Безальтернативность противоастероидной защиты с применением противобункерных ракет на базе российских С-500

Язык труда и переводы:
УДК:
52 1684
Дата публикации:
21 февраля 2022, 13:23
Категория:
Секция 09. Космонавтика и устойчивое развитие общества (концепции, проблемы, решения)
Авторы
Аннотация:
Рассмотрены результаты учений НАСА по астероидной опасности, прошедшие в апреле 2021 г. Впервые на примере полярной пары Антарктида — Северный Ледовитый океан представлена концепция последствий глобальной сферической волны от удара астероида. Показана несостоятельность предлагавшихся ранее способов противоастероидной защиты. Сделаны выводы о безальтернативности противоастероидной защиты с применением противобункерных ракет на базе российских С-500 для дефрагментации тела астероида на высоте около 100 км. Для этого предлагается создать тетраэдрическую систему космической защиты Земли из четырех основных взаимозависимых элементов: средства наблюдения, противобункерные ракеты, способ разработки этими ракетами тела астероида, средства их доставки от мест постоянного базирования к стартовым площадкам.
Ключевые слова:
астероидная безопасность, верхние слои атмосферы, опасный космический объект, противобункерные ракеты, противоастероидная защита Земли
Основной текст труда

В апреле 2021 г. прошли учения НАСА по астероидной безопасности. Результаты этих учений подтвердили полную бесперспективность предложенных ранее способов отражения астероидной атаки на Землю даже при обнаружении опасного космического объекта (ОКО) размером около 100 м за полгода до его столкновения с планетой. Реальное время обнаружения всех ОКО таких размеров исчисляется несколькими сутками. В результате было сделано предложение принять в качестве безальтернативного варианта способ противоастероидной защиты Земли в виде тетраэдрической структуры, включающей в себя четыре взаимозависимых элемента:

  • систему обнаружения ОКО;
  • инструмент воздействия на ОКО — противобункерные ракеты на базе российских С-500;
  • доставку этих ракет со стационарных пунктов до мест их стартов дирижаблями;
  • систему разработки ОКО в верхних слоях атмосферы (около 100 км над Землей).

Данный способ позволит разукрупнить тело ОКО до размеров, максимально сгорающих в атмосфере, и отказаться в дальнейшем от применения ядерных зарядов, что позволит отражать одновременную атаку нескольких ОКО. Рассмотрим данную тематику более детально.

Знаменитая Пучеж-Катункская астроблема имеет диаметр 80 км и центральную горку высотой почти 2 км. Посреди Среднерусской равнины — двухкилометровая гора, выходящая из кольцеобразного «цирка». Подобные образования обнаружены не только на Земле, но и на других планетах, в частности, на Луне. Общепринятым считается, что астроблемы — это след от падения крупного небесного тела на Землю (или другую планету). Положение о том, что после такого удара в месте падения остается выемка диаметром в десятки и сотни километров, не вызывает никаких сомнений. Но наличие «центральной горки» уже заставляет ученых искать ответ на вопрос о механизме ее возникновения. Все выдвинутые гипотезы сводятся к тому, что сначала горная порода поднимается в небо, а потом часть ее возвращается обратно, формируя насыпную центральную горку. Но вопрос о том, почему существуют астроблемы без горки и почему не вся порода возвращается остается открытым.

В 1991 году А.Ф. Черняев написал книгу «Камни падают в небо», высказав всего лишь предположение о возможности по каким-то причинам процесса выброса массы породы из земных недр без падения какого-либо тела сверху [1]. В своей «Эфиродинамике» В.А. Ацюковский предложил следующий механизм образования и «центральной горки» и самих астроблем. Он объясняет это явление выбросом эфирных потоков из недр планеты, захватывающих своим движением гигантские горные массы [2]. Причем сам выброс происходит в виде тороида, в центре которого действительно имеется пространство, которое при определенных динамических характеристиках его движения может полностью или частично захватывать горную массу. Именно поэтому какие-то астроблемы имеют «центральную горку», а какие-то нет. Возможно, подробное изучение эфиродинамических процессов в ближайшем будущем позволит по-новому взглянуть на неразрешимые в настоящее время научные проблемы, но есть и более простая модель, объясняющая происхождение астроблем. Удар по сфере формирует глобальную волну, которая по поверхности (астеносфера), выходя из одной точки планеты, устремляется к противополярной точке, встречаясь сама с собой. То есть именно на противоположном от астроблемы полюсе должны находиться следы «космического удара». Самым очевидным примером предлагаемого механизма образования комет (и не только) является пара Антарктида — Северный Ледовитый океан. Что также позволяет выдвинуть гипотезу о происхождении не только кометы, но и целой планеты — Луны.

