Наш изменяющийся мир и растущие риски катастрофического солнечного шторма

Технический перевод статьи журнала ROOM, № 2(8) 2016

Д-р Джозеф Пелтон утверждает, что подобное развитие событий становится всё более вероятным, по мере того как магнитные полюса Земли продолжают смещаться, что чревато серьёзным снижением потенциала защиты пояса Ван Аллена от радиоактивного излучения. В своей статье он бросает прямой вызов космическим агентствам мира и говорит, что самонадеянность может в конечном итоге привести к исчезновению человеческого рода, если конечно они не прочувствуют надвигающуюся опасность и не начнут действовать.

В своём поиске в космическом пространстве планет, которые способны поддерживать разумную жизнь, теперь мы пришли к осознанию того факта, что существование миров «Обитаемой зоны», которые называют «поясом Златовласки», вполне может представлять достаточно редкое явление. Под мирами Златовласки мы подразумеваем планеты, на которых жить в самый раз: не слишком холодно и не слишком жарко. Мы также имеем в виду планеты с водой и природными ресурсами, а также атмосферой и магнитным полем для поддержания систем жизнеобеспечения и защиты их от теплового излучения звезды и радиации, и выбросов корональной массы (CME). Однако к вопросу о соответствии рассматриваемому вопросу: ​​насколько безопасна Земля с точки зрения космических угроз?

Мы, человечество, по сути, несколько расслабились по отношению к естественным защитным системам, посредством которых наш космический корабль массой шесть секстиллионов тонн защищает нас от солнечных бурь, комет, астероидов и космических лучей. Мы забываем о том, что наша атмосфера и наши естественно сформированные радиационные пояса Ван Аллена удерживаются на месте с помощью магнитных полюсов Земли, предназначенные для того, чтобы оградить нас от массивных потоков ионов, которые периодически перемещаются в направлении от Солнца.

Эти так называемые корональные выбросы массы передвигаются со скоростью миллионов километров в час. Если бы один из подобных СМЕ одномоментно «с головой» накрыл бы Землю, эффективность образования естественных электромагнитных импульсов (EMPS) была бы гораздо выше, чем термоядерный взрыв.

В течение второй половины прошлого века мир наконец-то приблизился к осознанию того факта, что удар массивного астероида или кометы может привести к хаосу и разрухе, возможно, в планетарном масштабе. После десятилетий убеждений в Организации Объединённых Наций (ООН) создали Международную сеть оповещения об угрозе астероидов (IAWN) и Консультативную группу планирования космических полётов (SMPAG) для изучения потенциально опасных астероидов – все «в одном и том же ключе». У нас даже есть миссии, такие как Project Sentinel Фонда B612, планирующие запустить инфракрасный телескоп, который будет тщательно исследовать небо и даст нам знать о приближении астероида-убийцы, способного поразить Землю.

Но в то же время у нас отсутствует глобальное понимание той истины, что есть гораздо более серьёзная угроза, которая растёт с течением времени. Это вполне реальная космическая опасность, которая в состоянии вывести из строя наши электроэнергетические сети, уничтожить ключевые системы спутниковой связи, навигации и обороны. Эта космическая угроза может сбить синхронизацию времени в глобальной сети интернет, которая имеет важное значение для непрерывного рутинного функционирования день за днём.

Массивный выброс корональной массы, который приносит миллионы тонн ионов, передвигающихся с невероятной скоростью в два миллиона километров в час, и сродни «Событию Кэррингтона» в 1859 году, может привести к полному разрушению мировой экономической системы и глобальной инфраструктуры. И у нас нет необходимости заглядывать на 150 лет в прошлое. События в Чикаго и в Монреале (1989 г.) и событие на Хэллоуин в Скандинавии (2003 г.) подтверждают, что подобные космические угрозы реальны и имеют отношение к нашей сегодняшней жизни.

У НАСА и других космических агентств есть такие программы, как EarthGuard, NEOWarn и инфракрасные телескопы, для решения проблемы астероидной опасности. Существует множество программ, которые варьируются от систем направленной энергии к «Лазерным пчёлам» до ядерно-энергетических систем на усмотрение Консультативной группы планирования космических полётов (SMPAG), если их представить на фоне реальной угрозы Земле от потенциально опасного астероида и / или кометы.

