Пояс Астероидов – золотое дно, Эльдорадо для человечества.
Сотни миллионов, миллиардов, триллионов тонн бесценных
элементов. Тут столько несметных богатств, что каждый человек
на планете от ребенка до старика может стать миллионером.
Бен Бова «Старатели»
Не ставшие планетой
Между орбитами Марса и Юпитера, как известно, находится Пояс астероидов, который в последнее время чаще именуют Главным поясом астероидов или – для краткости – просто Главным поясом. Тем, кто представляет себе аккуратненькое колечко с четко выраженными границами, битком набитое каменными глыбами различного размера так, что любой пролетающий через него корабль будет находиться под постоянной угрозой астероидной атаки, придется несколько подкорректировать эту воображаемую картину. Четких границ у пояса нет: часть астероидов «вылезает» даже за орбиту Венеры, некоторые скопления вплотную подбираются к орбите Юпитера, а скопления «Троянцы» и «Греки» и вовсе лежат на его орбите. Что же касается гипотетической опасности для пролетающих кораблей, то практика полетов автоматических межпланетных станций показала: вероятность случайного столкновения с летающей в космосе каменюкой практически равна нулю.
Некоторое время популярна была теория о том, что астероидное кольцо является осколками погибшей планеты Фаэтон. Однако на самом деле все обстоит с точностью до наоборот. Астероиды вовсе не осколки погибшей планеты, а результат того, что под действием полей тяготения соседей (в первую очередь Юпитера) планета так и не собралась.
Немного цифр
Если «слепить» все астероиды Главного пояса в одно космическое тело, то получится шарик, масса которого составит всего 4% от лунной. Причем Веста, Гигея, Паллада и карликовая планета Церера (до недавнего времени тоже «числившаяся» астероидом) дадут более половины этой массы. Всего же к 2006 году было открыто 285075 астероидов, а общее их количество оценивается в несколько раз больше.
Долгое время (с 1787 года, в котором барон Франц Ксавьер фон Цах начал поиск планеты между Марсом и Юпитером и по 1943-й, в котором Кеннет Эджворд предположил существование «огромной массы мелкого материала на окраине Солнечной системы) астероидное кольцо считалось единственным образованием такого рода в Солнечной системе. Но в 1992 году теория о внешнем кольце подтвердилась. Оно получило название «Пояс Койпера», а позже к нему добавились Рассеянный диск за внешними границами Пояса и Облако Оорта на расстоянии примерно светового года от Солнца, существование которого пока доказано только теоретически.
Вот после этих открытий астероидный пояс между Марсом и Юпитером получил в свое название слово «главный». Его мелкие «аборигены» довольно долго не привлекали к себе особого внимания, пока не обнаружилось, что астероиды – настоящие космические сокровищницы Али-Бабы. А еще – источник опасности для жизни на Земле. К концу ХХ века интерес к малым телам Солнечной системы заметно увеличился, а в начале нашего столетия тут и там начали говорить о необходимости дальнейшего изучения, а впоследствии и освоения богатств Главного кольца.
Смена приоритетов
16 апреля 2010 года, выступая в космическом центре имени Кеннеди на мысе Канаверал, президент США Барак Обама заявил: «Нам необходимо не просто продолжать двигаться по проторенному пути, мы хотим осуществить прыжок в будущее. Сначала впервые в истории мы доставим астронавтов к астероиду. А к середине 30-х годов, уверен, мы сможем доставить людей на орбиту Марса, благополучно вернуть их на Землю и после этого осуществить уже высадку на Марс». Такая трактовка «прыжка в будущее» привела к тому, что все разработки «возвращения на Луну», над которыми в NASA мучились с 2004 года в рамках программы «Созвездие», практически оказались не нужны. Почему в Соединенных Штатах так заинтересовались астероидами? В том же выступлении Обама уточнил: их необходимо изучать как потенциально опасные объекты, угрожающие жизни на Земле и национальным интересам США. Возникает ощущение, что если Рональд Рейган очень любил «Звездные войны», то у нынешнего хозяина «Белого дома» другой любимый голливудский блокбастер – «Армагеддон».
