшой фрагмент, который отломился от астероида во время деформации, войдёт в атмосферу над Даккой, Бангладеш, 3 сентября 2022 в 09.50 по местному времени.

Для расчётов можно использовать радиолокационные наблюдения. Объект войдёт в атмосферу со скоростью 16 км в секунду (36,000mph) под углом 36 градусов от горизонтали над Даккой. Размер объекта составляет примерно 80 метров в диаметре, по составу – камень. Ударная сила в атмосфере оценивается приблизительно от 18 до 25 мегатонн. Анализ наблюдений показывает, что разрыв объекта почти наверняка будет представлять из себя выброс газов атмосферу, очень похожий на Тунгусский взрыв в 1908 году. В самом широком диапазоне места столкновения скорость ветра составит 15–20 метров в секунду. В эпицентре столкновения будет отмечено полное разрушение.

Служба ликвидации последствий стихийных бедствий разработала два различных «пакета материально-технических средств»: один пакет для наземных действий, а другой для ликвидации последствий цунами, чтобы минимизировать разрушение. Определённые корректировки следует вносить в индивидуальном порядке в пакет для каждой страны, в зависимости от их конкретных требований. С течением времени можно определить, где и какие пакеты лучше позиционируются, какой тип оборудования нужен, где и какой тип оборудования необходимо разместить для мгновенного срабатывания.

Палаточные лагеря беженцев рассматриваются как единственный вариант во время стихийных бедствий или военной деятельности. Однако в нашей ситуации они не вполне подходят. Семилетний период заблаговременного предупреждения должен обеспечить более эффективные и надёжные перспективы, направленные не только на сохранение жизни, но также и средств к существованию.

Под брезентом фермеры вряд ли в состоянии разместить всё своё хозяйство, включая домашний скот, поэтому необходимо найти гораздо более радикальные решения. В зависимости от характера воздействия, возможно, следует заранее предвидеть военную помощь НАТО. НАТО сможет обеспечить мобильную инфраструктуру: мобильные госпитали, помощь гражданских и военных врачей, медсестёр, в дополнение к материалам медицинского назначения во взаимодействии с международными и общественными организациями, такими, к примеру, как «Врачи без границ».

Понятно, что на фоне специализации участников учений в центре внимания обоих мероприятий оказались методы изменения направления объектов и недопущения негативных последствий с меньшим акцентом на эффективные и надёжные механизмы управления рисками стихийных бедствий. К сожалению, последние не идут далее определения необходимости эвакуации, опуская разработку точных программ для возвращения перемещённых лиц на место их проживания.

В центре внимания, казалось, больше находятся оперативное реагирование и восстановление, чем создание эффективных механизмов предварительного планирования, сосредоточенных на нечто большем, чем просто развёртывание «брезентовых» лагерей для беженцев.

Купол Орла в Вудсборо, Техас, представляет собой не только убежище на время урагана – это ещё и спортивная арена, способная выдержать силу ветра более 200 миль в час. Авторское право: Jay Phagan, Flickr: https://www.flickr.com/photos/jayphagan/

Больше внимания, безусловно, следует уделить перемещаемым сообществам, учитывая достаточно продолжительный период упреждения. Кроме того, если астероид приземляется в Южно-Китайском море, необходимо предпринять дополнительные усилия для поддержания и укрепления существующих прибрежных защитных сооружений и постройки новых для защиты береговой линии от высоких волн и штормовых нагонов, как результата столкновения.

Больше внимания потребуется уделить разработке соразмерных и эффективных механизмов планирования на случай непредвиденных обстоятельств. Эти механизмы должны быть гораздо более тщательно продуманными, чем те, что в целом используются для подготовки к стихийным бедствиям. Нам повезло, что у нас будет период упреждения от нескольких часов до нескольких лет. Такой роскошный запас времени нам не предоставляет ни одно другое опасное природное явление.

Таким образом, мы должны кардинально изменить свою систему воззрений: от механизмов реагирования и восстановления до предварительного планирования инициатив и мероприятий. К примеру, выявление областей, куда люди могут быть перемещены в безопасное место задолго до возникновения факта столкновения.

Эффективные решения для выживания уже существуют в некоторых частях света, где есть частные домовладения с долевым правом собственности (типа тайм-шер), на территориях, объединённых определённым признаком, к примеру в подземных убежищах. За семь лет периода упреждения эти убежища можно усовершенствовать, чтобы удостовериться, что они либо способны выдержать воздействие удара, либо они находятся на безопасном расстоянии от коридора риска, но в то же время в относительно лёгкой досягаемости от районов, которые могут быть затронуты.

Можно также уделить время созданию больших убежищ, способных вместить сотни или даже тысячи людей. Планы эвакуации можно ввести в действие и затем отрепетировать, чтобы дать потенциальным эвакуируемым возможность акклиматизироваться в такой среде – опять же, задолго до наступления нашего события.

Мы можем рассмотреть и другие механизмы, предлагаемые для действия в чрезвычайных ситуациях, в том числе колонизацию Марса. Такие решения возможны в далёкой перспективе, а опция подземных убежищ является гораздо более экономически эффективной и незамысловатой для подготовки. Так же, как авиаперелёты по-прежнему вызывают настороженность у некоторых людей, так и космические путешествия будут порождать эмоциональные и финансовые проблемы, такие как тренировка навыков эвакуации и привыкание к новому образу жизни на Марсе.

Обеспечение функционирования лагерей для перемещённых лиц, наподобие Кибумбе в Демократической Республике Конго, может быть возможным с предварительным уведомлением о столкновении с астероидом. Авторское право: Julien Harneis, Flickr https://www.flickr.com/photos/julien_harneis

Будучи сторонником методов планирования наихудшего развития ситуации, я надеюсь на лучшее и считаю, что создание эффективных механизмов преодоления чрезвычайных ситуаций для защиты гражданского населения даёт нам возможность постоянно совершенствовать нашу реакцию на часто возникающие природные риски: цунами, землетрясения, ураганы, муссоны, циклоны и тайфуны.

Я не вижу никаких причин, почему наше планирование ситуации столкновения с астероидами не должно вывести нас на совершенно новый уровень готовности и реагирования, если принять во внимание достаточное время упреждения, которое могут обеспечить системы обнаружения и отслеживания. Только работая вместе, мировые космические сообщества и службы предотвращения стихийных бедствий и ликвидации их последствий смогут убедить правительства и наднациональные организации, что такое стремление стоит того, чтобы взять его на вооружение и присвоить ему соответствующие приоритеты.

Технический перевод статьи журнала ROOM

Оригинал статьи можно прочитать по этой ссылке
From NEOs to real action: testing asteroid impact scenarios
 журнал ROOM №1 (3) март 2014