УДК 523.44
О КОНЦЕПЦИИ ЭКОНОМИЧНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ОПАСНЫХ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ
© 2015 г. А. С. Шугаров1, Б. М. Шустов1, М. Б. Мартынов2, В. А. Кудряшов2, В. Ю. Теребиж3
Институт астрономии РАН, г. Москва shugarov@inasan.ru; bshustov@inasan.ru 2НПО им. С.А. Лавочкина, г. Химки kudryashov@laspace.ru 3Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ
valery@terebizh.ru Поступила в редакцию 28.03.2013 г.
Представлена концепция космической системы обнаружения опасных небесных тел размером свыше 100 м за 15—30 дней до их возможного столкновения с Землей на базе широкоугольного телескопа с апертурой 0.75 м и полем зрения диаметром 7°. Предложена предварительная компоновка космического аппарата с использованием малоразмерной платформы НПО им. С.А. Лавочкина. Даны предварительные оценки основных параметров системы. Основное достоинство системы — сочетание высокой производительности, проницающей силы, умеренной технической сложности и стоимости реализации.
Б01: 10.7868/80023420614060065
ВВЕДЕНИЕ
Обнаружение опасных небесных тел (ОНТ) и детальное изучение их свойств — первоочередная задача, стоящая перед исследователями, занимающимися поиском путей решения проблемы астероидно-кометной опасности (АКО). В современной трактовке [1, 2] задача обнаружения должна рассматриваться как задача оперативного (по современным требованиям — не позднее, чем за месяц до возможного столкновения) и массового (т.е. не ниже некоторого порога полноты, обычно 90%) выявления опасных небесных тел (ОНТ). Последующие регулярные наблюдения (мониторинг) как найденных в программах обнаружения, так и известных ранее опасных объектов должны обеспечить уточнение орбит и исследование их физических свойств. Тем самым появляется возможность как можно надежнее оценить вероятность и последствия столкновения и дать необходимую информацию для того, чтобы человечество могло заблаговременно принять соответствующие меры.
Согласно данным финансируемого NASA Центра малых планет (ЦМП) при Международном астрономическом союзе [3], по состоянию на конец 2012 г. всего было обнаружено около 9500 объектов, сближающихся с Землей (ОСЗ), т.е. астероидов и комет, чьи орбиты характеризуются пери-гелийным расстоянием q < 1.3 а.е. Основная масса ОСЗ — это астероиды, комет немного, но нужно учитывать, что кометы представляют со-
бой самый сложный для прогнозирования их движения класс малых тел. Среди ОСЗ выделяют т.н. потенциально опасные тела (ПОО), т.е. тела, чьи орбиты могут сближаться с орбитой Земли до минимального расстояния, не превышающего 7.5 млн км. Основанием для того, чтобы считать тела на орбитах, проходящих от Земли на расстояниях до 20 радиусов лунной орбиты, потенциально опасными, является то обстоятельство, что это — характерный масштаб неопределенности орбиты малого тела при прогнозировании примерно на сто лет вперед вследствие неточного знания параметров движения тела в настоящую эпоху и несовершенства модели движения. Понятно, что эти тела вызывают наибольший интерес и должны быть обнаружены в первую очередь.
На разумной шкале времени ПОО относительно малых размеров представляют наибольшую опасность, поскольку столкновения с ними происходят гораздо чаще, чем с крупными телами. Поэтому система обнаружения должна быть рассчитана на эффективное обнаружение опасных тел размером от 50—100 м и более. Главным вопросом является вопрос о полноте обнаружения. В табл. 1 приведены современные оценки количества "неучтенных" потенциально опасных объектов. Видно, что менее всего мы информированы о телах, представляющих наибольшую угрозу!
Даже самые крупные обычные наземные телескопы неэффективны для поиска опасных тел из-за малых полей зрения. Поэтому в мире начато
Таблица 1. Количество "неучтенных" потенциально опасных объектов
Размер Оценка числа Доля необнаружен-
тела необнаруженных ПОО ных ПОО
>1 км <40 <20%
>140 м до 104 >75%
>50 м >105 >98%
строительство специальных телескопов, предназначенных для обнаружения ОНТ Их параметры вполне определенны:
поле зрения инструмента должно быть не менее нескольких (желательно десяти) квадратных градусов;
проницающая способность не хуже 22-ой звездной величины при экспозициях не более нескольких десятков секунд. Это означает, что апертура телескопа должна быть не менее 1—2 м. Для космических телескопов ИК-диапазона она может быть меньше, т.к. астероиды большую часть поглощаемой ими солнечной энергии переизлучают в ИК (на длине волны 5—15 мкм);
количество ясных ночей с хорошим качеством изображения должно быть большим (для наземных телескопов);
необходимо очень мощное компьютерное оборудование и математическое обеспечение для получения оперативной информации о новых объектах в течение ночи и окончательной обработки до начала следующей ночи.