Не так, как в кино
Полет к астероиду в реальности имеет мало общего с «Армагеддоном». И тут речь даже не о бурильщиках, которые в минимальные сроки были превращены в астронавтов. В кино команда Брюса Уиллиса добралась до астероида на двух «Шаттлах». На самом же деле для полета даже к тем астероидам, которые подбираются довольно близко к Земле, нужен полноценный космический корабль, способный осуществить «автономку» примерно полугодичной протяженности. Такого нет сейчас ни у американцев, ни у кого-то еще. Ближе всего к искомому стоят советские разработки тяжелых межпланетных кораблей для марсианской экспедиции. Тем более что на «астероидном» маршруте у космонавтов возникнут сходные проблемы с защитой от космического излучения, условиями работы экипажа и многим другим – разве что можно снять вопрос посадочного модуля. Прогуляться пешком по поверхности астероида будет непросто: слишком легко при такой ничтожной силе тяжести внезапно улететь в дебри Главного кольца. Гораздо проще дрейфовать рядом с космическим телом и работать, «опираясь» на корабль.
Однако визит астронавтов непосредственно в пояс астероидов – дело хлопотное и весьма затратное. Поэтому в первом приближении NASA нацелилось на те объекты, которые подбираются как можно ближе к Земле. Для полета к ним вполне подойдет и «наследие» «Созвездия» – пилотируемый корабль «Орион», пока еще не построенный, но неплохо проработанный. Можно поступить и еще проще – оттранспортировать небольшой астероид на стабильную лунную орбиту и там исследовать. Эскизы специального захвата, получившего название «космическое лассо», уже прорабатываются, однако и такой «полет к астероидам» в нынешних условиях для бюджета NASA – непозволительная роскошь. Так что пока за океаном работают над программой OSIRIS-Rex. Автоматическая межпланетная станция должна добраться до астероида (101955) Бенну, картографировать его поверхность и взять пробы грунта. Полет намечен на 2019–2023 годы. В целом ничего нового в OSIRIS-Rex пока нет – все то же самое проделала в 2003–2010 году японская автоматическая межпланетная станция «Хаябуса».
Одиссея третьей «Хаябусы»
Япония использовала имя «Хаябуса» («Сапсан») для своих машин трижды – в 1942 году началось производство истребителя Nakajima Ki-43 Hayabusa. С 1999 года компания «Сузуки» производит мотоцикл GSX1300R Hayabusa, а 9 мая 2003 года в полет к астероиду (25143) Итокава отправилась межпланетная станция с таким названием. Планировалось, что полутонный аппарат выполнит картографирование поверхности космического тела, произведет забор грунта и доставит его на Землю к 2007 году. Однако история «Хаябусы» показала, какую роль в межпланетных полетах могут сыграть незапланированные случайности и нештатные ситуации. А их в одиссее японского «Сапсана» хватало. Во время перелета солнечная вспышка нарушила работу солнечных батарей. Ионный двигатель тоже работал неидеально. В результате «Хаябуса» не мог похвастаться ни скоростью, ни маневренностью и задержался в пути к Итокаве на три месяца. Когда аппарат приблизился к астероиду на 20 км и начал программу исследований, выяснилось: два гироскопа из трех не работают. Это поставило всю работу на грань срыва. В ноябре 2005 года при одной из посадок на поверхность Итокавы была потеряна связь с минироботом «Минерва», который должен был работать на поверхности астероида. Наконец, 26 ноября при попытке забрать грунт «Хаябуса» повредил один из двигателей, а вскоре связь с аппаратом была утрачена. Только через три месяца ее удалось восстановить. Выяснилось, что забор грунта был произведен, но все попытки запустить маршевый двигатель «Хаябуса» не имели успеха до 4 февраля 2009 года. Только 13 июня 2010 года японский аппарат вернулся на околоземную орбиту и сбросил на поверхность капсулу с драгоценными полутора тысячами микрозерен астероидной пыли.
Астероидная опасность – призрачная или реальная?
