В романе Ивана Антоновича Ефремова «Туманность Андромеды», журнальный вариант которого начал выходить еще до запуска первого спутника, описано фантастическое устройство – «геологическая бомба».
На планету сбрасывается заряд огромной мощности, взрывается, образцы минералов поднимаются в верхние слои атмосферы, откуда засасываются в пробоотборники пролетающего звездолета.
Прошедшие годы развития космонавтики показали, что Иван Антонович (который, как известно, был еще и палеонтологом) в целом правильно предсказал будущее.
Правда, на небесные тела не сбрасывались бомбы огромной мощности, но миссии, производившие большой выброс и изучавшие его, были в истории космонавтики.
Но фильм «Армагеддон» можно смотреть только как комедию — и шаттлы бы не долетели до астероида, а практика космонавтики показывает, что героические бурильщики с Брюсом Уиллисом оказываются совершенно лишними.
Единственная разумная концепция в фильме заключается в том, что для большего эффекта заряд лучше взорвать под поверхностью.
В этом материале мы поговорим об импакторах – устройствах, которые человечество намеренно сломало или вот-вот собирается разбить на другие небесные тела.
Импактор врезался в комету 9P/Темпель, фото Deep Impact/НАСА
Жёсткие посадки
Станции программы Е-3, «Луна-1» и «Луна-2» Первым аппаратом, который был запущен с целью попадания в другое небесное тело, стала советская «Луна-1», совершившая полет 2 января 1959 года.
Но она промахнулась – по одной из версий, не учли время, необходимое для полета.
команду на выключение двигателя с наземной станции на ступень ракеты-носителя, успевшую отойти достаточно далеко; По другой, сотрудники наземного центра управления допустили ошибку при настройке приборов 1 января.
Станция прошла мимо Луны, зафиксировав отсутствие у нее магнитного поля.
Но «Луна-2», запущенная 12 сентября 1959 года, благополучно достигла цели 13 сентября, упав между кратерами Автолик, Аристилл и Архимед. 
В средствах массовой информации того времени использовался термин «жесткая посадка», но по сути станция массой 390 кг просто врезалась в Луну на скорости 3,3 км/с.
Как показывают последующие миссии, такой удар оставляет кратер диаметром более 13 метров.
Но советские инженеры приготовили хитрость — внутри станции оказался шар из пятиугольных вымпелов, начиненный взрывчаткой.
В момент удара заряд сдетонировал и вымпелы, расположенные в верхней части шара, теоретически должны были замедлиться до околонулевых скоростей.
А в ступень ракеты-носителя, летевшую по близкой траектории, поместили ленту с вымпела, которая должна была пережить столкновение за счет противоперегрузочной ванны.
Лента с мячом и вымпелом
Подтверждением попадания на Луну стало исчезновение сигнала со станции.
Интересно, что некоторые астрономы и обсерватории сообщил о наблюдениях вспышки удара и облака пыли после нее, но координаты этих наблюдений сильно различаются.
Причина, по которой была выбрана траектория столкновения с Луной, проста: третья ступень «Блок Е» появилась на ракете-носителе Р-7 очень быстро, менее чем за год. Он увеличил грузоподъемность до 4,5 тонн на низкую орбиту, что позволило вывести Гагарина и других космонавтов на корабле «Восток» или разогнать небольшой аппарат до второй космической скорости.
Но для того, чтобы станция сколько-нибудь серьезной массы совершила мягкую посадку на Луну, требовалась еще одна, четвертая ступень, «Блок Л», появившаяся позже.
Серия «Рейнджер» Block III, фото НАСА
В США после неудачных запусков ранних «Пионеров» с аппаратами массой 30, а то и 5 кг перешли на программу «Рейнджер».
Разгонный блок «Агены», установленный на ракете «Атлас», позволял, как и в советском случае, отправить на Луну аппарат массой три с половиной центнера.
«Рейнджеры» первой серии Block I (первый и второй «Рейнджеры») представляли собой полигоны для отработки технологий.
