О РОЛИ НАУКИ В ИЗУЧЕНИИ И ПАРИРОВАНИИ КОСМИЧЕСКИХ УГРОЗ - ИНАСАН
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АК А ДЕМИИ НАУК, 2019, том 89, № 8, с. 777—000
С КАФЕДРЫ
ПРЕЗИДИУМА РАН
О РОЛИ НАУКИ В ИЗУЧЕНИИ И ПАРИРОВАНИИ
КОСМИЧЕСКИХ УГРОЗ
© 2019 г. Б.М. Шустов
ГИнститут астрономии РАН, Москва, Россия
E-mail: bshustov@mail.ru
Поступила в редакцию 04.03.2019 г.
Поступила после доработки 20.03.2019 г.
Принята к публикации 16.04.2019 г.
Во второй половине ХХ и начале XXI столетия человечество столкнулось с серьёзными проявле-
ниями космических опасностей, из них самой актуальной является проблема космического мусора.
Специалисты, занимающиеся космической деятельностью, сталкиваются с ней ежедневно и осоз-
нают её в полной мере. Всё возрастающее внимание привлекает также фактор непредсказуемого
поведения нашей главной звезды – Солнца, так называемая космическая погода. По масштабам
последствий наиболее катастрофической считается астероидно-кометная опасность. Реальных про-
явлений биологической опасности пока не наблюдалось, хотя с развитием космической деятельно-
сти она приобретает всё большее значение. Временнá я шкала астрофизических опасностей – многие
миллионы лет, поэтому с практической точки зрения она не представляет интереса. В статье кратко
описаны основные виды космических опасностей. Автор анализирует опыт организации исследо-
ваний и работ в этой области в мире и в России. Сравнительный анализ приводит к однозначному
выводу о необходимости осуществления национальной программы изучения космических опасно-
стей и парирования космических угроз. В основу статьи положен доклад, с которым автор выступил
на заседании президиума РАН 15 января 2019 г.
Ключевые слова: космические угрозы, космический мусор, космическая погода, астероидно-комет-
ная опасность, парирование космических угроз.
DOI: https://doi.org/10.31857/S0869-5873898777-000
Развитие человеческой цивилизации сопрово- деятельности человечества; дополнительную,
ждается углублением понимания и мира, в котором но меньшую по масштабам опасность представ-
мы живём, и самого человека. При этом выявляют- ляет и метеорное вещество в ОКП;
ся новые, ранее неизвестные опасности (угрозы). • космическая погода – плохо прогнозируемые
К ним можно отнести и космические угрозы. Наи- вариации активности Солнца, вызывающие рез-
более серьёзными из них считаются [1]: кие изменения обстановки в ОКП и представля-
• космический мусор (КМ) – техногенное за- ющие опасность серьёзных потерь, прежде всего
сорение околоземного космического простран- в сфере производственной деятельности (в энер-
ства (ОКП), которое может повлечь за собой со- гетике, связи и др.);
кращение или даже прекращение космической • астероидно-кометная опасность (АКО) –
опасность, обусловленная возможными столкно-
вениями Земли с малыми телами Солнечной си-
стемы (астероидами и кометами) с причинением
крупного ущерба населению планеты вплоть
до уничтожения цивилизации;
• биологическая угроза обусловлена как опас-
ностью занесения на Землю внеземных (или зем-
ных, но изменившихся вследствие пребывания
в космосе) форм жизни, так и выносом человеком
ШУСТОВ Борис Михайлович – различных организмов в космос с возможным «за-
член-корреспондент РАН, нау ражением» нашими формами жизни других тел
чный руководитель ИНАСАН. Солнечной системы;
777
778 ШУСТОВ
• астрофизические опасности – наиболее экзо- тексте дальнейшего изложения нужно также опре-
тический, но тем не менее реальный вид косми- делить понятие риска. Риск – это количественная
ческих угроз. Его связывают с возможностью раз- оценка, определяемая как сочетание вероятности
личных катаклизмов: прохождением Солнечной реализации той или иной угрозы и тяжести её по-
системы через межзвёздные облака, что может следствий. Такая количественная оценка лежит
привести к «смятию» солнечной магнитосферы в основе механизма принятия решений. Напри-
и усиленной бомбардировке Земли космическими мер, при вероятности столкновения МКС с опас-
лучами, а также существенно повлиять на химиче- ным объектом более 0,0001 принимается решение
ские процессы в верхней атмосфере, с вспышками о манёвре уклонения.
близких сверхновых и т. д.; Пока ещё немало учёных, управленцев, госу-
• военные угрозы – очень важная (даже важней- дарственных деятелей высокого уровня относятся
шая в наше неспокойное время) тема, но она тре- к проблемам космических опасностей (по край-
бует отдельного рассмотрения. ней мере, к некоторым из них) со скептициз-
мом. Не то чтобы сомневаются в их реальности,
КОСМИЧЕСКИЕ ОПАСНОСТИ И УГРОЗЫ но не воспринимают их как значимую проблему.
КАК ПРЕДМЕТ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ В России подобное отношение встречается до-
НАУКИ вольно часто. Однако во всём мире растёт пони-
мание того, что космические опасности как ми-
В соответствии с принятой в МЧС класси- нимум следует изучать, что это предмет науки.
фикацией, чрезвычайные ситуации, связанные Общеизвестно, что науку как сферу челове-
с космическим мусором (и отчасти с биологиче- ческой деятельности, которая направлена на до-
ским заражением), рассматриваются как угрозы бывание и осмысление знания, принято делить
техногенного характера, остальные – природного. на фундаментальную и прикладную. Если с пред-
Во второй половине ХХ и начале XXI столетия ставлениями о том, что называть прикладной нау-
человечество столкнулось с серьёзными прояв- кой, особых разночтений нет, то образ фундамен-
лениями космических опасностей первых трёх тальной науки довольно расплывчат. Характерны
типов. По актуальности проблема номер один – определения типа «фундаментальная наука – это
проблема космического мусора. Специалисты, наука, имеющая своей целью создание теоретиче-
занимающиеся космической деятельностью, стал- ских концепций и моделей, практическая приме-
киваются с ней ежедневно и осознают её в пол- нимость, которых неочевидна»1.
ной мере. Всё возрастающее внимание привле- Вопрос о прикладном или фундаментальном
кает также фактор непредсказуемого поведения характере исследований – не просто дань систе-
нашей главной звезды – Солнца, так называемая матике. В зависимости от того, как классифици-
космическая погода. По масштабам последствий руются научные исследования, во многих странах
наиболее катастрофической считается астероид- определяются источники их поддержки. Обычно
но-кометная опасность. Реальных проявлений фундаментальные исследования поддерживают-
биологической опасности пока не наблюдалось, ся за государственный счёт, в то время как в фи-
хотя с развитием космической деятельности нансировании прикладных исследований (граж-
она приобретает всё большее значение. Времен- данского назначения) главная роль отводится
нáя шкала астрофизических опасностей – (мно- будущим потребителям научных результатов
гие) миллионы лет, поэтому с практической точ- (как государственным органам, так и частным
ки зрения она не представляет интереса, но зато компаниям). Поэтому важно определиться, какая
привлекает внимание учёных и отчасти любите- это наука – изучение космических опасностей –
лей науки. прикладная или фундаментальная?
Мы используем два термина – «угроза» и «опас- Прежде чем ответить на этот вопрос, изложу
ность». По сути, это близкие, но не тождествен- своё мнение по поводу общего назначения науки.