В США уже действует широкоугольный (2w = = 3°) 1.8 м телескоп — PS1 и строится аналогичный телескоп PS2 (проект Pan-STARRS) [4]. Еще более крупный телескоп LSST с эффективной апертурой 6.7 м планируется ввести в строй конце текущего десятилетия [5]. В России современных инструментов для эффективного массового обнаружения обсуждаемых опасных тел пока нет. Ведутся работы по строительству широкоугольного телескопа АЗТ-ЗЗВМ Института Солнечно-земной физики СО РАН [6] с главным зеркалом 1.5 м.
За рубежом и в России разрабатываются системы космического базирования для обнаружения опасных тел. Такие системы имеют значительные преимущества перед наземными. Основное преимущество космических систем — возможность проводить наблюдения в гораздо большей области неба, включая область внутри орбиты Земли и даже область за Солнцем при использовании удаленного от Земли КА, меньший фон неба, возможность круглосуточной работы. Недостатки — относительная дороговизна и меньшая надежность, поскольку обслуживание и ремонт космических аппаратов встречаются с большими практическими трудностями.
Системы космического и наземного базирования могут работать параллельно и дополнять друг друга.
Канадский спутник NEOSSat (The Near Earth Object Surveillance Satellite), запуск которого планируется на 2013 г., является первым широко известным космическим проектом, реализуемым в настоящее время. Этот микроспутник предполагается использовать для обнаружения и наблюдения за астероидами, сближающимися с Землей и астероидами, чьи орбиты лежат внутри орбиты Земли [7]. За каждые 24 часа работы будут получаться в среднем 288 изображений. К сожалению, в конце 2012 г. пришло известие, что по финансовым соображениям работы над немецким спутником Asteroid Finder с телескопом апертурой 25 см, предназначавшимся для решения аналогичных задач, остановлены. Тем не менее, диапазон предложений по новым проектам широк: от небольших инструментов, аналогичных упомянутым выше, до крупных (2 м) космических телескопов [8].
В настоящее время в России разрабатывается проект программы федерального уровня — комплексной программы "Создание Российской системы противодействия космическим угрозам". В проекте программы подчеркивается необходимость создания системы обнаружения опасных небесных тел, в том числе на основе инструментов космического базирования. Такая работа начинается не "с нуля". В течение ряда последних лет разрабатываются технические предложения телескопов и систем космического базирования для обнаружения опасных небесных тел.
В [9, 10] предлагается система из двух телескопов, размещенных на значительном расстоянии (около 5 • 107 км) от Земли и друг от друга. Система предназначена для обнаружения опасных тел размером свыше 100 м, движущихся в направлениях от Солнца. В автоматическом режиме телескопы вращаются таким образом, что их поля зрения описывают два пересекающихся конуса (барьер), проходя который, опасное тело будет обнаружено. Система также позволяет проводить базисные наблюдения уже известных тел. Близкая идея "барьера", хотя и в другой реализации, представлена в [11].
Пока что все такого рода предложения носят характер идей или предварительных проработок некоторых аспектов и страдают отсутствием проработанного и полного технико-экономического анализа. Наиболее продвинулся в этом направлении ЦНИИ НПО "Комета", который в кооперации с Институтом астрономии РАН и ГАИШ МГУ им. М.В. Ломоносова подготовил проект (выполнена стадия предэскизного проектирования) астрономического космического комплекса, предназначенного для раннего обнаружения по-
тенциально опасных для Земли астероидов и комет и определения параметров их движения (комплекс "Небосвод"). Предполагается размещение в космосе одного или нескольких телескопов апертурой 1.5 м. Такие инструменты позволят решать задачу массового обнаружения ПОО размером от 50 м не позднее чем за 15—30 дней до возможного столкновения. Особенностью создания комплекса является необходимость решения ряда новых технологических задач: создание крупных инструментов, включая оптические элементы, из легких и прочных материалов (рассматривается карбид кремния), создание сверхширокоформатных приемников излучения и т.д. Стоимость такого проекта высока, а время, необходимое для разработки и создания космического комплекса не позволяет надеяться на запуск такой системы ранее, чем через 10—15 лет.
В данной работе мы представляем концепцию гораздо более экономичной системы, которая хотя и основана на использовании телескопов с меньшей проницающей силой, но обладает значительно большей производительностью и не требует для своего осуществления разработки совершенно новых технологий. Такая система может быть реализована за пять лет. Система предусматривает использование широкоугольных оптических телескопов умеренного размера (0.75 м) и малоразмерной платформы, разработанной в "НПО им. С.А. Лавочкина". Система может быть также использована и для обнаружения (наблюдения) космического мусора. Система названа ЭКОЗОНТ: Экономичная Космическая Обсерватория для Задачи Обнаружения Небесных Тел.
ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ И ФУНКЦИИ СИСТЕМЫ ЭКОЗОНТ
Основная задача создаваемой системы — заблаговременное обнаружение ОНТ (астероидов, комет), угрожающих столкновением с Землей. Основные функции
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.