Что данное положение означает на практике? Оно означает, что если на Землю в любой район с достаточно высокой вероятностью упадет массивное космическое тело, то глобальная волна пройдет по поверхности всей планеты, не оставив никаких шансов на выживание. В настоящее время стратегия выживания человечества подчинена решению двух проблем: глобальное потепление и пандемия. Данные продукты человеческой жизнедеятельности отодвинули на второй план решение проблем, связанных с угрозами, исходящими из Космоса. Космический мусор, космическая погода и астероидно-кометная опасность как бы перестали существовать и сняты с текущей повестки дня. Практически все силы мирового сообщества брошены на борьбу с пандемией, развивающейся на фоне именно глобального потепления климата. Последние учения НАСА по астероидной безопасности, прошедшие в конце апреля 2021 г., показали, что для противодействия астероидно-кометной опасности у землян нет никаких реальных средств. Даже за полгода после обнаружения реального опасного космического объекта размером 115 м, приближающегося к Земле со скоростью 15 км/с и готового упасть на Европу, не будет никакой возможности избежать столкновения. Были рассмотрены все предлагавшиеся ранее более-менее приемлемые способы защиты: отклонение с помощью так называемого «космического трактора», уничтожение астероида ракетой с ядерным зарядом на расстоянии нескольких миллионов километров от Земли, кинетический удар по типу «космического бильярда» с использованием как ракетных средств, так и других космических тел. Не вдаваясь в подробности возможности технической осуществимости предлагавшихся вариантов, однозначно можно утверждать: все их объединяет один существенный недостаток: для их предлагаемой реализации потребуется запас времени, гораздо превышающий шесть месяцев. Заметим, при почти 42000 сферических градусах космического неба вокруг Земли существующими средствами наблюдения одновременно может сканироваться не более нескольких градусов. И реальный минимальный срок обнаружения любого опасного космического объекта размером около 100 м сокращается в лучшем случае до нескольких суток [3].

В итоговом докладе по результатам последних учений НАСА содержится неутешительное заключение: в результате смоделированного столкновения Европа перестанет физически существовать. Другие последствия, такие как наступление «ядерной зимы», учеными НАСА даже не рассматривались. Между тем даже в таких жестких условиях решение существует.

В 2020 г. проявилась весьма интересная тенденция в решении проблемы астероидной безопасности. Предлагается не отклонить или уничтожить ядерным взрывом опасный космический объект ОКО за миллионы километров от Земли, а произвести его разделение на части в верхних слоях атмосферы. Действительно, интервал времени от момента обнаружения ОКО размером в несколько десятков метров до его столкновения (подлета) с Землей лежит в диапазоне от нескольких часов до нескольких суток. В одном из вариантов предложено применить кинетическое воздействие на эти объекты искусственных спутников и готовящихся к запуску космических аппаратов. Это воздействие должно произойти буквально за несколько секунд до столкновения, поскольку при скоростях астероидов в десятки километров в десятки километров в секунду и расположении спутников на высоте 200…1000 км получается именно такое время: секунды, максимум десятки секунд [4].

Более приемлемым представляется такое решение: провести аналогичное воздействие на ОКО в таком же временном диапазоне, но в отличие от неопробированной на практике идеи «космического бильярда на низких орбитах» предложено реализовать комплексное взаимодействие уже отработанных и положительно зарекомендовавших себя общеизвестных технологий. Рассмотрим некоторые из этих технологий.