ные понятия. Опасность представляет собой не- Человек – часть природы, но он уже давно не под-
благоприятный фактор природного, техногенного чиняется её законам и даже нарушает многие
или социального происхождения. Она имеет по- из них. Для всех остальных живых существ такое
тенциальный (возможный) характер, в то время нарушение грозило бы вымиранием. Но люди –
как угроза – это опасность, связанная с конкрет- особенные существа, мы изобрели такой мощный
ным временем и местом. Скажем, существует по- инструмент воздействия на природу, как наука,
тенциальная опасность для космической деятель- основное предназначение которой – поиск путей
ности, связанная с космическим мусором, и время устойчивого существования (даже процветания)
от времени появляются определённые угрозы
столкновения международной космической стан- 1
https://studwood.ru/1573722/ekonomika/fundamentalnye _
ции (МКС) с конкретными объектами КМ. В кон- prikladnye_issledovaniya
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АК А ДЕМИИ НАУК том 89 №8 2019О РОЛИ НАУКИ В ИЗУЧЕНИИ И ПАРИРОВАНИИ КОСМИЧЕСКИХ УГРОЗ 779
Таблица 1. Классификация объектов космического мусора
I II III
Класс объектов КМ по размеру
0,1–1 см 1–10 см > 10 cм
Количество объектов на всех высотах 130 млн 900 тыс. 34 тыс.
Количество объектов на низких орбитах 20 млн 500 тыс. 23 тыс.
Последствия столкновения Серьёзное Серьёзное Гарантированное
с космическим аппаратом повреждение КА повреждение или уничтожение
уничтожение КА КА
Существующие методы защиты Применение Манёвр Манёвр
защитных экранов уклонения уклонения
вида homo sapiens в сложном и непрерывно меня- время Роскосмосом, сообщил, что частота фаталь-
ющемся мире. В этом смысле вся наука, включая ных столкновений КА с объектами космического
её фундаментальные аспекты, носит прикладной мусора быстро увеличивается и на начало 2013 г.
характер. составляла одно столкновение в полтора года.
Что касается исследований по тематике кос- Современные оценки дают уже одно столкнове-
мических опасностей, то важнейшая фундамен- ние в год. Следует учитывать, что столкновения
тальная задача – это глубокое изучение факторов в космосе способны не только вывести из строя
и процессов, составляющих суть космических рабочий аппарат, но и резко увеличить число но-
опасностей, их значения для устойчивого раз- вых опасных объектов вследствие фрагментации.
вития человечества, а важнейшая практическая В таблице 1 приведена широко принятая клас-
задача – своевременное выявление космических сификация объектов КМ по размеру, отмечены
угроз, надёжная оценка рисков, связанных с эти- возможные последствия столкновений и суще-
ми угрозами, и разработка методов противодей- ствующие методы защиты рабочих КА. Данные
ствия им. взяты из актуальных на январь 2019 г. материалов
NASA.
КОСМИЧЕСКИЙ МУСОР Приведённое в начале статьи определение кос-
мического мусора вполне рабочее и устоявшееся,
Этому виду космических опасностей уделя- но здесь правильнее было бы использовать более
ется наибольшее внимание [2 – 4]. Под космиче- точный термин – «техногенный космический му-
ским мусором2 обычно подразумевают все неис- сор». Ведь в ОКП постоянно присутствует также
пользуемые искусственные объекты, в основном и естественный мусор, который также представля-
в околоземном пространстве. К ним относятся ет определённую опасность для работающих КА.
вышедшие из строя спутники, отработавшие Собственно, обозначающий космический мусор
ступени ракет, а также фрагменты от их распа- английский термин debris был введён и до сих пор
да и столкновений. Все эти объекты являются используется в исследованиях структуры и эво-
опасным фактором воздействия на функциони- люции населения малых тел Солнечной системы,
рующие космические аппараты (КА). Техноген- в которых термин debris disk означает околозвёзд-
ный космический мусор образовался, образуется ный диск, состоящий из пыли и каменистых об-
и будет образовываться в результате космической ломков – «строительного мусора», оставшегося
деятельности. Это своеобразное проявление от стадии формировании планетной системы. Эту
принципа Ле Шателье, применимого к равнове- естественную составляющую (природный косми-
сию любой природы – механическому, теплово- ческий мусор) всегда нужно учитывать. На низ-
му, химическому, электрическому и даже, как мы ких орбитах, а также в областях концентрации
видим на примере проблемы космического мусо- КА (например, в области геосинхронных орбит)
ра, к социально-технологическому. количество техногенного космического мусора
Понятно, что главная опасность космического превышает природную составляющую. Но во всех
мусора – это угроза столкновений с рабочими КА, областях ОКП в микронном диапазоне размеров
которые могут вывести аппараты из строя. На за- частиц превалирует естественный компонент кос-
седании «круглого стола» в Совете Федерации РФ мического мусора. Возникает вопрос, опасен ли
12 марта 2013 г., посвящённом проблемам косми- этот компонент, ведь столкновения с такими объ-
ческих угроз, В. А. Поповкин, руководивший в то ектами не могут уничтожить космический аппа-
рат. Ответ однозначен: да, опасен! Такие столкно-
2
https://ru.wikipedia.org/wiki/ Космический_мусор вения наносят ущерб, подобный пескоструйной
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АК А ДЕМИИ НАУК том 89 №8 2019780 ШУСТОВ
20000 Столкновение КА Космос 2251 и Iridium 33 коммуникационных «созвездий» КА (OneWeb,
1
18000 Sаmsung, Boeing, SpaceX, СФЕРА и т. д.) ситуация
Количество объектов
16000 Разрушение КА Fengyun-1C
14000 с нарастанием количества опасных объектов КМ
12000 станет ещё более серьёзной.
10000 2 Рисунок 1 отражает лишь часть общей карти-
8000 ны, ведь уверенно отслеживаются только самые
6000 крупные объекты космического мусора размером
3
4000 более 10 см на низких и более 30 – 50 см на высо-
2000 4
0
5 ких орбитах. При этом проводится мониторинг
1960 1970 1980 1990 2000 2010 не всего ОКП, основное внимание уделяется наи-
Рис. 1. Динамика увеличение числа крупных объек- более засорённым орбитам, которые чаще всего
тов космического мусора используются для работы космических аппара-
1 – всего объектов, 2 – фрагменты, 3 – КА, 4 – ступени тов. Это область низких орбит, особенно солнеч-
ракет, 5 – технологические детали но-синхронных орбит (ССО), геостационарные
орбиты (ГСО) и область орбит навигационных
обработке поверхности, особенно солнечным искусственных спутников Земли (ИСЗ).