С середины прошлого века в фантастической литературе, а позже и в кинематографе начал укоренятся апокалиптический сюжет о гибели всего живого – или, как минимум, о катастрофе на Земле – в результате падения на ее поверхность астероида. В 1979 году на экраны вышел фильм «Метеор», однако – как это принято говорить сейчас – мейнстримом это стало после премьеры блокбастера «Армагеддон» в 1998 году. Хотя сейчас фильм используется в NASA для тренировки менеджеров (им предлагают найти как можно больше технических ошибок – а всего их 168 на 144 минуты действия), он и вышедший одновременно «Столкновение с бездной» показали широкой публике, насколько велика «астероидная угроза». Сейчас разве что единицы не знают о том, что падение астероида на Землю вызвало вымирание динозавров (хотя пока это только одна из гипотез), а 250 млн. лет назад другой «космический убийца» привел к массовому исчезновению живых организмов на нашей планете.
Насколько же велика астероидная опасность на самом деле? Столкновение нашей планеты с относительно крупным астероидом – примерно километрового размера – приведет, скорее всего, к прекращению жизни на ней. За исключением самых простых форм. Астероиды 300-метрового «класса» (из них на слуху Апофис, «визит» которого в околоземное пространство ожидается в 2029 году) способны привести к частичному уничтожению жизни на планете. Но и «рядовой» космический «гость» может натворить немало бед. Представьте в качестве примера, что знаменитая Тунгусская катастрофа 1908 года повторится не в глухой тайге, а неподалеку от Токио, Нью-Йорка или Москвы.
Но наибольшее беспокойство у ученых вызывают в первую очередь не астероиды Главного кольца, а те космические «скитальцы», которые иногда пересекают земную орбиту или обосновались в непосредственной близости – внутри или у самых границ. Эти скопления небесных тел называются группа Апполона, группа Амура и группа Атона. Астероид 2004 FU162 в 2004 году сблизился с Землей до 6535 км, TS26 – в 2008-м подобрался до 6150, а 2009VA – в 2009-м до 14000 км. Последний не превышал 7 м в диаметре. Правда, даже в случае падения на поверхность планеты эти «небесные гости», скорее всего, рассыпались бы в атмосфере, как это произошло с Челябинским метеоритом в 2013 году. Кстати, по своим размерам до схода с орбиты Челябинский метеорит почти в три раза превышал 2009VA, но из 7 тыс. тонн начальной массы на поверхность планеты в виде отдельных обломков упало всего 4–6 т, а самый крупный обломок из них имел вес 654 кг. Если сравнивать Челябинского гостя со знаменитым Тунгусским, то разрушение в атмосфере последнего привело к взрыву в 10 раз более мощному, чем тот, который прогремел над Челябинском 15 февраля 2013 года.
Туринская шкала и астероиды-убийцы
На 2009 год в «окрестностях» нашей планеты ведется наблюдение за примерно тысячей небесных тел, которые рано или поздно могут наведаться к нам «в гости». Для оценки их потенциальной опасности используется так называемая Туринская шкала. Один бал по этой шкале в настоящий момент имеют всего два астероида. Это означает, что вероятность их столкновения с Землей чрезвычайно низка и нет никаких причин для заострения на этом общественного внимания. Правда, один из «однобалльников» довольно увесист – астероид 2013 TV135 имеет диаметр около 400 м. Что же касается знаменитого Апофиса, то он в 2004 году получил 4 балла по Туринской шкале – это значит, что вероятность столкновения превышает 1%; в результате возможны локальные разрушения. Правда, позже его опасность снизили до единицы, а потом и вовсе до нуля.
На текущий момент ни одного небесного тела, угрожающего жизни на Земле, не обнаружено. Однако, если все же «астероид-убийца» появится – как с ним бороться?
Война с астероидами – тактика и стратегия
Методов борьбы с астероидной угрозой за последние годы придумано немало. Самый древний (если считать фантастику и кино) это подрыв астероида ядерными зарядами. Такой метод показан и в «Армагеддоне», и в «Столкновении с бездной». Ядерные боеголовки могут растереть астероид в космическую пыль – ту самую, благодаря которой в околоэкваториальных областях ночами можно наблюдать зодиакальное свечение. Но это вовсе не обязательно. Даже разрушать источник потенциальной угрозы нет надобности. Достаточно при помощи ядерного взрыва подправить его траекторию так, чтобы он прошел мимо цели. Или (если речь идет о терраформировании Венеры) наоборот, направить его на цель. «Ядерный способ» сейчас считается самым быстрым – для нейтрализации угрозы астероид, по подсчетам ученых, достаточно обнаружить за несколько лет.
