|
Остановить астероид-убийцу будет сложно
|
|
|
|
26 сентября 2022 года испытание НАСА по перенаправлению двойного астероида (DART) вошло в историю, когда они встретились с астероидом Дидимос и столкнулись с его спутником Диморфосом. Цель состояла в том, чтобы проверить метод кинетического удара, средство защиты от потенциально опасных астероидов (PHAs), когда космический корабль сталкивается с ними, чтобы изменить их траекторию. Судя по последующим наблюдениям, тест прошел успешно, поскольку DART удалось сократить орбиту Диморфоса на 22 минуты. Столкновение также привело к тому, что у луны вырос видимый хвост.
|
|
|
|
Однако, как любит напоминать нам Голливуд, бывают сценарии, когда астероид, убивающий планету, приближается к Земле очень близко, прежде чем мы успеваем что-либо сделать, чтобы его остановить. И нет недостатка в околоземных астероидах (АСЗ), которые когда-нибудь могут стать потенциальной угрозой. Следовательно, космические агентства во всем мире взяли за привычку следить за ними и за тем, насколько близко они проходят к Земле. Согласно новому исследованию, проведенному группой экспертов по спутникам, можно было бы создать быстродействующую миссию кинетического ударника, которая могла бы сближаться и отклонять PHA незадолго до того, как он столкнется с Землей.
|
|
|
Исследование, которое недавно появилось в Acta Astronautica, было проведено Адальберто Домингесом, Виктором М. Морено и Франсиско Кабралом — тремя исследователями, связанными с испанским разработчиком спутников GMV. Эта компания специализируется на системах наведения, навигации и управления (GNC) и системах управления ориентацией орбиты (AOCS) с коммерческими, военными, исследовательскими и космическими приложениями. Ради своей статьи исследовательская группа представила недавнюю работу GMV над системой GNC для миссии кинетического удара.
|
|
|
|
В последние годы космические агентства исследовали несколько стратегий отклонения астероидов, которые представляют угрозу столкновения с Землей. Как объяснил Домингес Universe Today по электронной почте, три из них считаются наиболее многообещающими: ядерное противостояние, гравитационный тягач и кинетический ударный элемент. В то время как ядерный вариант заключается в подрыве ядерного устройства вблизи астероида, гравитационный тягач предполагает, что корабль летит вокруг астероида, чтобы отклониться от его курса. По словам Домингеса, только кинетический ударник может отклонить PHA:
|
|
|
|
«Применимость ядерного противостояния еще предстоит продемонстрировать, и их целью будут астероиды диаметром порядка нескольких километров. Эти астероиды в настоящее время не представляют угрозы, поскольку подавляющее большинство из них находится под наблюдением. Более того, Договор по космосу 1967 г. запретил ядерные взрывы в космосе. Гравитационный тягач нацеливается на более интересные астероиды на расстоянии порядка сотен метров. Существует большой процент астероидов такого размера, которые предстоит обнаружить, и их столкновение может означать разрушение целого города. Тем не менее гравитационному тягачу потребуется несколько лет, чтобы отклонить этот астероид».
|
|
|
|
Ради своего исследования Домингес и его коллеги сосредоточились на разработке системы GNC для кинетического ударного элемента. Это жизненно важно для любой роботизированной миссии, особенно там, где требуется автономия. Одним из самых передовых аспектов миссии DART была тестируемая автономная система наведения, известная как малогабаритная автономная навигация в реальном времени (SMART Nav). Эта система управляла DART во время его последнего подхода к Диморфосу, поскольку диспетчеры миссии не могли корректировать курс в этот момент. Миссия КИ, предназначенная для отклонения астероида в последнюю минуту, также потребует автономии, в основном из-за того, насколько быстро он будет двигаться. К моменту столкновения с астероидом космическому кораблю потребуется относительная скорость от 3 до 10 км/с — от 10 800 до 36 000 км/ч (от 6 710 до 22 370 миль в час).