панелям и оптике звёздных датчиков и научных Невозможно обнаружить и проводить постоян-
приборов, которые не могут быть покрыты защит- ный мониторинг всех малоразмерных (но всё же
ными материалами. опасных) объектов КМ. Для анализа их пове-
Масса накапливающегося в ОКП мусора по- дения – а количество их огромно – применяют
стоянно увеличивается, на начало 2019 г. она уже модели, описывающие структуру и динамику их
превысила 8 тыс. т. Но главную опасность пред- численности [2, 3, 5]. Особенно важный элемент
ставляет количественный фактор. Как видно таких моделей – описание процесса «саморазмно-
из таблицы 1, количество объектов, потенциаль- жения» КМ вследствие столкновений. Наиболее
но способных вывести из строя работающий КА обсуждаемый сценарий этого процесса описал
или пилотируемый корабль, достигает многих в конце прошлого века эксперт NASA Д. Кес-
сотен тысяч, а объектов, могущих нанести кос- слер [6]. Согласно самому печальному варианту
мическому аппарату заметный ущерб, в тысячи этого сценария, при превышении некоторой кри-
раз больше. тической концентрации объектов космического
Количество объектов КМ постоянно увели- мусора процесс его саморазмножения (даже при
чивается. Основной вклад в этот процесс вносят, прекращении дальнейших запусков) начинает на-
конечно же, США, Китай и Россия. Рисунок 1 ил- растать, что грозит полным прекращением косми-
люстрирует динамику роста числа крупных объек- ческой деятельности.
тов космического мусора, которые отслеживаются Ещё одна опасность, обусловленная КМ, свя-
в системе постоянного мониторинга. Приведены зана с падением на нашу планету сошедших с ор-
сводные данные из доклада представителя NASA биты крупных техногенных объектов. Особенно
на 55‑й сессии Научно-технического подкомитета резонансными являются падения, сопровожда-
Комитета ООН по мирному использованию кос- ющиеся угрозой химического поражения значи-
моса (февраль 2018 г.). На этом рисунке хорошо тельных территорий высокотоксичным топливом
видны последствия крупных столкновений (раз- ракетных ступеней, а также падения с источника-
рушений), приведших к скачкообразному росту ми ядерной энергии на борту.
количества объектов КМ. Помечены два конкрет- Проблема космического мусора пока ещё дале-
ных события – намеренное разрушение Китаем ка от решения. Мы находимся на стадии интен-
китайского же КА Fengyun-1C и столкновение сивного её изучения, и роль науки здесь особенно
спутников Космос-2251 и Iridium-33. Можно от- значима. Можно выделить три основные направ-
метить также незначительные спады численности ления исследований и работ по проблеме КМ: об-
КМ. Они обусловлены тем, что на низких орбитах наружение и мониторинг объектов КМ; оценка
работает механизм самоочищения, то есть объек- рисков; разработка методов предотвращения за-
ты сходят с таких орбит в нижние слои атмосфе- сорения и очистки ОКП. Эти направления фор-
ры, где разрушаются (сгорают). На орбитах ниже мулируются как типичные прикладные, но в ка-
400 км время торможения (схода с орбиты) круп- ждом из них роль фундаментальных исследований
ных объектов составляет несколько лет, на высо- весьма существенна, хотя и не всегда очевидна.
тах 800 и более километров КА может находить- Рассмотрим эти направления чуть подробнее.
ся десятки-сотни лет. На самых низких орбитах Обнаружение и мониторинг объектов КМ. В на-
высотой 200 км время схода измеряется днями стоящее время в качестве основных средств об-
или неделями. В связи с ожидаемым в ближай- наружения и мониторинга объектов КМ исполь-
шем будущем резким ростом количества запусков зуются радары (только для низкоорбитальной
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АК А ДЕМИИ НАУК том 89 №8 2019О РОЛИ НАУКИ В ИЗУЧЕНИИ И ПАРИРОВАНИИ КОСМИЧЕСКИХ УГРОЗ 781
Таблица 2. Вклад в наблюдения объектов в ОКП, 2016–2018 гг., %
Год Роскосмос АНЦ МАК Вымпел ИПМ РАН ИСЗФ СО РАН ИНАСАН
2016 53,2 18,4 5,7 13,2 4,7 1,6
2017 48,2 29,5 3,4 12,8 4,8 1,3
2018 41,7 32,0 12,8 9,6 3,5 0,4
области ОКП) и оптические средства – оптиче- сом, в частности, в рамках программы АСПОС
ские камеры и лидары. На низких орбитах можно (Автоматизированная система предупреждения
отслеживать объекты КМ размером до 1 см, одна- об опасных ситуациях). Наблюдения здесь орга-
ко они очень легко теряются из‑за сложности точ- низованы на неплохом уровне, однако, к сожа-
ного прогнозирования их движения. Большин- лению, в России пока нет радаров гражданского
ство обломков остаются незамеченными, хотя уже назначения, предназначенных для контроля кос-
созданы мощные средства обнаружения и мони- мического мусора. Отечественная система наблю-
торинга КМ, и они постоянно совершенствуются. дений КМ на аппаратах космического базирова-
В США основную программу по наблюдениям ния также пока не развёрнута.
космического мусора осуществляет специальное В наблюдениях объектов КМ, находящихся
управление NASA (NASA Orbital Debris Program на высоких орбитах, главную роль играют оп-
Office) 3, действует большое число специализи- тические инструменты, и здесь вклад россий-
рованных наблюдательных пунктов и инструмен- ской аппаратуры значителен. В настоящее время
тов. В их числе обсерватория NASA Orbital Debris в основном используются оптико-электронные
Observatory4, главный инструмент которой – ртут- средства ГК «Роскосмос», АО «Астрономический
ный телескоп апертурой 3 м (NASA-LMT). Стра- научный центр», ПАО «МАК «Вымпел»», привле-
тегическое командование США (USSTRATCOM) каемые средства РАН – Института прикладной
совместно с наблюдательными центрами Евро- математики им. М. В. Келдыша РАН, Института
пейского союза ведут каталог известных орби- солнечно-земной физики СО РАН, Института
тальных объектов, используя наземные радары астрономии РАН (табл. 2).
и телескопы, а также телескопы космического ба- Роль исследовательских учреждений РАН вы-
зирования. Широко применяются радары TIRA, глядит относительно незначительной, но нуж-
EISCAT (Европа), Goldstone, Haystack и радиоло- но отметить, что это, как правило, наблюдение
катор с фазированной антенной решёткой Cobra самых сложных для обнаружения и мониторин-
Dane (США). Создана значительная система га объектов. Так, в Институте астрономии РАН
космического базирования для контроля ОКП занимаются в основном наблюдениями мало-
на базе спутников SBV, BLOCK 10, ORS5, GSSAP размерных объектов в зоне геосинхронных ор-
(США), NEOSSAТ, SAPHIRE (Канада). бит с помощью довольно крупного телескопа
В Советском Союзе была создана система Цейсс-2000. Стандартные средства Роскосмоса
контроля космического пространства (СККП), проводить такие наблюдения не позволяют.
которая ведёт каталог орбитальных объектов Следует отметить существенный, причём
на основании данных системы предупреждения на протяжении многих лет, вклад в наблюдения
о ракетном нападении (СПРН) и специализи- большой академической сети ISON (International
рованных станций наблюдения за околоземным Scientific Optical Network), поддерживаемой ИПМ
пространством. В России поиском и идентифи- им. М. В. Келдыша РАН, которая предназначена
кацией орбитальных объектов, помимо СПРН, в основном для регистрации космического мусора
занимается специализированный радиооптиче- с помощью телескопов класса 50 – 70 см. Значи-
ский комплекс распознавания космических объ- тельная часть базы данных космического мусора
ектов «Крона», а также станция оптических на- ИПМ РАН основана на наблюдениях сети ISON,
блюдений «Архыз», Алтайский оптико-лазерный особенно наблюдений объектов в зоне геостаци-
центр имени Г. С. Титова, оптико-электронный онарной орбиты. Иллюстрацией может служить
комплекс «Окно». И всё же наибольший вклад мгновенный снимок распределения КМ в ОКП
в наблюдения космического мусора дают сред- (рис. 2). Хорошо выделяются сгущения КМ
ства, созданные и поддерживаемые Роскосмо- на низких орбитах и в области геосинхронных
орбит. Важной особенностью сети ISON являет-
3
https://en.wikipedia.org/wiki/NASA_Orbital_Debris_Program_ ся её широкое распространение по планете. В по-
Office следнее время появились также станции Роскос-
4
https://en.wikipedia.org/wiki/NASA_Orbital_Debris_Observatory моса в Бразилии и Астрономического научного
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АК А ДЕМИИ НАУК том 89 №8 2019782 ШУСТОВ
выработать вполне применимые рекомендации
по снижению вредных последствий ударов, нельзя
сказать, что здесь уже сделано всё возможное.