Не менее «оперативным» средством является таранный способ: чтобы астероид не ударился о Землю, надо ударить чем-то его. Тогда траектория полета космического тела изменится. Таранный способ имеет еще одно достоинство – он относительно дешев. Так, чтобы сбить с траектории 350-метровый Апофис, его надо таранить (естественно, не в лоб) космическим кораблем, имеющим вес около тонны. «Хаябуса» весила 510 кг, а весь проект обошелся в 150 млн. долларов по ценам 2003 года. Лишенный научной начинки корабль-таран в две «Хаябусы» весом вряд ли обойдется дороже.
Остальные способы требуют большего времени для реализации – потенциальную угрозу надо обнаружить примерно за десятилетие. Изменить траекторию опасного астероида можно при помощи космического буксира – корабль с мощными ионными двигателями может несколькими способами спихнуть астероид с орбиты. Также остановить астероид-убийцу можно… при помощи самого астероида: разместив на нем электромагнитную пушку, стрелять из нее кусками самого космического пришельца. При этом его масса будет уменьшаться, а траектория – меняться.
Наконец, можно создать постоянную «антиастероидную» батарею. В ее роли может выступать расположенное на орбите гигантское зеркало из тонкой пленки. С его помощью на опасном астероиде можно будет сфокусировать потоки солнечного света, что вызовет нагрев поверхности и испарение части массы опасного «гостя», а возникшая в результате испарения реактивная тяга изменит его орбиту. В «свободное» время» такое зеркало можно использовать и в мирных целях – например, освещая приполярные районы.
Такой же технологией двойного назначения может стать расположенная на Луне электромагнитная катапульта. В «мирное» время она сможет выстреливать на окололунную орбиту грузовые капсулы, а при «нападении» астероида – ударить по «врагу» каменным ядром и повторить это действие столько раз, сколько будет необходимо, чтобы «спихнуть» потенциальную опасность с траектории.
Катаклизм планетарного масштаба
На заре своего существования наша планета не просто сталкивалась с астероидами, а подвергалась постоянной бомбардировке из космоса. Это событие ученые окрестили «поздней тяжелой бомбардировкой», «лунным катаклизмом» и «последней метеоритной бомбардировкой». Очень хочется считать, что третий вариант названия окажется пророческим. В период от 4,1 до 3,8 млрд. лет назад, когда формирование Главного пояса астероидов еще не было закончено, внутренние планеты подверглись настоящему обстрелу. Именно в это время образовалась большая часть лунных кратеров. Ученые не склонны считать, что Венера, Марс, Меркурий и Земля оказались более счастливыми, чем наша ближайшая соседка, и предполагают, что за этот промежуток времени на Землю обрушилось 22 тыс. метеоритов, образовавших кратеры более 20 км в диаметре; 40 астероидов, оставивших после себя отметины более чем 1000-километрового размера и несколько настоящих гигантов, после которых на поверхности остались метеоритные чаши в 5 тыс. километров диаметром.
Астероиды на разборку
Астероиды не только несут в себе – как мы убедились – высокую, но маловероятную опасность. Они могут стать еще и настоящей палочкой-выручалочкой для земной цивилизации. Поэтому пока одни готовятся отбивать астероидную угрозу, другие уже строят планы переработки разбросанных в космосе астрономических богатств.