Первая технология. Объект, на который предстоит воздействовать в верхних слоях атмосферы (100…150 км), представляет из себя осколок горной породы (для начала рассмотрим размеры 50…150 м в поперечном сечении), который необходимо разукрупнить на части (20…30 м), гарантированно сгорающих в земной атмосфере при движении со скоростями в десятки километров в секунду. В земных условиях такой объем горной породы разрабатывается без особых проблем буровзрывным способом с помощью карьерной техники. Горный массив обуривается по определенной сети скважин, в которые закладывают взрывчатое вещество ВВ из расчета максимум 1 кг ВВ на 1 м3 породы. Все количественные характеристики буровзрывных работ можно проверить в любом отраслевом справочнике. Данный пример приведен исключительно для наглядного представления самого процесса дефрагментации горного массива. Но вместо карьерного оборудования для разработки горного массива астероида предлагается привлечь разработку военных специалистов под названием «противобункерная бомба», способную выполнить роль карьерного оборудования в верхних слоях атмосферы. Так, американская противобункерная бомба GBU-57 имеет следующие характеристики: до взрыва погружается в грунт на глубину до 61 м и несет 2400…2700 кг взрывчатого вещества. Необходимым условием для ее применения является скорость падения в несколько километров в секунду, что вполне согласуется со скоростями сближения астероида с Землей. Но остается вопрос: как доставить эту бомбу до астероида? Существует ли такое средство доставки? Да, существует.

Вторая технология. Российский зенитно-ракетный комплекс С-500, если судить по общедоступным источникам, рассчитан на поражение целей, находящихся до 200 и более километров над земной поверхностью. Общая масса одного комплекса С-500 с четырьмя ракетами без учета массы тягача составляет 33 т. Несложный расчет позволяет утверждать, что за счет снижения высоты полета до 100…150 км и соответствующего высвобождения массы топлива создается предпосылка для создания общепланетарного инструмента воздействия на ОКО, представляющего из себя гибрид американской противобункерной бомбы GBU-57 и российского ЗРК С-500. Рой таких противобункерных ракет сможет разукрупнить астероид в непосредственной близости от Земли, будучи направлен прямо ему навстречу. Соответственно необходимое время упреждения сократится от нескольких лет до нескольких суток. Но возникает вполне закономерный вопрос: при ограниченном количестве таких систем и таком минимальном времени упреждения существует ли решение по быстрому развертыванию таких противоастероидных комплексов и подготовке мест их непосредственных стартов в любой точке Земли? Да, существует.

Третья технология. Средства обнаружения (наземные и космические обсерватории, места базирования ракетных комплексов, средства доставки этих комплексов к местам стартов. Такая логистическая система из трех взаимозависимых составляющих будет способна справиться с поставленной задачей. Если первые два элемента принципиально не представляют по отдельности какой-то сверхпроблемы, то третий элемент предлагаемой схемы взаимоувязывает и скрепляет в единое целое всю систему противоастероидной безопасности. Скорость доставки ракетных комплексов к местам их стартов определяет и места их базирования и глубину сканирования космического пространства. Этот третий элемент должен иметь следующие характеристики: достаточную грузоподъемность, а это десятки и даже сотни тонн, достаточную скорость передвижения, а это не менее 100 км/ч, и вседоступность что над земной, что над водной поверхностью. Такая технология имеется и получает с каждым годом новое развитие. Это — дирижабли. Свое наивысшее развитие этот вид транспорта нашел в «Атлантах» — самолето-вертолето-дирижаблях Г.Е. Вербы, которые с грузоподъемностью до 180 т и крейсерской скоростью 120 км/ч при наличии водной поверхности могут стать не только средствами доставки противобункерных ракет к местам их непосредственных стартов «на астероид», но и местами их пусков (наподобие «Морского старта» В.А. Лопоты). Тогда вся предлагаемая логистическая система увязывается в следующие характеристики (длина земного экватора 40000 км): При обнаружении ОКО за 10 суток до столкновения потребуется всего одна база. За пять су суток — 4 базы, за 60 часов — 14 баз.

Еще один закономерный вопрос. Даже при создании инструмента воздействия и обозначенной логистической структуры: каким способом производить воздействие непосредственно на объект, как «разрабатывать» такое космическое «месторождение», несущееся на Землю со скоростью в десятки километров в секунду, угрожая всему живому? И на этот вопрос имеется ответ.