Разработка методов предотвращения засоре-
ния и очистки ОКП. Ещё более широкое поле
для применения научных методов – необходи-
мость решения важнейшей задачи по уменьше-
нию засорённости ОКП [4]. Выделяют пассивные
и активные методы улучшения экологии ближне-
го космоса. Пассивные методы включают посто-
янный контроль объектов КМ и, что самое важ-
ное, реализацию мер и решений, позволяющих
минимизировать количество КМ при запусках
и технологических экспериментах. Активные
методы, предполагающие изменение орбит или,
намного реже, разрушение опасных объектов КМ,
Рис. 2. Распределение объектов космического му- весьма разнообразны. Для объектов на высотах
сора в ОКП, построенное по данным базы данных до 600 – 800 км разрабатываются методы, которые
ИПМ РАН на момент 24.06.2016 12:13:19 UTC позволяют перевести опасный объект на более
низкую орбиту, с тем чтобы он вошёл в атмосферу
центра в Чили. Кроме того, следует отметить, Земли и сгорел. Для КМ на более высоких орби-
что в конце 1990‑х – начале 2000‑х годов именно тах энергетически более выгодными оказываются
средства РАН были основными для поддержания методы отвода объектов на орбиты захоронения.
российской системы оптических наблюдений В ряде стран, в том числе и в России, разраба-
объектов в ОКП. тывается много различных технических решений,
Изучение и мониторинг космического мусора в числе которых: сборщик КМ, буксир для круп-
естественного происхождения ведётся в основном ных объектов, средства увеличения миделевого се-
методом регистрации ударов метеорных тел с по- чения объектов КМ на низких орбитах (баллоны,
мощью датчиков, установленных на космических «плавучие якоря» и т. д.), электродинамические
аппаратах. Датчики позволяют изучать плотность тросовые системы, лазерные средства изменения
потока очень малых частиц с массами 10–5 – 10–15 г. орбиты КМ, пучковые средства и др. Некоторые
В нашей стране и в мире накоплен большой опыт из этих методов уже хорошо проработаны (на-
по регистрации таких частиц [7, 8], разрабатыва- пример, буксир), другие, весьма перспективные,
ются новые, всё более точные методы, основанные находятся на стадии исследований. В качестве
на изучении физики высокоскоростного удара. примера из российской практики можно назвать
Оценка риска. Риск, связанный с угрозой стол- лазерные методы отвода объектов с помощью на-
кновения того или иного объекта с КМ, опре- земных лазеров и лазеров космического базирова-
деляется вероятностью столкновения и его по- ния, разрабатываемые, в частности, в Институте
следствиями для космического аппарата. Расчёт прикладной физики РАН, и пучковые методы,
вероятности конкретного столкновения требует разрабатываемые в МАИ и в Институте ядерной
хорошего знания элементов орбиты обоих объ- физики им. Г. И. Будкера СО РАН.
ектов. Как правило, для большинства КА и тем Особый интерес представляет изучение воз-
более для объектов КМ точность определения можностей использования материалов, из кото-
положения на орбите в геоцентрической систе- рых состоят объекты космического мусора, на-
ме координат составляет несколько сотен метров. пример, в двигательных установках КА, которые
Понятно, что расчёт вероятности столкновений сами и занимаются сбором КМ5. В Федеральную
объектов гораздо меньших масштабов представ- космическую программу России на 2016 – 2025 гг.
ляет собой непростую задачу. Особенно трудно включено создание к 2025 г. «уборщика» мусора
прогнозировать с высокой точностью движение с геостационарных орбит «Ликвидатор». Однако
объектов сложной формы, например, объектов сейчас судьба проекта неясна.
с большим отношением площади к массе. Натурные эксперименты по очистке ОКП
Изучение последствий столкновений – серьёз- уже начались. В сентябре 2018 г. были проведе-
ная научная проблема, относящаяся к физике ны первые испытания «космического уборщика»
высокоскоростного удара. Несмотря на огром- RemoveDebris (Великобритания), который вышел
ное количество выполненных в разных странах на орбиту в июне 2018 г. 17 сентября 2018 г. был
лабораторных экспериментов (см. обзор работ
российских исследователей в [8]), позволивших 5
https://www.bnkomi.ru/data/news/93089/
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АК А ДЕМИИ НАУК том 89 №8 2019О РОЛИ НАУКИ В ИЗУЧЕНИИ И ПАРИРОВАНИИ КОСМИЧЕСКИХ УГРОЗ 783 выполнен первый этап: из основного КА массой КОСМИЧЕСКАЯ ПОГОДА 100 кг выпущена 3‑киллограмовая модель объ- екта КМ – пикоспутник (cubesat), который раз- Под «космической погодой» понимают состо- дулся в сферу диаметром 1 м, затем из основного яние среды в околоземном пространстве, опре- КА на него была накинута транспортировочная деляемое сложным взаимодействием различных сеть. В 2019 г. на КА RemoveDebris протестирова- факторов: активностью Солнца, включая сол- на система, которая использует камеры и лазеры нечный ветер, геомагнитной активностью, га- для наблюдения за частицами мусора, и механизм лактическими космическими лучами и т. д. [9, 10]. гарпуна для фиксации (протыкания) космическо- Космическая погода как наука – это направление го мусора. В конце концов основной КА выпустит на стыке геофизики и гелиофизики. специальный «якорь», который замедлит ИСЗ Основные факторы риска космической пого- и отнесёт его в атмосферу Земли, где он и сгорит. ды – нарушения функционирования электрон- Можно заключить, что проблема космическо- ных устройств и радиосвязи, изменение орбит го мусора является многоплановой. Её решение спутников, вредные биологические воздействия, предполагает совместную работу ведущих россий- нарушения в электросетях вследствие геоиндуци- ских исследователей как прикладного, так и фун- рованных токов (ГИТ). даментально профиля. Перечислю некоторые Катастрофические проявления космической вопросы, привлекающие внимание учёных и тре- погоды происходят на шкале несколько десят- бующие междисциплинарного подхода с участием ков лет. Чаще всего вспоминают энергетическую геофизиков, физиков, механиков, баллистиков, катастрофу 13 – 14 марта 1989 г. в штате Квебек специалистов по материалам, по методам работы (Канада), когда на 9 часов была отключена элек- с Большими данными и т. д. Особенно важна роль троэнергия из‑за наводки мощных (сотни ампер) экспертов по космическому праву, но к сожале- геоиндуцированных токов, вызванных магнитной нию, в России их крайне мало. бурей. Самое опасное событие – выход из строя 1. Распределение естественного и техногенного повышающего трансформатора на ядерном заводе КМ в ОКП и зависимость этого распределения от в Нью-Джерси. Из глобальных последствий было различных условий и факторов (вхождение в ме- отмечено нарушение связи с космическими ап- теороидные потоки, солнечная активность и т. д.). паратами. 