Сокровищницы в космосе
75% астероидов Главного пояса принадлежит к категории С – углеродистым. В их составе оксиды железа, оливин, кремний, магний и главное богатство – вода. Второе место по количеству занимают астероиды S-группы. Это силикаты различных металлов и опять-таки железо и магний. Металлические асероиды М-группы – настоящие летающие месторождения никеля и железа. Кроме того, «переработав» астероид, можно получить титан, кобальт, платину, марганец, молибден, родий. Один астероид М-класса километрового диаметра может содержать до 2 млрд. тонн железно-никелевой руды – в 2–3 раза больше, чем было добыто на всей нашей планете, например, в 2004 году. А 250-километровая Психея обеспечила бы человечество той же рудой на несколько миллионов лет. Да и другие ресурсы в Главном поясе имеются в изобилии. Так, двойной астероид Патрокл (пара небесных тел диаметром 122 и 112 км) целиком состоит из воды.
Все золото, кобальт, железо, марганец, молибден, никель, осмий, палладий, платина, родий, рений, рутений, добываемые сейчас из верхних слоев Земли, чаще всего являются остатками астероидов, падавших на Землю во время «поздней тяжелой бомбардировки» 4,1-3,8 млрд. лет назад. В земных недрах они перемешивались с пустой породой, окислялись – в общем – портились. А на астероидах все эти богатства лежат в чистом «первозданном» виде. Рыночная стоимость 1,5-километрового астероида составляет примерно 20 трлн. долларов США! И неудивительно, что уже создана компания Planetary Resources, которая ставит своей задачей переработку астероидных богатств. В этом году новоявленные космические старатели собираются запустить в космос миниспутники-разведчики для поиска подходящих астероидов. А на пятки уже наступают конкуренты – созданная с такими же целями компания Deep Space Industries.
Пока из «летающих сокровищниц» наиболее перспективными кажутся астероид (4660) Нерей, (6178) 1986 DA, (216) Клеопатра.
Как будет происходить разбор астероидов? Есть несколько технологий. Можно переместить астероид на орбиту между Луной и Землей, после чего разбирать его на составляющие в непосредственной близости от «потребителя». При этом, естественно, существенно сократятся затраты на доставку добытых металлов, особенно если обрабатывать руду тут же – на орбите. Невесомость и отсутствие атмосферы в данном случае может быть даже плюсом. Что же касается изменения орбиты астероида, то выше уже говорилось – для этого нужны не такие уж и большие усилия.
Так же рассматривается вариант «переработки» астероида прямо на месте с последующей доставкой руды на околоземную орбиту. Рентабельность этого способа в сравнении с транспортировкой самого астероида надо еще рассматривать, но в принципе автоматические космические рудовозы будут стоить на порядок дешевле пилотируемых межпланетных кораблей.
Наконец, третий вариант освоения астероидных богатств – полный цикл переработки прямо в поясе с отправкой на Землю уже чистых металлических слитков. И тут уже, как ни автоматизируй процесс, без участия человека обойтись будет сложно. А это порождает дополнительные проблемы: практически полное отсутствие силы тяжести на астероидах, космические излучения, создание систем жизнеобеспечения замкнутого цикла.
И тут-то следует обратить внимание на малую планету (а в прошлом – астероид) Цереру. Имея в диаметре 950 км, Церера на 25% состоит из воды. Также здесь в значительных количествах присутствует азот. Наличие этих веществ серьезно облегчает процесс создания обитаемой базы. Еще в 2004 году в NASA был проведен конкурс на лучший проект обитаемой станции на орбите Цереры, а опираясь на нее, можно начать освоение и самой малой планеты.
Кроме центра добывающей промышленности Главного пояса, в будущем Церере уготована еще одна роль: это отличный полустанок между планетами земной группы и газовыми гигантами с их спутниками. Пополнив на орбите Цереры запас топлива, кислорода и воды, которые будут добываться тут же, в Поясе, космические корабли с Земли или Марса смогут продвинуться дальше к Ио – с ее вулканами, океанам Европы, ледяным просторам Ганимеда и Каллисто, – которая, по современным представлениям, должна стать форпостом для освоения спутников Юпитера.
Председатель совета директоров Deep Space Industries Рик Тамлинсон рассуждает о перспективах, которые обещает освоение Главного пояса, в таком ключе: «В конечном счете, мы станем оазисом, где вы сможете получить воздух и топливо. Или своеобразной бензоколонкой на орбите. Вы также сможете взять шлак, который станет отходом этой реакции, и использовать его для строительства зданий и защитных сооружений на вашей новой планете».
