Главная Статьи Возможен ли полет человека на астероид?

Возможен ли полет человека на астероид?

30.05.2011 Тема: Астероиды

Высадка на астероид (изображение - http://www.space.com)

После отмены программы возвращения на Луну NASA не оставила планов по продолжению пилотируемых полетов и, в частности, по высадке человека вне Земли. Новый проект «Гибкий путь» (Flexible path) направлен в первую очередь на изучение околоземных объектов. Такие объекты чрезвычайно важны и интересны, так как они представляют угрозу для Земли и одновременно могут явиться источниками ресурсов. При любом полете, особенно вне пределов низких околоземных орбит, решающее значение принимают затраты суммарной характеристической скорости. Именно от этого зависит, сколько полезной нагрузки может быть доставлено к цели. На данный момент из 6699 известных околоземных объектов 65 могут быть достигнуты с суммарными затратами менее чем в 4.5 км/с. К примеру, при маневрировании космического корабля «Союз» при приближении и стыковке с МКС тратится около 60 м/с. Очевидно, для полетов с затратами практически в сто раз больше необходимо не только создать более совершенный аппарат и выбрать более оптимальную схему маневрирования (КА «Союз» использует практически оптимальную схему), но и выбрать объект, до которого проще долететь. Не стоит забывать и о других критериях отбора объектов. Это время перелета, достаточно широкое стартовое окно (время, в течение которого можно проводить запуск без заметного изменения характеристик полета), пригодность объекта для исследования и, возможно, высадки.

Научный интерес к астероидам, в том числе околоземным, объясняется тем, что они образовались в период формирования Солнечной системы. Кроме того, в отличие от планет, они не претерпели с тех времен значительных изменений. Таким образом, астероиды являются ценнейшим источником информации о формировании Солнечной системы. Об этом и других возможных целях исследования астероидов мы уже писали ранее. Не менее важной проблемой является астероидная угроза. Как известно, на данный момент общепринятой гипотезой вымирания динозавров является стокновение с астероидом. Чтобы не разделить их участь, необходимо проводить исследования орбит астероидов и способов их коррекции. Ведь для этого могут потребоваться технические средства, которые нельзя подготовить за несколько месяцев с момента обнаружения опасного объекта до его столкновения с Землей. Необходимо наблюдение орбиты астероида при каждом его прохождении близко с Землей для определения ее эволюции и вероятности столкновения при следующем пролете. Причем наблюдение орбит астероидов, которые близки земной орбите, затруднено тем, что они зачастую проводят большую часть времени с другой стороны Солнца и не могут поэтому наблюдаться.

Все это приводит к тому, что выбор околоземного объекта для высадки стал насущной необходимостью. Предполагается, что существует около 100000 объектов с диаметром в 100 метров и больше, из которых сейчас известны 6000.

Наилучшим способом полета к околоземным объектам, как и ко всем объектам, находящимся вне пределов околоземных орбит, является заправка в космосе. Использование одного космического аппарата с дозаправкой на орбите может увеличить массу, которую он доставит к околоземному объекту, в три раза. Выигрыш налицо, но на данный момент таких технологий не существует, а их разработка, скорее всего, будет стоить слишком дорого. Кроме того, потребуется разработка новой ракеты-носителя и космического аппарата, что будет стоить не меньших денег и займет слишком много времени. Поэтому на данный момент единственный способ осуществить полет человека (или любой другой массивной полезной нагрузки) к околоземному объекту – найти такой объект, затраты суммарной характеристической скорости на перелет к которому будут реализуемы в настоящее время. Однако, для исследования большинства объектов, затраты на перелет к которым составляют 6 км/с или больше, невозможны без заправки на орбите.