2. Модели населённости КМ и анализ условий Согласно оценкам В. Д. Кузнецова (ИЗМИ- реализации синдрома Кесслера. РАН), при прогнозировании рисков, связанных 3. Привлечение технологий и средств наблю- с катастрофическими событиями космической дения, применяемых в фундаментальных науках погоды, возможный экономический ущерб может (астрономии, математике): методы наблюдения достигать следующих значений: очень слабых объектов (например, малоразмер- • космос – потеря спутника – $ 500 млн, на- ных КА), методы точного прогноза движения объ- рушения связи в связи с последствиями сильной ектов сложной формы, методы восстановления магнитной бури – до $ 100 млрд; изображений космических объектов и т. д. • энергетика – последствия сильной магнит- 4. Развитие динамических моделей атмосферы. ной бури – $ 400 млн, потери от отключения элек- 5. Уточнение физики высокоскоростных уда- троэнергии до $ 3 – 6 млрд; ров. • авиация – отложенный авиарейс – 6. Физика и химия разрушений под действием $ 100 тыс., изменение маршрута через полярные космических факторов. зоны – $ 10 – 50 тыс.; ущерб отдельных компа- 7. Новые принципы увода отработавших КА ний – $ 50 тыс. – $ 1 млн ежедневно. и КМ. Понятно, что противодействие такой опасно- 8. Уточнение физики атмосферных входов. сти, как космическая погода, можно организо- 9. Новые подходы к утилизации КМ (напри- вать лишь на уровне своевременного предупреж- мер, перспективные принципы использования дения о предстоящем событии и принятия мер вещества КМ в двигателях КА). по уменьшению ущерба. Для этого необходимо 10. Развитие технологии Больших данных иметь в России эффективную службу Солнца для решения задач КМ. (космической погоды). В США мощная служба 11. Изучение проблем мусора на других телах такого рода действует с 2002 г. – US National Space Солнечной системы (мусор в окололунном про- Weather Program. К данным этой службы предо- странстве и на Луне, мусор, возникающий при ставляется международный доступ, но в случае разработке космических ресурсов и при отраже- сбоев наши центры мониторинга космической нии астероидной опасности и т. д.). погоды, организованные в Институте прикладной 12. Роль фактора КМ в моделях устойчивого геофизики им. ак. Е. К. Фёдорова и в ИЗМИРА- развития космической деятельности. Не, оказываются неспособными в полной мере ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АК А ДЕМИИ НАУК том 89 №8 2019
784 ШУСТОВ
выполнять свои обязанности. Перспективная за- на Юпитер и, конечно, Тунгусская катастрофа,
дача – создание, помимо наземных, средств кос- случившаяся 30 июня 1908 г. в труднодоступном
мического сегмента. и весьма малонаселённом районе Сибири. Мощ-
ный взрыв на высоте примерно 6 – 8 км привёл
АСТЕРОИДНО-КОМЕТНАЯ ОПАСНОСТЬ к вывалу леса (примерно 80 млн деревьев) на тер-
ритории более 2 тыс. км2. Энергия взрыва была
В геологической истории Земли сохранилось равна примерно 15 мт ТНТ. Изучение этого фе-
много свидетельств катастроф, вызванных паде- номена привело большинство исследователей
нием на Землю крупных и очень крупных (раз- к убеждению, что Земля столкнулась с небольшой
мером более 1 км в диаметре) тел. Падение таких (размером 40 – 50 м в диаметре) кометой, состоя-
космических объектов приводит к выделению ко- щей в основном изо льда. Именно поэтому пока
лоссальной энергии. В результате на поверхности не удалось отыскать остатки Тунгусского тела.
планеты образуются кратеры, диаметр которых Но Тунгусский метеороид мог быть и каменным.
в 15 – 20 раз превышает размеры упавшего тела. На нашей недавней памяти 15 февраля 2013 г.
На Земле, на суше и на дне океана обнаружено произошло известное Челябинское событие [11],
около 200 крупных кратеров – следов подобных также свидетельствующее о реальности угроз,
катастроф. Некоторые из них превышают 200 км связанных с астероидно-кометной опасностью.
в диаметре. Крупнейший изученный ударный Пострадало более 1600 человек, материальный
кратер на Земле – Вредефорт – расположен ущерб превысил 1 млрд руб. И это ещё очень
в 120 км от Йоханнесбурга (ЮАР). Его диаметр благоприятный исход: если бы это небесное тело
составляет 250 – 300 км, возраст – около 2 млрд вошло в атмосферу ближе к вертикали, послед-
лет6. Знаменитый кратер Чиксулуб в Мексике ствия были бы чудовищными. Правда, всё равно
(диаметр 180 км) образовался при падении 10‑ки- найдутся скептикам, считающие астероидную
лометрового астероида (или кометы) примерно опасность, скорее, мифом.
65 млн лет тому назад. Считается (хотя это мнение Частота и последствия столкновений сильно
разделяют не все специалисты), что это событие зависят от размеров падающего на Землю тела.
послужило причиной массового вымирания жи- В таблице 3 приведены современные данные
вых существ на Земле, в том числе исчезновения о средней частоте и результатах столкновений
динозавров, и ознаменовало переход от мелового тел различных размеров с Землёй. Подобная та-
периода мезозойской эры к третичному периоду блица была опубликована в работе [12], но с тех
кайнозоя. пор с учётом новых полученных данных оценки
Конечно, большая часть космических тел, несколько изменились.
сталкивающихся с Землёй, падает в моря и океа- Ответ на вопрос, какие столкновения надо
ны. К настоящему времени обнаружено около 20 считать наиболее опасными, в общем плане оче-
кратеров, возникших в результате таких событий. виден. Понятно, что столкновения с частотой раз
Причина малочисленности известных подводных в миллионы или миллиарды лет практического
кратеров связана как с относительной молодо- интереса не представляют, но являются очень
стью морского дна, так и с его малой исследован- интересным объектом фундаментальных иссле-
ностью. Значительная часть некогда образовав- дований. А вот падения достаточно крупных (раз-
шихся ударных кратеров и на суше и на морском мером от 10 до 500 м) тел, которые могут нанести
дне исчезла вследствие эрозийных процессов. значительный ущерб и происходят довольно часто
На поверхности Луны и других планет, спутников на шкале времени 100 тыс. лет (примерное вре-
планет и астероидов, где интенсивность эрозии мя существования вида homo sapiens), находятся
мала, наблюдается огромное количество ударных в зоне внимания науки, занимающейся астеро-
кратеров, которые представляют собой историче- идно-кометной опасностью [13].