Из-за проблем с Адженой они не смогли полететь дальше низкой околоземной орбиты.
«Рейнджеры» Блока II (третий, четвертый и пятый) были оснащены детектором радиации и телекамерой.
Сейсмометр, расположенный в сбрасываемом блоке с собственным тормозным двигателем, должен был совершить жесткую посадку на Луну.
Увы, все три машины не смогли выполнить поставленную задачу; на Луну попал лишь четвертый «Рейнджер», но в совершенно неработоспособном состоянии.
На серии Block III с аппарата была снята вся научная нагрузка, но количество камер было увеличено до шести, а для надежности они были разделены на отдельные подсистемы.
У «Рейнджера 6» все работало отлично, но все шесть камер вышли из строя, и аппарат упал на Луну, не передав никакой полезной информации.
А вот «Рейнджерс» под номерами 7, 8 и 9 полностью выполнили свои задачи, передав отличные кадры падения.
Кадры с одной из камер Рейнджера 9
В связи с тем, что с уменьшением высоты все меньший участок поверхности передавался со все более высоким разрешением (последний кадр вообще передавался частично, заканчиваясь моментом крушения аппарата), места падения были точно известны и их легко обнаружить на кадрах с орбитального аппарата ЛРО, запущенного в 2009 году.
«Рейнджеры», в отличие от «Луны-2», сначала вышли на низкую промежуточную околоземную орбиту и были отправлены на Луну с меньшей скоростью, поэтому в момент При столкновении их скорость составила 2,6 км/с.
Аппараты весом около 370 кг оставили на поверхности нашего спутника кратеры диаметром 13 метров.
Яркий кратер наверху — место крушения «Рейнджера-7», фото НАСА.
Первые ударники
Этап S-IVB, внизу фото для масштаба люди.
Фото НАСА Первыми рукотворными объектами, от которых планировали получить научную пользу, столкнув их с другим небесным телом, стали третьи ступени ракеты-носителя «Сатурн V», S-IVB. Начиная с «Аполлона-13», на траекторию падения на Луну выводилась ступень сухой массой 13,5 тонн с остатком топлива.
Оставленные после экспедиций, начиная с «Аполлона-12» (одиннадцатая имела сокращенный набор научных инструментов), сейсмометры зафиксировали расходящиеся от падения сейсмические волны.
Глубокое лунотрясение, удар метеорита, мелкое лунотрясение и удар ступеньки, данные Сейсмометры Аполлона.
Ценность данных о сломанных ступенях заключалась в точном знании времени, места и силы удара.
Удалось рассчитать скорость распространения сейсмических волн под поверхностью Луны и узнать о внутреннем строении нашего спутника.
Записи сейсмометра показывают разницу между лунотрясениями, падениями метеоритов и шагами.
S-IVB врезались в Луну на типичной скорости полета около 2,5 км/с.
Из-за большой массы тротиловый эквивалент удара составил десять тонн, а образовавшиеся воронки имеют диаметр 30 метров.
Кратер от упавшей ступени Аполлона-13, фото НАСА.
Не ударники
«Венера-3» Но станции, вошедшие в атмосферу Венеры, нельзя назвать импакторами.
Даже если у них не было парашютов.
1 марта 1966 года советская «Венера-3» совершила жесткую посадку на соседней планете; в спускаемом модуле находились земной шар и медаль с вымпела СССР.
Но очень плотная атмосфера Венеры привела к тому, что падение не привело к образованию заметного кратера.
И никаких научных данных о Венере не передавали ни станция, вышедшая из строя задолго до сближения, ни спускаемый модуль.
Но вымпел и герб лежат где-то на поверхности и являются первыми рукотворными объектами человечества на другой планете.
«Пионер-Венера-2», фото NASA
В 1978 году НАСА запустило к Венере два зонда по программе «Пионер-Венера».
Второй запущенный корабль нес четыре посадочных модуля: один большой и три маленьких.
У большого был парашют, а маленькие падали свободно.
Но скорость падения и конструкция оказались такими, что одно из трёх устройств выдержало падение и некоторое время работало на поверхности.