Четвертая технология. Из опыта разработки рудных месторождений открытым способом известно: качество дробления горных пород взрывом повышается, когда ударная волна отражается на границе двух фаз «горная порода — открытое пространство. В горном деле даже существует метод, когда для лучшей проработки массив породы предварительно оконтуривают и взрывают по контуру, создавая так называемую «экранирующую щель». В случае применения противобункерных ракет для разработки «астероидного месторождения» открытое пространство окружает весь объект, а значит эффективность взрывания при большей площади отраженной волны будет выше. Кроме того, имеются все предпосылки для еще более качественного дробления горной породы с увеличением высоты взрыва. Не так давно автор настоящей работы предположил, что известное понижение атмосферного давления с высотой может этому способствовать. Предположение заключалось в следующем. С высотой увеличивается разность давлений взрывных газов и внешней среды. Это означает, что должна увеличиваться и скорость истечения этих газов, а значит и их кинетическая энергия, т. е. эффективность самого процесса взрывания. Отсюда следует, что эффективность взрывания для одинаковых пород на высокогорных карьерах должна быть выше, чем на равнинах. Высказанное в личной переписке автора предположение имело поддержку у А.Г. Секисова, доктора наук в области горного дела, который подтвердил, что наблюдал эффект более низкого выхода негабарита для гранитоидов высокогорного Тырныаузского месторождения (высота 3000 м) по сравнению с Сорским месторождением (высота 850 м).

Сам по себе способ отработки астероида противобункерными ракетами должен учитывать их последовательное проникновение:

  • от периферии к центру;
  • взрывание сначала дальних по ходу его движения участков, чтобы не создавать препятствий для последующих эшелонов роя ракет.

Необходимые число ракет для одного стометрового объекта условно составляет 55 шт. Расход взрывчатого вещества ВВ 1 килограмм на кубометр взят для условий «взрыва на выброс», когда горную породу подготавливают буровзрывным способом до крупности, допускающей ее выемку экскаваторами. Такого измельчения при разукрупнении астероида не потребуется (необходимы 20–30-метровые блоки). Поэтому количество ракет будет заведомо меньше. Применение непромышленных нетиповых, новых неядерных ВВ так же снизит количество необходимых ракет. Здесь поможет опыт применения экструдированных взрывчатых веществ, применяемых при исследовании кумуляционных эффектов.

Еще одна существенная особенность предлагаемого способа противоастероидной защиты — реальная возможность противодействовать не одному, а сразу нескольким опасным объектам, одновременно сближающимся с нашей планетой, что в ранее предлагавшихся известных способах даже не рассматривалось.

Из всего изложенного следует однозначный вывод: любым программам освоения космического пространства, в том числе лунной программе, должна предшествовать разработка системы противоастероидной защиты с применением уже отработанных на Земле технологий.

Литература
  1. Шустов Б.М., Рыхлова Л.В. Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 372 с.
  2. Шустов Б.М., Рыхлова Л.В., Кулешов Ю.П., Дубов Ю.Н., Елкин К.С., Вениаминов С.С., Боровин Г.К., Молотов И.Е., Нароенков С.А., Барабанов С.И., Емельяненко В.В., Девяткин А.В., Медведев Ю.Д., Шор В.А., Холшевников К.В. Концепция системы противодействия космическим угрозам: астрономические аспекты // Астрономический вестник. Исследования Солнечной системы. 2013. Т. 47. № 4. С. 327–340. DOI: 10.7868/S0320930X13040221
  3. Боровский Ю.В., Жаворонков Г.Н., Сердюков Н.Д., Шубин Е.П. Гражданская оборона. М.: Просвещение, 1991. 223 с.
  4. Шустов Б.М., Нароенков С.А., Емельяненко Н.Ю., Шугаров А.С. Астрономические аспекты построения системы обнаружения и мониторинга опасных космических объектов // Астрономический вестник. Исследования Солнечной системы. 2013. Т. 47. № 4. С. 312–320. DOI: 10.7868/S0320930X1304021X
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.