ские записи о последствиях столкновений в далё- Отметим следующие общие характеристики
ком и не очень далёком прошлом. Эти записи по- проблемы АКО:
зволили сделать принципиально важный вывод: • практически нет верхнего предела опасного
в последние 2 млрд лет темп бомбардировки Луны воздействия;
(а значит, и Земли) существенно не менялся, то • как показывают оценки, усреднённый уро-
есть удары космических тел продолжатся. вень угрозы мал, но при возникновении конкрет-
Яркими примерами того, что падение относи- ного события (столкновения) оно может ока-
тельно крупных тел на планеты Солнечной си- заться главным не только для отдельной страны,
стемы – процесс далеко не закончившийся, ста- но и для всего человечества (например, скромное
ло падение в 1994 г. кометы Шумейкера-Леви 9 по астрономическим меркам Челябинское собы-
тие 15 февраля 2013 г. стало главным на тот мо-
6
http://www.hartrao.ac.za/other/vredefort/vredefort.html мент событием мирового масштаба);
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АК А ДЕМИИ НАУК том 89 №8 2019О РОЛИ НАУКИ В ИЗУЧЕНИИ И ПАРИРОВАНИИ КОСМИЧЕСКИХ УГРОЗ 785
Таблица 3. Средняя частота и результаты столкновений малых тел различных размеров с Землёй
Интервал между
Объект Размеры Размер ИНАСАН
падениями (лет)
Пылинка D < 0,1 см Непрерывно Сгорает, оседает
Метеороид 0,1 см < D < 0,5 м 0,05 (0,1 м) Сгорает
Астероид
0,5 м < D < 20–30 м ~1 (5 м) Сгорает, малая доля долетает
Комета
~30 (15 м) до поверхности
30 м ~ 250 Нет Типа Тунгусского события
> 0,5 Аризонский кратер
100 м ~ 3 тыс. 2 Региональная катастрофа
1 км 1 млн 20 Глобальная катастрофа
>10 км 100 млн > 200 Конец цивилизации
• опасность имеет глобальный характер; средств – обсерваторий и сетей ISON и МАСТЕР
• в отличие от всех остальных естественных (МГУ им. М. В. Ломоносова) – пока весьма скро-
космических угроз, угроза столкновений с круп- мен и не превышает 0,1 % от общего числа откры-
ными небесными телами может быть достаточно тий АСЗ.
уверенно прогнозируема, при условии, что будут Ведущие страны уделяют проблеме обна-
решены задачи заблаговременного обнаружения ружения и определения свойств опасных ОНТ
и оценки риска. (да и в целом проблеме АКО) гораздо больше
По своей структуре проблема АКО – ком- внимания, чем Россия. На разработку и реализа-
плексная. Выделяют три её основные составля- цию методов противодействия этой угрозе в мире
ющие (аналогично с проблемой космического выделяются всё увеличивающиеся средства. По-
мусора): сле Челябинского события в США, например,
• задача обнаружения (выявления) всех на выполнение программ обнаружения опасных
опасных небесных тел (ОНТ) и определения их небесных тел отводится более 40 млн долл. в год.
свойств; На отдельные проекты целевым образом предо-
• оценка риска; ставляются ещё более значительные суммы. Важ-
• противодействие и уменьшение ущерба. но, что проблема АКО отражена в законодатель-
Проблема обнаружения ОНТ. В современной стве США. Координирующую роль с точки зрения
трактовке проблемы АКО вопрос об обнаружении обнаружения опасных небесных тел и оповеще-
крупных ОНТ должен рассматриваться как задача ния о возможном столкновении государство пору-
оперативного и массового (то есть не ниже неко- чило NASA. Согласно закону (NASA Authorization
торого порога полноты, обычно 90 %) выявле- Acts of 2008, 2010), это агентство в числе прочих
ния опасных тел размером более 50 м на дальних задач уполномочивается:
подступах к планете (не менее чем за 3 – 4 недели
%
до возможного столкновения). Для обнаружения 100 000 000 100
таких тел необходимы довольно крупные ши- 10 000 000
Полнота обнаружения
80
рокоугольные телескопы. Пока что количество 1 000 000
Количество АСЗ
обнаруженных опасных небесных тел размером 100 000 60
10 000
более 50 м не превышает 1 % от общей оценки 40
1 000
числа таких тел. Так что проблема обнаружения 100
ОНТ стоит по‑прежнему остро. Рисунок 3 отра- 20
10
жает полноту наших сведений об ОНТ. Конкрет- 1 0
но информация приведена для так называемых
0,010
0,015
0,025
0,040
0,060
0,100
0,160
0,250
0,400
0,650
1,000
1,600
2,500
4,000
6,300
10,000
16,000
25,000
астероидов, сближающихся с Землёй (АСЗ), то
Размер АСЗ, км
есть для астероидов с перигелийным расстояни-
Открыто Оценка Полнота
ем, не превышающим 1,3 а.е. Их намного больше, АСЗ населения обнаружения
чем сближающихся с Землёй комет. Более 98 %
Рис. 3. Полнота обнаружения АСЗ (штриховая ли-
открытий ОНТ производится средствами США. ния) и прогнозируемое распределение популяции
Российские учёные и специалисты участвуют АСЗ по размерам (сплошная линия); тёмные столб-
в международной кооперации по обнаружению цы – количество известных АСЗ в интервале разме-
ОНТ, но, к сожалению, вклад наших наземных ров (данные NASA)
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АК А ДЕМИИ НАУК том 89 №8 2019786 ШУСТОВ
• координировать работу сетей по обнаруже- дой Международного астрономического союза,
нию опасных небесных тел; расположен в Кембридже (США) и финансиру-
• обеспечить подготовку космической миссии ется NASA, а также Программный центр NASA
с целью изучения потенциально опасного астеро- по проблеме АКО в Лаборатории реактивного
ида и космической миссии среднего класса с це- движения (NASANEOProgram Office at JPL). Тре-
лью выявления объектов размером более 140 м, тий центр – это Центр по проблеме АКО програм-
сближающихся с Землёй; мы SSA Европейского космического агентства
• разработать политику для уведомления фе- (ESA SSA NEO Centre).
деральных органов агентства и соответствующих В последнее время в области наблюдений ОНТ
учреждений в случае чрезвычайных ситуаций, в России вроде бы наметился определённый про-
обусловленных угрозой столкновения, реко- гресс. В ИСЗФ СО РАН появился свой телескоп
мендовать федеральное агентство или агентства, для обнаружения ОНТ в дальнем космосе. Это
которые будут отвечать за защиту Соединённых проект крупного (1,6 м) широкоугольного (по-
Штатов от околоземных объектов; сле зрения 2,8°) обзорного телескопа АЗТ-33ВМ.
• развивать сотрудничество с другими страна- Телескоп АЗТ-33ВМ и первые снимки, выпол-
ми, располагающими значительными ресурсами, ненные на этом перспективном инструменте,
с целью осуществления совместных программ об- показаны на рисунке 4. Телескоп по своим воз-
наружения и каталогизации опасных небесных тел. можностям сравним со знаменитым американ-
Все эти задачи выполняются: финансируемая ским PanSTARRS. К сожалению, не обошлось
и / или контролируемая NASA сеть наземных об- без трудностей. Телескоп введён в опытную экс-
серваторий, оснащённых специально созданными плуатацию в декабре 2015 г., но до сих пор не мо-
либо модернизированными инструментами, об- жет заработать в полную силу из‑за отсутствия
наруживает подавляющее большинство открыва- средств на современный широкопанорамный
емых ОНТ. Реализуется и космическая программа приёмник излучения. Цена вопроса ~200 млн руб.