Тем не менее, а как насчёт более вероятной космической угрозы со стороны корональных выбросов массы? Здесь не существует буквально никаких активных защитных программ, действующих или пребывающих в стадии разработки. Национальный комитет по разведке США дал им определение как одному из нескольких событий – «Чёрный лебедь», которые в состоянии оказать разрушительное глобальное воздействие.

По оценке страхового общества Ллойдс в Лондоне вероятные негативные финансовые и экономические потери вследствие большого выброса коронарной массы, направленной на Землю, составят 2,7 триллиона долларов (США); отчёт умалчивает величину предполагаемого мега – количества потенциальных жертв.

Похоже, что в ближайшие годы ожидается резкий скачок «уязвимости». Причина заключается в том, что естественный защитный щит, созданный поясами Ван Аллена, которые удерживаются на месте магнитными полюсами Земли, всё больше подвергается риску значительного сокращения. Спутники ЕКА миссии Swarm предназначены для измерения магнитосферы Земли. Эти спутники подтверждают, как мы начали подозревать, что магнитные полюса Земли, по-видимому, находятся в процессе перехода с севера на юг и с юга на север. Измерения Swarm подтверждают, что магнитный север Земли теперь смещается вниз, в Сибирь, и продолжает держать курс на юг.

Моделирование, выполненное Институтом Макса Планка в Германии в 2015 году, свидетельствует о том, что во время такого сдвига естественные защитные щиты Земли от радиационных поясов Ван Аллена существенно пострадали и сократились приблизительно на 15 процентов по сравнению с их предыдущей защитной способностью.

Речь идёт о невероятном потенциальном риске для электроэнергетической системы с возможностью для тысяч электрических трансформаторов быть сожжёнными дотла. Жизненно важные спутники связи, вещания, глобальной навигации и определения времени, прогнозирования погоды, а также синхронизации интернета и оказания помощи самолётам при взлёте и посадке внезапно будут выведены из строя или серьёзно испорчены. Добавим к этому большое количество людей, большое количество жизненно важных объектов инфраструктуры, сильно урбанизированную среду, где, возможно, 70 процентов всех людей проживает в городских центрах, – уязвимость человечества растёт во всём мире.

Потеря жизненно важных объектов инфраструктуры по всему миру может означать сбои в работе транспорта, коммуникаций и энергетических систем, что может подвергнуть миллионы людей риску пострадать из-за болезней, голода, нехватки воды или других опасностей.

В настоящее время космические агентства по всему миру и Комитет ООН по мирному использованию космического пространства (COPOUS), особенно в рамках своей концепции экологически безопасного и рассчитанного на долгосрочную перспективу развития космической деятельности, решающие проблему космических угроз со стороны астероидов и комет, фактически заявляют: «Мы не в состоянии что-либо сделать, чтобы защитить Землю от солнечной радиации и, возможно, ещё менее от выбросов корональной массы. Это на усмотрение таких учреждений, как Национальная безопасность [в США], чтобы решать проблемы восстановления после такой крупной, спровоцированной солнцем катастрофы, поскольку мы в данном случае ничего не можем сделать».

Задача этой статьи состоит в том, чтобы всего лишь аргументировать, что это не так. Существует технология, которую мы можем развернуть в космосе, которая будет развёрнута в точке Лагранжа 1 (L-1), которая потенциально может выполнить следующие действия:

• Сформировать искусственный «электромагнитный щит» Ван Аллена, который может защитить Землю от большого выброса солнечной корональной массы, который в состоянии оказать пагубное воздействие на мировую экономику и привести к телесным повреждениям, болезням или смерти, возможно, миллионов человек.
• Создать систему модуляции солнечной радиации, которая может способствовать замедлению или уменьшению изменения климата из-за солнечного излучения, которое на самом деле является источником энергии, согревающего нашу планету и контролирующего наш климат.
• При создании больших систем магнитного щита мы также можем включить в конструкцию солнечные энергетические спутники, которые будут направлять экологически чистую энергию обратно на Землю, в поддержку финансирования системы солнечного щита.
• Наконец, концепция проектируемой структуры также может стать многофункциональной и использоваться в качестве эффективного промежуточного пункта для оперативной транспортировки в другие точки Солнечной системы, такие как Луна, Марс, или астероиды. Преимущество такой промежуточной станции заключается в том факте, что низкое гравитационное притяжение на L-1 таково, что высокоэффективные электрические двигательные системы можно использовать для перемещений из L-1 в любую точку Солнечной системы.

Таким образом, эта статья посвящается разработке подобной инновационной мегаструктуры для сохранения человечества и Земли в том виде, как мы их знаем сегодня. Мы не можем сказать, что это будет легко или недорого построить. Это может быть на том же уровне, к примеру, что построить Международную космическую станцию (МКС).

Остаётся множество вопросов, которые необходимо проанализировать и решить перед запуском такого амбициозного проекта. Не в последнюю очередь хорошо бы определить, кто спроектирует и построит и кто будет контролировать работу. Это вполне может быть коммерческий мировой консорциум в космической отрасли, тем не менее надёжный международный орган в той или иной форме, и почти наверняка должен контролировать его работу, который гарантировал бы ответственное исполнение операций в рамках подобной ключевой международной космической инфраструктуры.

Конструирование МКС было далеко не простым процессом. Существовало, по крайней мере, с десяток различных концепций и, несмотря на сокращение по размеру и функциональным возможностям, стоимость выросла приблизительно до 200 миллиардов американских долларов, если включить затраты всех участвующих организаций. Инвестиции США составили 140 миллиардов американских долларов.

Мегаструктура, которая может быть развёрнута на L-1, не будет рассматриваться в качестве некой научной игрушки для международного космического сотрудничества; это будет устройство, предназначенное для спасения Земли и будет иметь огромное экономическое значение в долгосрочной перспективе. В дальнейшем его можно перепрофилировать на выполнение двух функций: энергогенерирующей системы или промежуточной станции ​​для малозатратной транспортировки на Луну и Марс.

Принципиальным решением для основной типовой конструкции послужат лёгкие электромагнитные заряженные структуры, которые могут сочетать лёгкие и надувные конструкции. Исследования в рамках Инновационных передовых концепций НАСА проанализировали возможности наполненных электростатических мембранных структур (EIMS) для создания предохранительных систем с целью защиты астронавтов на орбите от космической радиации.

Кажется, вполне возможно создать кластер из таких надувных конструкций с уровнем заряда магнитного поля, может быть, 1 или 2 Тесла (или от 10,000 до 20,000 Гаусс), чтобы сформировать солнечную защитную систему не только от излучения, но также от ионов коронального выброса массы (КВМ).

Рисунок внизу представлен на базе исследования НАСА НИАЦ по защите астронавтов в космосе от солнечной радиации. Логическим продолжением этого исследования стала бы разработка архитектуры сети ряда этих структур, которые могут быть объединены, чтобы создать эффективную систему солнечного щита. Сочетание множества этих электромагнитных силовых полей, которые могут замедлять и отклонять солнечное излучение и ионы мощного коронального выброса массы (КВМ), представляется вполне возможным.

Идея состоит в том, чтобы стратегически расположить этот «солнечный магнитный экран» в положении L-1 между Землёй и Солнцем. Этот экран можно поддерживать в этом положении посредством минимальной тяги электродвигателя, которую в состоянии генерировать солнечные батареи. Кроме того, в этом положении на расстоянии 1,5 млн км от Земли структура не должна быть супербольшой, чтобы защитить Землю.

Создание структуры с общим магнитным полем 2 Тл (или 20,000 Гаусс) потребует лишь разработки источника питания, что с лёгкостью могут обеспечить солнечные панели. Прилагаемый график показывает уровни магнитных полей различных известных приложений

Такая структура магнитного солнечного щита может обеспечить защиту от массивных солнечных бурь, а также может даже модулировать солнечную радиацию для защиты от сильного изменения климата. Подобное расширение мышления в исследованиях НАСА НИАЦ представляется лишь следующим логическим шагом в отношении целесообразного применения данной технологии.