Также в этом материале не обсуждается преднамеренный сход с орбиты космических кораблей после окончания их срока службы или неконтролируемое падение вышедших из строя межпланетных станций на небесное тело, вокруг которого они обращались.
Несмотря на то, что этот последний маневр мог бы получить новые научные данные, первоначальной задачей аппаратов была работа на орбите.
Пенетраторы
Также стоит разделить ударники и пенетраторы по назначению.Для первых главное вообще попасть, а для вторых нужна кинетическая энергия удара, чтобы погрузить научные инструменты под поверхность.
К сожалению, человечеству пока очень мало повезло с проникающими.
Модель пенетратора Марс-96 в разрезе.
Лоренц На станции «Марс-96» были установлены два больших пенетратора.
Им пришлось отделиться, войти в атмосферу, раскрыть воротник стабилизирующего парашюта и на большой скорости удариться о поверхность.
Нижняя часть должна была из-за удара погрузиться на 5-6 метров и начать передавать научные данные.
Увы, дальше орбиты Земли Марс-96 не улетел.
Пенетраторы Deep Space 2, фото НАСА
На борту марсианского полярного посадочного модуля НАСА находились два небольших аппарата Deep Space 2. Они весили всего 2,4 кг и при падении на поверхность со скоростью 179 м/с должны были погрузить свои нижние части на полметра.
Достоверно известно, что Mars Polar Lander погрузился в атмосферу Красной планеты 3 декабря 1999 года.
Но ни основной посадочный аппарат, ни пенетраторы не вышли на контакт. Уже в XXI веке НАСА пыталось решить проблему погружения инструментов под поверхность с помощью самоходного зонда в рамках миссии Mars InSight, но оно сильно просчиталось с оценкой параметров грунта, и, несмотря на все усилия, зонд никогда не мог идти на глубину.
Существенное воздействие
Тем же летом 1998 года вместе с «Армагедоном» вышел гораздо менее известный фильм «Удар бездны», в русском переводе «Столкновение с бездной».Как и «Армагеддон», он получил низкие отзывы критиков, хотя и имел успех в прокате.
Это было также немного более научно правильно.
Поэтому неудивительно, что запущенный в 2005 году аппарат НАСА, который должен был ударить ударником комету 9P/Темпель, получил название Deep Impact. 
Deep Impact в монтажно-испытательном комплексе, ударник внизу, фото НАСА
Летательный аппарат имел массу 601 кг.
Его основными научными приборами были две камеры: одна, основная, с большим фокусным расстоянием, с присоединенным инфракрасным спектрометром, другая с большим полем зрения, про запас.
Ударник имел массу 372 кг, из которых 100 кг составляла медная «масса кратера».
Это был полноценный космический корабль, после отделения он самостоятельно наводился на комету и передавал изображения приближения.
Ударник отделился за пять дней до пролета кометы.
Летательный аппарат замедлил ход, чтобы отойти в сторону.
Удар произошел в 5:45 UTC 4 июля 2005 года, совпав с одним из главных праздников США – Днем независимости.
Видео падения составлено из фотографий ударника.
Видео попадания, кадры летательного аппарата
Столкновение произошло на относительной скорости 10 км/с, а его тротиловый эквивалент составил 5 тонн.
Комета выбросила со своей поверхности 5 миллионов килограммов воды и 10-25 миллионов килограммов пыли и на короткое время стала в шесть раз ярче.
Из-за огромного выброса вещества пролетный аппарат не смог сфотографировать кратер в хорошем качестве.
В 2011 году комету посетил космический корабль Stardust, запущенный в 1999 году и давно завершивший свою основную миссию, а на новых фотографиях диаметр кратера оценили в 150 метров.
А собранные научные данные преподнесли сюрприз — на комете оказалось гораздо больше пыли и меньше льда, чем ожидалось.
После завершения основной миссии облет Deep Impact проработал еще восемь лет, проводил наблюдения за кометами 103P/Hartley, C/2009 P1 Garradd и ISON и потерпел неудачу в 2013 году из-за переполнения битов таймера бортового компьютера.