OSIRIS-REX (КА запущен в 2016 г.) для изучения РАН эту проблему решить не может. Обращения
потенциально опасного астероида Bennu, аппа- в Роскосмос о поддержке этого важного проек-
рат уже находится близ астероида. По сообщению та были встречены с пониманием, но помешали
Л. Джонсон (NASA), в 2017 г. подписаны согла- нерешённые вопросы межведомственного согла-
шения между NASA, ЕАС (Комиссия по атом- сования.
ной энергии), FEMA (Федеральное агентство Современная (с учётом опыта Челябинского
по чрезвычайным ситуациям) о взаимодействии события 15 февраля 2013 г.) трактовка противо-
по проблеме астероидно-кометной опасности, действия угрозе АКО включает задачу обнаруже-
создана национальная система противодействия ния не только крупных (более 50 – 100 м в диаме-
этой угрозе. тре), но и относительно малых (декаметровых)
В исследованиях по обсуждаемому направле- тел. Для этого можно использовать телескопы
нию лидируют США, причём не только по обна- небольшой апертуры (~0,5 м), но их нужно мно-
ружению опасных небесных тел. В документах, го и они должны быть равномерно распределены
принятых ООН, зафиксирована ведущая роль по земному шару. Особенно остро стоит проблема
в мире трёх информационно-аналитических обнаружения опасных небесных тел, приходящих
центров по проблеме АКО. Два из них контро- с дневного неба. Такая задача требует выведения
лируются США. Это Центр малых планет (Minor телескопов в космос. В работе [14] предложен ва-
Planet Center – MPC), который работает под эги- риант создания системы обнаружения околозем-
Рис. 4. Телескоп АЗТ-33ВМ и первые выполненные на нём снимки
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АК А ДЕМИИ НАУК том 89 №8 2019О РОЛИ НАУКИ В ИЗУЧЕНИИ И ПАРИРОВАНИИ КОСМИЧЕСКИХ УГРОЗ 787
Первое Участок телескопов. ОНТ наблюдается при
обнаружение уточнения
12...24 часа орбиты Завершение пересечении барьера (барьеров),
Орбита ОНТ
V~10...20 км/с до столкновения наблюдений с тем чтобы за 3 – 4 часа до возмож-
ОНТ
ного входа в атмосферу Земли (при
Район входа скорости сближения 20 км / с), то
в атмосферу
есть на расстоянии около 250 тыс.
км от Земли, орбита ОНТ и место
90° 200 тыс. км. возможного столкновения были
~4 часа лёта определены с заданной точностью.
~150 млн км ~1,5 млн км (На рисунке 5 показано два кони-
L1
Галоорбита КА. ческих барьера, но их может быть
Размах 400 тыс. км больше.)
На период 2019 – 2025 гг. в рам-
Оптический барьер – ках Федеральной космической про-
внешний конус сканирования граммы планировалась проработка
методов решения проблемы АКО,
Оптический барьер –
внутренний конус сканирования в частности по проекту СОДА,
но при коррекции ФКП в конце
2018 г. соответствующие исследо-
Рис. 5. Принципиальная схема работы космического аппарата СОДА вания были из неё исключены.
Оценка риска. Решение пробле-
ных ОНТ. В результате проработки аван-проекта мы оценки риска и принятия решения – весьма
СОДА (Система обнаружения дневных астерои- ответственная и непростая задача. Требуется с вы-
дов) удалось разработать экономичные варианты сокой степенью надёжности определить вероят-
реализации такой системы. Она состоит из одного ность столкновения, возможные его последствия
или двух КА, помещаемых в окрестность точки L1 и выработать адекватное решение.
(в системе Земля – Солнце) на расстоянии око- Российские учёные принимают активное уча-
ло 1,5 млн км от Земли. Телескоп, находящийся стие в разработке надёжных способов оценки
в окрестности точки L1, будет видеть ОНТ, ле- рисков. В работе [15] детально рассчитаны по-
тящие к Земле от Солнца, при благоприятных следствия падения 300‑метрового тела на Землю.
для наблюдений значениях фазового угла. Пока- Некоторые выводы на первый взгляд кажутся па-
зано, что задача обнаружения декаметровых ОНТ, радоксальными. На рисунке 6 показаны распре-
летящих со стороны Солнца, может быть решена деления максимального избыточного давления
с помощью относительно небольшого телескопа на поверхности Земли при ударах астероида ди-
апертурой около 0,3 м. На рисунке 5 приведе- аметром 300 м под различными углами к поверх-
на схема работы обсерватории СОДА. Главный ности. Как видно из рисунка, при вертикальном
режим работы – создание конусного барьера ударе область избыточного давления намного
(или барьеров) с помощью одного или нескольких меньше, чем при косом ударе.
Рис. 6. Распределение максимального избыточного давления на поверхности Земли при ударах астероида диаме-
тром 300 м под разными углами к поверхности: в случае косого удара астероид движется сверху (из области Х>0)
вниз и в точке Х=0, Y=0 касается поверхности
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АК А ДЕМИИ НАУК том 89 №8 2019788 ШУСТОВ
Проблема противодействия астероидно-комет- общий биологический портрет планеты, а значит,
ной опасности. В России, как и во всём мире, ин- будут искажены и результаты исследований по из-
тенсивно изучаются методы парирования АКО. учению проблемы происхождения жизни. Основ-
Есть два вида решения этой проблемы: отклоне- ной целью планетарной защиты в этом случае
ние угрожающего тела (то есть изменение его ор- является сохранение первозданных природных
биты, с тем чтобы тело миновало нашу планету) процессов, предотвращение попадания на другие
и разрушение такого тела. Методы отклонения планеты организмов с Земли.
считаются предпочтительными. Над различны- Опасность для жителей Земли представляет
ми вариантами воздействия на угрожающее тело и так называемое обратное загрязнение – занос
с целью изменения его орбиты работают учёные внеземных организмов, если таковые существу-
и специалисты ИПФ РАН, обоих федеральных ют, в биосферу Земли. Разновидность обратного
ядерных центров, ИКИ РАН, ИНАСАН, МАИ, загрязнения – возвращение на Землю земных же
СПбГУ и других учреждений. Интерес и энтузи- организмов, вынесенных ранее в космос и ис-
азм есть, но выполнить реальный космический пытавших воздействие космических факторов.
тестовый эксперимент возможностей нет. Мы В этом случае природа организмов может изме-
внимательно следим за ходом проекта AIDA (ре- ниться и при возвращении они будут представлять
ализуется в сотрудничестве NASA и ESA), целью опасность для биосферы Земли. Современная
которого является отработка технологии кинети- наука пока не способна прогнозировать, ка-
ческого импактора на двойном астероиде Дидим7. ким образом изменятся побывавшие в космосе
Проблема прямого противодействия пока мало или на другой планете земные микроорганизмы,
изучена. Главная неопределённость – плохое насколько они мутировали [16]. Поэтому главная
априорное знание свойств угрожающего тела и, цель планетарной защиты – недопущение распро-
соответственно, неуверенность в оценке послед- странения в биосфере чужеродных организмов.
ствий применения оружейных методов разруше- Ещё в прошлом веке было подписано междуна-
ния или методов изменения орбиты ОНТ. родное соглашение о том, что при освоении пла-
нет Солнечной системы необходимо предотвра-
БИОЛОГИЧЕСКИЕ УГРОЗЫ щать их заражение, как и их спутников, земными
(ПЛАНЕТАРНАЯ БИОЗАЩИТА) формами жизни. Комитет по космическим иссле-
дованиям при Международном совете по науке
Под планетарной биозащитой (планетарным (КОСПАР) разработал концепцию планетарного
карантином) подразумевается комплекс мер карантина. Эта концепция сводится к следующе-
по предотвращению заражения космических тел му: все космические полёты ранжируются на пять
земными формами жизни и, наоборот, по недопу- категорий в зависимости от биологического инте-
щению заноса космических форм жизни на Землю. реса к планете-мишени и типа экспедиции8.