Очевидно, что существует множество научных и технических проблем, которые предстоит решить. Будут ли лёгкие структуры достаточно прочным или нужно их использовать в основном в надувных конструкциях, которые Bigelow Aerospace использует в своих надувных коммерческих космических станциях в качестве более современного материала? Насколько оптимальны будут панели солнечных батарей, солнечные концентраторы, или ядерные, или радиоизотопные, или другие формы источников питания для данной конструкции, чтобы создать необходимые магнитные поля?

Существуют также фундаментальные инженерные проектные вопросы, насколько эта конструкция может быть дополнительно расширена, чтобы использовать часть общей структуры как своего рода космический транспортный пересадочный узел для перехода от химически подпитываемых ракетных пусковых установок к гораздо более эффективным системам с электрическими ионными двигателями, которые могли бы летать на Луну и Марс?

Параллельно возникает вопрос, насколько общая солнечная защитная система может также использоваться для создания крупномасштабных солнечных орбитальных электростанций, которые могли бы направлять экологически чистую энергию обратно на Землю 24 часа в сутки, семь дней в неделю, когда устройство не задействовано для защиты Земли от массивной солнечной бури, варьируя солнечную радиацию, чтобы уменьшить изменение климата и перегрев атмосферы?

Это весьма захватывает – размышлять о том, что изобретение может буквально спасти мир. Один из моих предков, Лестер Аллен Пелтон, который находится в Зале Славы Изобретателей, не только первым придумал ковшовую гидротурбину (водяное колесо Пелтона), но также развил технологию до изобретения первой в мире гидроэлектрической турбины – фундаментальная технология, которая по сей день обеспечивает электроэнергией весь мир.

В память о нём, я надеюсь, что Космический Экран и Транспортный Терминал Пелтона (PSSTT) могут помочь нам воспроизвести то, что мы можем сделать, чтобы спасти Землю, спасти человечество, и управлять нашим будущим. Когда я спрашиваю себя: «Эй, что ты сделал со своей жизнью?», то уверен, что когда-нибудь я смогу ответить: «Я подвёл Международный космический университет, космических инженеров и космические агентства по всему миру к мысли об изобретении, создании и развёртывании PSSTT».

В последние несколько лет «новые космические» компании и инициативы, такие как XPrize, SpaceShipOne , SpaceX , Skybox , O3b , Via Sat , Blue Origin , Stratolaunch / Viking , Virgin Galactic и другие, приняли на вооружение новые революционные космические технологии и переосмыслили  инновационный характер космических предприятий. Теперь, возможно, настала очередь космических агентств, чтобы продемонстрировать свою инновационную сущность и взять на себя ведущую роль в деле планетарной защиты.

Слишком долго в портфолио и полётных планах космических агентств отсутствовали программы по спасению Земли и развёртыванию космических систем, которые могут обеспечить защиту от астероидов, комет, солнечной радиации и солнечных ионных выбросов.

Мне кажется, что пришло время пересмотреть приоритетные задачи космических агентств. Слишком долго приоритетные стратегические программы космических агентств были сосредоточены на «круиз-контроле» и требуют революционного прорыва в будущее.

Лауреат Нобелевской премии Джозеф Штииглиц недавно обратился к руководству Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) с предложением перевести экономическую деятельность наших учёных и инженеров в рамки «Планетарной обороны». Настало время для тех, кто возглавляет наши космические агентства, рассмотреть вопрос о том, какие технологии они могли бы принять и реализовать, чтобы спасти Землю и человечество. Чтобы не ставить на этом слишком жирную точку, мы говорим, что теперь настал их черёд – приступить к выполнению своей поистине главной миссии – «Сохранить Землю».

Автор материала:

Технический перевод статьи журнала ROOM

Оригинал статьи можно прочитать по этой ссылке
Our changing world and the mounting risk of a calamitous solar storm
 журнал ROOM №2 (8) 2016