Лунный ударный зонд
Лунный зонд (справа), установленный на Чандраяане-1 (слева), фото ISRO В 2008 году к Луне отправился индийский зонд «Чандраян-1».
Вместе с ним летел Лунный зонд. Особенность его миссии заключалась в том, что он должен был упасть на Луну, но ему пришлось собирать научные данные в последние минуты перед падением.
МИП имел массу 32 кг и нес три научных прибора — альтиметр, камеру и масс-спектрометр.
Он отделился от «Чандраяана-1», когда тот находился на низкой лунной орбите, развернулся, включил тормозной двигатель и 14 ноября 2008 года начал спуск к южному полюсу.
Полученные данные произвели сенсацию – Индия опережает развитый космос.
силы, нашли воду на Луне! Правда, они были опубликованы после подтверждения прибором НАСА, находившимся на орбитальном аппарате.
реконструкция траектории МИП, источник
Благодаря тому, что аппарат начал свой полет с низкой лунной орбиты и тормозил, его скорость в момент падения составила 1,6 км/с.
Но в этой миссии главной целью был не удар, а возможность оказаться на очень малой высоте, где масс-спектрометр мог бы обнаружить следы воды в экзосфере (очень разреженный слой газов над Луной), даже если такой спуск можно было совершить только один раз.
Реконструкция траектории по переданным фотографиям позволяет предположить, что MIP упал очень близко к кратеру Шеклтон и южному полюсу Луны.
ЛКРОСС
Впечатление художника НАСА от полета LCROSS Хорошая домохозяйка заставляет все работать.
Когда в 2009 году лунный разведывательный орбитальный аппарат НАСА (LRO) отправился к Луне, верхняя ступень «Кентавра» неизбежно вышла на близкую траекторию.
Возникла идея вспомнить времена Аполлона и получить полезные научные данные о его воздействии на Луну.
Для этого на основе адаптера, на котором в любом случае располагался бы ЛРО, создали прибор Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) — «спутник, который наблюдает и изучает лунный кратер».
Идея миссии заключалась в том, что комбинация ступени и зонда пролетела вблизи южного полюса Луны, резко изменив наклонение своей орбиты и перейдя на траекторию падения в районе южного полюса Луны.
после нескольких витков.
Примерно за девять часов до столкновения LCROSS отделился от сцены.
Ступень пошла вперед, врезалась в Луну, а зонд пролетел сквозь облако выброса и собрал научные данные.
Падающий шаг, фото LCROSS
Ожидалось, что ступень с сухой массой 2,3 тонны, падающая со скоростью 2,5 км/с, вызовет взрыв, эквивалентный двум тоннам тротила, причем выброс будет заметным даже в любительские телескопы.
Увы, даже передовые обсерватории ничего не смогли заметить с Земли.
LCROSS зафиксировал вспышку в момент падения ступени и успешно подтвердил наличие воды в выброшенном материале, однако красивых фотографий человечество не получило.
SCI
SCI, фото JAXA Вы, наверное, уже заметили инженерную сложность ударников: чтобы получить впечатляющий удар, нужно взять большую массу и сильнее ее ускорить.
И масса, и относительная скорость — настоящие сокровища космонавтики.
Возник очевидный вопрос – можно ли придумать какой-то способ ударить по небесному телу сильнее, но в то же время так, чтобы ударник был легким, компактным и мог сбрасываться с небольшой относительной скорости? Решение предложило Японское космическое агентство.
Аппарат «Хаябуса-2» нес Small Carry-on Impactor (SCI) — «малый носимый ударник».
Небольшое устройство, которое точнее было бы сравнить с кумулятивной бомбой, весило всего 9,7 кг.
4,7 кг взрывчатки, имеющей форму конуса, создали ударное ядро из 2,5 кг меди, движущееся со скоростью 2 км/с.
Механизм формирования ударного ядра, изображение JAXA
Технология была успешно испытана на астероиде Рюгу 5 апреля 2019 года, в результате чего был получен кратер диаметром 17,6 метра и получены полезные знания о внутреннем строении астероида.