Распределение астероидов по скоростям перелета (изображение - http://arxiv.org/)
Околоземными считаются тела, орбиты которых лежат внутри орбиты Марса, но вне орбиты Земли. При этом довольно большое число объектов, имеющих околокруговую орбиту с большой полуосью, близкой к 1.2 астрономических единиц сразу исключаются из рассмотрения, так как перелет к ним слишком затратен. Интерес представляют только тела, затраты на переход к которым с низкой околоземной орбиты реализуемы на данный момент. Здесь приведено распределение количества таких объектов в зависимости от их скоростей. Считается, что перелет осуществляется по гоманновской орбите, которая является оптимальной с точки зрения затрат суммарной характеристической скорости. Как видно из представленного распределения, подавляющее большинство объектов имеет суммарные затраты, превышающие 6 км/с (пик соответствует 6.65 км/с). Более того, здесь учтены лишь затраты на перелет в одну сторону. Затраты на обратный перелет не обязательно будут такими же. Однако, они не обязательно будут больше затрат на прямой перелет. Наибольший интерес представляют объекты с суммарными затратами, не превышающими 4.5 км/с, которых, с одной стороны, довольно много – 65 штук, а с другой – довольно мало, всего 1%.

Как уже было сказано, на данный момент известны далеко не все околоземные объекты. Считается, что их может быть на порядок больше. Однако, в силу особенностей их орбит обнаружение новых объектов сильно затруднено. Поскольку большую часть времени они обычно проводят близко к Солнцу (для наблюдателя с Земли), а то и вовсе им скрыты. Поэтому использовать обычные оптические методы не удается, необходима разработка других способов. Поэтому в ближайшем времени поиск цели для высадки вряд ли будет расширен.

Распределение этих 65 объектов (выделены красным), а также других околоземных объектов по полуосям и эксцентриситетам имеет некоторые интересные особенности.

Распределение астероидов по параметрам орбиты (изображение - http://arxiv.org/)

1. На рисунке синяя линия соответствует высоте апогея в 1 астрономическую единицу, зеленая – аналогичной высоте перигея. Довольно мало околоземных объектов имеет орбиту, близкую к земной. Разумеется, большую часть из них составляют те самые 65 объектов. Для них не представлены наклонения, но они составляют в среднем 2.3 градуса и не превышают 7 градусов, тогда как в среднем для всех околоземных объектов наклонение составляет 14.1 градуса. Это приводит к тому, что большинство из 65 выделенных объектов изменяют свое расстояние от Земли медленно, с периодом около 20 лет.

2. Большая часть из 65 объектов имеет диаметр менее 140 метров, что можно определить по их яркости (на рисунке чем больше треугольник объекта, тем он ярче). Малые объекты имеют меньшую яркость, поэтому их труднее наблюдать, а значит, труднее и точно определить их орбиту. Большую часть их можно наблюдать раз в несколько десятков лет.

Таким образом, выбор подходящего астероида и полет к нему – трудная задача. Кроме этого, есть и другие проблемы, связанные с высадкой человека на астероиде. Многие их них имеют сильно неравномерную поверхность и большую скорость вращения, что делает высадку чрезвычайно опасной. Многие, кроме того, вращаются не вокруг центра масс, что вызывает труднопрогнозируемые вибрации. Наличие летучих веществ может привести к взрыву. Для многих объектов стартовое окно довольно узко. Вместе с тем, их орбиты известны довольно плохо, и их улучшение может потребовать перенос запуска на значительное время.


Читайте также в статьях:
Астероиды на орбитах с высоким наклонением устойчивы к столкновениям.Сила наклонных астероидов
Астероиды на орбитах с высоким наклонением устойчивы к столкновениям.

В теплых астероидах молодой Солнечной системы могли появляться органические соединения.Жизнь в астероидах
В теплых астероидах молодой Солнечной системы могли появляться органические соединения.

Использование внеземных ресурсов может оказаться выгодным очень скоро.Пора копать
Использование внеземных ресурсов может оказаться выгодным очень скоро.

Читайте также в новостях:
07-03-2014
Впервые удалось наблюдать полное разрушение астероида.
05-03-2014
Небольшой астероид пройдет вблизи Земли и Луны сегодня ночью.
20-02-2014
Землю миновал исчезнувший астероид.