Экспансия человечества в космос с исполь- Категория I: любая миссия в места, не пред-
зованием автоматических или пилотируемых ставляющие непосредственного интереса для ис-
космических кораблей неизбежно означает вы- следования химической эволюции и / или про-
нос в космос земной жизни, прежде всего в виде исхождения жизни; к таким местам относят,
микроорганизмов. Абсолютно стерилизовать например, Солнце или Меркурий.
КА практически невозможно. По самым жёст- Категория II: любая миссия в места, представ-
ким нормам стерилизации допускается наличие ляющие непосредственный интерес для исследо-
(вынос в космос) некоторого количества ми- вания химической эволюции и / или происхожде-
кроорганизмов на 1 м2 поверхности КА. Более ния жизни, при этом риск того, что загрязнение
жёсткая стерилизация (например, в результате с аппарата может поставить под угрозу исследова-
нагрева до очень высоких температур во многие ние, крайне мал (Луна, Венера или кометы).
сотни градусов или интенсивного гамма-облу- Категория III: миссия с пролётной траекторией
чения) приводит к нарушению функционально- или выход на орбиту в местах, представляющих
сти космических аппаратов или их важных эле- непосредственный интерес для исследования
ментов. Таким образом, полностью исключить химической эволюции и / или происхождения
вероятность техногенной панспермии нельзя – жизни, при этом риск того, что загрязнение с ап-
существует опасность заражения других планет парата может поставить под угрозу исследование,
земными формами жизни. Это может привести чрезвычайно высок. К таким местам относятся
к изменению биоценоза планеты посещения, если Марс, Европа, Энцелад. К каждой конкретной
он есть. Помимо опасности для местной биосфе- миссии могут предъявляться дополнительные тре-
ры, занесение чужих организмов может исказить бования, такие как расчёт траектории смещения,
7
https://en.wikipedia.org/wiki/AIDA_(mission) 8
https://planetaryprotection.nasa.gov/about-categories/
ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АК А ДЕМИИ НАУК том 89 №8 2019О РОЛИ НАУКИ В ИЗУЧЕНИИ И ПАРИРОВАНИИ КОСМИЧЕСКИХ УГРОЗ 789 чистое сборочное помещение, снижение биоло- земных организмов в условиях космоса. В их гической нагрузки. выживании убеждают, в частности, результаты, Категория IV: миссия с использованием зонда, полученные в Институте медико-биологических спускаемого аппарата и / или планетохода в ме- проблем РАН в рамках реализации космического стах, представляющих непосредственный инте- эксперимента «Биориск». Цель этого эксперимен- рес для исследования химической эволюции и / та – оценка возможности выживания микроорга- или происхождения жизни. К каждой конкретной низмов в условиях космического пространства. миссии выдвигаются определённые требования. В одном из экспериментов участвовал целый ряд Например, требование полной стерилизации, биологических объектов: бактерии, грибы, ли- если миссия включает в себя поиск внеземной чинки африканского комара, икра рыб, семена жизни, если планируется посадка либо переме- растений, ракообразные, эмбрионы, которые щения в регионе, где наземные микроорганизмы были экспонированы в условиях открытого кос- могут выжить и развиваться, либо где могут при- моса в течение 31 месяца. Согласно результатам, сутствовать местные формы жизни. опубликованным в работе [17], многие виды до- Миссии категории IV дополнительно подраз- вольно стойко перенесли пребывание в космосе. деляются на: Погибла икра рыб, но выжила личинка комара, категорию IVa: зонд, спускаемый аппарат некоторые семена, бактерии и грибы, некоторые или планетоход, в цели которого не входит по- ракообразные. То есть планетарный карантин иск марсианской жизни; уровень биологической можно рассматривать не только в отношении ми- нагрузки – не более 300 микроорганизмов на 1 м2 кроорганизмов, но и других форм жизни. (но не более 30 тыс. микроорганизмов на весь ап- Понятно, что эти и другие результаты, полу- парат); ченные учёными и специалистами ИМБП РАН, категорию IVb: зонд, спускаемый аппарат имеют огромное значение и для решения задачи или планетоход, в цели которого входит поиск защиты от опасности биологического заражения, жизни; добавляются дополнительные требования и для наук о происхождении жизни. Старая гипо- для предотвращения загрязнения образцов; теза панспермии пока не опровергнута, и вполне категорию IVc: при наличии у зонда, спуска- возможно, что жизнь появилась на Земле в ре- емого аппарата или планетохода целей в специ- зультате занесения на неё «космической заразы». альных областях Марса (выделенные КОСПАР области Марса, где могут легко выжить и распро- СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД В ИЗУЧЕНИИ страниться земные организмы, а также велика И ПАРИРОВАНИИ КОСМИЧЕСКИХ УГРОЗ вероятность существования марсианских форм НА ПРИМЕРЕ ПРОБЛЕМЫ жизни); к таким областям относятся места, в ко- АСТЕРОИДНО-КОМЕТНОЙ ОПАСНОСТИ торых периодически образуется жидкая вода, и благоприятные для развития жизни территории Представляется очевидным, что решение за- (исходя из современных представлений о её раз- дачи изучения и парирования космических угроз витии); в этом случае весь аппарат должен быть не может оставаться инициативой какого‑то од- подвергнут стерилизации с остаточной биологи- ного исследовательского центра или группы ис- ческой нагрузкой не более 30 микроорганизмов; следователей. Это дело общегосударственное, категорию V: отдельная категория, регулирую- оно требует понимания и поддержки со стороны щая поведение миссий, в ходе которых планиру- властных структур. В России такое понимание ется возврат образцов с небесных тел на Землю. пока не достигнуто. Одна из задач, поставленных Миссии категории V подразделяются на: на проведённом 15 января 2019 г. заседании пре- категорию V (неограниченный возврат): образ- зидиума РАН, посвящённом проблеме космиче- цы из мест, где в соответствии с представления- ских угроз, – разработка концепции российской ми современной науки нет жизни; возможность программы изучения и методов парирования кос- обратного загрязнения ничтожно мала, никаких мических угроз, соответствующей современным особых требований не предъявляется; реалиям. Чтобы выполнить эту задачу, нужно про- категорию V (ограниченный возврат): в случаях, анализировать состояние дел в данной области. когда современная наука не может гарантировать Как показано в предыдущих разделах, в наблю- отсутствие жизни на целевом небесном теле, вы- дениях космического мусора у нас сохраняются двигаются дополнительные требования, такие некоторые проблемы, но всё же можно отметить как помещение в карантин образцов, а также неплохой по сравнению с мировым уровень этих любого аппаратного обеспечения, использовав- работ. Что касается опасности биологического шегося в ходе миссии. заражения, то уровень соответствующих иссле- Неспециалистов в области космической био- дований в России вполне удовлетворительный, логии (в том числе и меня) удивляет живучесть однако осуществляемые по этому направлению ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АК А ДЕМИИ НАУК том 89 №8 2019
Вы также можете почитать