В результате выброс контролировался гравитационными силами, а не поверхностной силой.
Выброс астероидного материала, фото JAXA
ДАРТ
На данный момент крупных астероидов, которые непосредственно угрожают Земле в ближайшие годы, не обнаружено.Но большое количество астероидов летает по пересекающимся орбитам, что, несмотря на необъятность космоса, когда-нибудь может оказаться опасным.
Хорошо и разумно подготовиться к отражению такой опасности.
И для этого рядом с Землей летит подходящая цель.
Астероиды Дидим и Диморф, радиолокационный снимок обсерватории Аресибо.
В 1996 году был открыт околоземный астероид (65803) Дидим.
В 2003 году радар обсерватории Аресибо (ныне разрушенной от старости) обнаружил, что это двойной астероид — летающий вокруг Дидимы 170-метровый астероид диаметром 780 м, получивший название Диморф.
Небольшой размер Диморфа — это вообще одно из самых маленьких небесных тел с собственным названием — позволил предположить, что его можно использовать с относительно лёгким аппаратом для проверки эффекта изменяющего орбиту ударного элемента.
Сборка DART, фото НАСА
Тест на двойное перенаправление астероида (DART) — это простой и недорогой технологический демонстратор устройства, которое могло бы отклонить опасный астероид теперь, когда шаттлы больше не летают, а Брюс Уиллис достиг пенсионного возраста.
DART весит 610 кг, а на борту имеется только один научный прибор — камера DRACO, которая также будет использоваться для наведения этой научной «боеголовки».
Параллельно с основной миссией в полете будут испытаны новые рулонные солнечные панели ROSA и новая модификация ионного двигателя NEXT-C. Изначально планировалось, что DART будет летать в составе хвостовой части с коммерческим запуском на геостационарную орбиту и самостоятельно разгоняться для перехвата астероида.
Также планировалось пролететь мимо другого астероида, чтобы сфотографировать его.
Но затем миссия переключилась на специальный запуск Falcon 9 и стала первым научным запуском SpaceX за пределы орбиты Земли.
Поэтому вторая ступень Falcon 9 вывела аппарат сразу на траекторию прямого перехвата астероида, а испытания панелей с двигателем пройдут по сокращенной программе.
LICIACube, источник
В то время как у Deep Impact был большой пролет и небольшой ударный элемент, у DART было противоположное.
Его удар будет зафиксирован кубсатом LICIACube высотой 6U («маленький итальянский кубсат для съемки астероидов»).
Он весит всего 14 кг и оснащен двумя камерами: одна с большим фокусным расстоянием, а другая с более широким полем зрения.
В отличие от пролета Deep Impact, LICIACube практически не имеет возможности изменять свою скорость, и вряд ли можно рассчитывать на его обширную автономную миссию после съемки удара DART по астероиду и передачи данных на землю.
Анимация столкновения ударного элемента с «кучей обломков» астероида, изображение НАСА
Ожидается, что удар с относительной скоростью 6,6 км/с изменит орбитальную скорость Диморфа на 0,4 мм/с, что, в свою очередь, изменит орбитальный период (в настоящее время 11,92 часа) на десять минут. Со временем астероид окажется очень далеко от своего первоначального положения на орбите, что будет заметно земными средствами.
Но это приблизительные данные; дело в том, что ученые недостаточно понимают механику столкновения, чтобы дать точный прогноз.
Предполагается, что Дидимус и Диморф — «куча обломков», а не монолитные астероиды; учёные вообще сравнивают их с комочками пыли в нашей квартире.
А удар ударника должен будет создать дополнительную тягу выброшенного вещества астероида.
DART благополучно запущен 24 ноября и прибудет в Dimorph в сентябре 2022 года.
ОМОТЕНАСИ
Диаграмма ОМОТЕНАСИ, изображение JAXA Японский зонд «Выдающиеся технологии исследования Луны, продемонстрированный NAno Semi-Hard Impactor», еще называют импактором — «Выдающиеся технологии исследования Луны с полутвердым ударником», но правильнее сравнивать этот аппарат даже не с советским».
