Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра

Общая схема проведения миссии определяется параметрами астероида. Ниже в табл. 10.5 приведены основные параметры астероида Апофис, определяющие условия полета КА в его ближайшей окрестности. В таблице указана рабочая орбита искусственного спутника астероида, определяемая уровнем возмущающих сил относительно гравитационного поля самого астероида. Эти силы создаются, в первую очередь, притяжением со стороны Солнца, а также Юпитера и остальных планет, и их относительный уровень задается коэффициентом k_r, лежащим в пределах от 0 до 1.

В последней строке приведен радиус малых возмущений, определяющий астероидоцентрическую область, в которой влияние внешних сил пренебрежимо мало (менее 0,3 %). В этой области следует выбирать конкретные орбиты искусственных спутников астероида.

В табл. 10.5 приведена такая характеристика, как диаметр астероида. Следует иметь в виду, что эта характеристика является условной. По сути дела, она представляет собой просто эквивалент абсолютной звездной величины астероида, вычисленный на основе предположений об отражающих свойствах его поверхности. В действительности малые астероиды могут иметь геометрическую форму, весьма далекую от шарообразной.

В качестве примера на рис. 10.15 приводится фотография малого астероида Итокава, полученная с борта КА Хаябуса японской космической миссии к данному астероиду. Предположительно астероид Итокава можно рассматривать как двойник астероида Апофис, хотя его размеры и масса существенно больше.

Таблица 10.5. Основные параметры Апофиса

^{Рис. 10.15. Облик КА Хаябуса (слева) и фотография малого астероида Итокава (справа), сделанная этим КА. На астероиде видна тень КА}

В табл. 10.6 приводятся расчетные характеристики движения КА на астероидоцентрических орбитах с различной высотой h, определенные для условной массы КА, равной ~ 1000 кг. Этими характеристиками являются: гравитационное ускорение g_h на заданной астероидоцентрической высоте h, первая космическая скорость V₁, период обращения КА P_h и его вес Q_h (т. е. сила притяжения КА к Апофису) на высоте h.

Величины сил, ускорений и скоростей весьма малы. Так, например, первая космическая скорость составляет всего лишь несколько сантиметров в секунду. Это обстоятельство накладывает свои ограничения на управление космическим аппаратом при выходе на его орбиту, т. е. система управления движением КА должна использовать управляющие воздействия на уровне долей сантиметра в секунду. Правда, это не является принципиальным препятствием, и технология управления движением космическими аппаратами, как показывает пример миссии Хаябуса, уже существует.

На рис. 10.16 (см. вклейку) показан возможный облик космического аппарата миссии разведки, доставляемого непосредственно в район астероида. Общая масса самого аппарата составляет 700–800 кг, а его запуск может осуществляться стандартным относительно недорогим носителем «Союз-2» с разгонным блоком «Фрегат» разработки НПО им. С. А. Лавочкина. Связь с КА предлагается вести в диапазоне X ( = 3 см), что позволяет при диаметре бортовой антенны порядка 1,5–2,0 м и мощности бортового передатчика ~ 15 Вт вести дальнюю связь с наземными пунктами управления, имеющими антенны диаметрами 30 и 70 м.

Таблица 10.6. Параметры астероидоцентрического движения КА

На рис. 10.17 в качестве примера показана орбита перелета, оптимизированная для даты старта миссии 13.05.2012. Длительность перелета к астероиду составляет ~ 330 сут.

После выхода на орбиту спутника астероида КА в течение трех месяцев проводит траекторные измерения и научные исследования астероида по особой программе. Во время исследований возможен дополнительный сброс малого посадочного модуля на поверхность астероида. Этот модуль обеспечит определение основных кинематических и структурных характеристик данного астероида.

^{Рис. 10.17. Схема перелета Земля — Апофис}

После завершения программы исследований КА останется работать на орбите в режиме радиомаяка, обеспечивая траекторные измерения в течение нескольких лет. Такое планирование работы КА позволяет повысить надежность работы аппаратуры КА миссии в целом. Выбранная дата старта обеспечивает резерв времени, достаточный для проведения дальнейших операций по противодействию астероидной угрозе в случае необходимости.

На всем перелете связь с КА миссии можно обеспечивать через наземные пункты космической связи России и Украины — Медвежьи Озера (Подмосковье), Уссурийск (Дальний Восток) и Евпатория (Крым). Условия старта обеспечивают радиовидимость КА для каждого из этих пунктов в течение не менее полусуток. После выхода КА на астероидоцентрическую орбиту эти же пункты связи будут обеспечивать сопровождение Апофиса и точное определение его траектории.

В заключение отметим, что КА, остающийся на астероидоцентрической орбите, дополнительно позволяет провести эксперименты по гравитационной буксировке астероида.