|
|
|
|
Домингес сказал: «Еще одна дополнительная трудность заключается в том, что мы почти ничего не знаем об астероиде, на который нацеливаемся. Это требует, чтобы GNC был адаптирован к любой возможности. Кроме того, подразумеваемый размер астероидов создает трудности в навигации, поскольку мы говорим об объектах. размером около ста метров. Представьте себе трудности, связанные с проблемой столкновения с объектом с неизвестной динамикой и формой, со скоростью км/с и без возможности внесения каких-либо поправок с земли».
|
|
|
|
Это, по словам Домингеса, делает GNC наиболее важным критическим элементом подсистемы, поскольку он отвечает за наведение на астероид и корректировку курса в последнюю секунду. Эти поправки имеют дополнительную сложность, поскольку их вычисляют и выполняют на месте, то есть по мере быстрого развертывания миссии. Чтобы убедиться, что их конструкция GNC может выполнять такие вычисления, команда исследовала алгоритмы, обычно используемые космическими кораблями (навигация, обработка изображений и т. д.) в своем анализе, и проверила их производительность. Первый, по словам Домингеса, бывает двух видов:
|
|
|
|
«Алгоритмы наведения можно разделить на две основные группы: пропорциональная навигация и прогнозирующая обратная связь. Алгоритмы пропорциональной навигации используют знание текущего положения цели и ударного элемента для расчета маневра, необходимого для достижения удара. Пропорциональная навигация эквивалентна используемому наведению. ракетой поправки вносятся каждую секунду (непрерывные маневры) для корректировки траектории космического корабля».
|
|
|
|
Между тем, прогностическое руководство с обратной связью опирается на прошлую и настоящую информацию для прогнозирования будущего состояния космического корабля и ударного элемента. В этом случае поправки применяются только в определенные моменты миссии, например, когда космический корабль находится всего в часе от выполнения ударного маневра. В конце концов, они определили две основные проблемы с пропорциональными алгоритмами, что побудило их включить алгоритмы прогнозирования в свою концепцию.
|
|
|
|
«Во-первых, для прямого применения требуются двигатели с регулируемой скоростью», — сказал Домингес. «Во-вторых, требуется система, допускающая постоянные маневры. Эти два факта в целом подразумевают ухудшение расхода топлива и производительности. При использовании прогностической схемы наведения можно заметно снизить нагрузку на систему. современный уровень техники использует только пропорциональную навигацию. DART использовал такую схему навигации. Мы хотели показать, что другие подходы также могут дать отличные результаты и могут быть использованы».
|
|
|
|
После моделирования того, как эти факторы повлияют на миссию KI, команда обнаружила, что их космический корабль был очень точным, с погрешностью столкновения всего 40 метров (131 фут). По данным наблюдателей за астероидами, объект диаметром 35 метров (~ 115 футов) и более считается потенциальной угрозой для города. Между тем, самые большие PHA, регулярно отслеживаемые НАСА, ЕКА и другими организациями по защите Земли, имеют размеры от 2 до 7 км (от 1,25 до 4,35 миль). Что касается только системы наведения, их моделирование показало погрешность менее одного метра (~ 3,3 фута).
|
|
|
|
«Это отличный результат для этапа разработки нашей концепции GNC, так как мы рассматриваем ошибки больше, чем те, которые присутствовали бы в реальном кинетическом ударнике, и навигацию можно было бы заметно оптимизировать за счет улучшения обработки изображений и фильтрации. чтобы увеличить шансы на успешное воздействие», — заключает Домингес. «Предложенная нами схема открывает двери для разработки миссии с кинетическим ударным двигателем».
|
|
|
|
В будущем он и его коллеги надеются оптимизировать параметры своего кинетического ударного элемента и сравнить его характеристики и применимость с другими концепциями. В конце концов, все дело в подготовке, планировании и знании того, что у нас есть методы на случай наихудшего сценария. Хотя регулярный мониторинг околоземных астероидов является наиболее важной частью планетарной защиты, хорошо иметь планы на случай непредвиденных обстоятельств. Когда-нибудь кинетические ударные миссии, предназначенные для дальнего перехвата и перехвата в последнюю минуту, могут стать разницей между выживанием Земли и событием уровня вымирания.
|
|
|
|
Источник
|