Луна-9», совершивший мягкую посадку, но с «Рейнджерами» Block II. Это кубсат высотой 6U, который прибудет на Луну в 2022 году в качестве сопутствующей полезной нагрузки беспилотного космического корабля «Орион».
Выйдя на орбиту, аппарат с помощью тормозного двигателя сориентируется вперед, сбросит боковые блоки, надует амортизаторы и включит тормозной двигатель.
После торможения научный модуль массой 0,7 кг в амортизаторе упадет на поверхность с высоты нескольких сотен метров.
Модуль содержит только один научный прибор — сейсмометр, но в случае успеха «OMOTENASHI» станет самым легким аппаратом, приземлившимся на Луну.
МОЛОТОК
Проект устройства для изменения орбиты угрожающего астероида, изображение НАСА Когда в 2013 году над Челябинском взорвался метеорит, это вызвало опасения по поводу столкновения с астероидом.
Сила взрыва была сравнима с тактическим ядерным зарядом, и город спасло лишь то, что метеорит взорвался очень высоко.
Если бы в атмосферу над Челябинском попал железо-никелевый метеорит, все могло бы обернуться гораздо хуже.
На фоне этих опасений родился проект Hypervelocity Asteroid Mitigation Mission for Emergency Response — «Hypervelocity Rapid Response Mission to Prevent Asteroid Hazard».
И здесь предложили заложить в аппарат ядерную бомбу.
В этом решении есть логика – чтобы изменить орбиту тяжелого астероида, нужно либо заранее сильно ударить по нему, либо послать множество аппаратов, либо использовать ядерный заряд. Интересно, что в фильме «Армагедон» была доля истины — действительно лучше взорвать заряд под поверхностью.
Но и здесь героические бурильщики не нужны; первоначальный кратер предлагалось создавать с помощью массы, выносимой вперед на стержне или дополнительном аппарате, который заранее отделялся и наносил удар первым.
А основной ударник с ядерным зарядом влетел бы в уже подготовленный кратер.
Но в связи с отсутствием в ближайшем будущем явно угрожающих астероидов интерес к проекту заметно снизился.
Китайский флот
Китайский ударник, источник Летом этого года появилась новость о том, что китайские ученые предложили одновременно вывести на орбиту 23 тяжелых ударных ракеты-носителя Long March 5 для перехвата астероида.
В первоначальном изложении статья больше похожа на результат чьего-то недоразумения; У Китая есть один космодром для «Великого похода 5» на острове Хайнань, а строительство еще 22 обойдется довольно дорого.
Скорее всего, это исследование, прошедшее по «глухому телефону» типа «но если на пересекающейся траектории окажется очень тяжелый астероид размером с Бенну, то для его отвода в сторону понадобится целых 23 тяжелых ударника».
В таких расчетах нет ничего необычного; проект HAMMER основывался на тех же ограничениях.
Заключение
К счастью, пока крупные астероиды не угрожают Земле в ближайшем будущем, научные эксперименты можно проводить, и мы, простые зрители, можем с нетерпением ждать зрелища впечатляющего удара DART по астероиду следующей осенью.Ожидается также, что в 2024 году к Дидимосу и Диморфу отправится европейская миссия Гера, которая выйдет на его орбиту в 2027 году и будет дополнительно изучать результаты столкновения.
Для тех, кому удобнее, есть видеоверсия.
Теги: #Популярная наука #Космонавтика #астероидная угроза #удары #Испытание двойного перенаправления астероида #bang, но потом
-
Pwnage Для Iphone И Ipod Touch
19 Oct, 24 -
Трансляция Телевидения Sstv С Мкс
19 Oct, 24 -
Часы Авроры. Теперь С Лазером
19 Oct, 24 -
Механико-Цифровые Часы Из Стальных Шариков.
19 Oct, 24 -
Uberx Запрещен В Южной Корее
19 Oct, 24
