Космические способы обнаружения объектов и предотвращение их столкновения с землей доклад

Обновлено: 18.05.2024

2. От открытия первого астероида до наших дней

Астероид Эрос
В 1898 году был открыт астероид Эрос.
В отличие от всех открытых ранее астероидов, Эрос пересекал орбиту Марса
и сближался с орбитой Земли.
В феврале 1931 года астероид Эрос прошел на расстоянии 26 млн. км от
Земли, а в январе 2012 года – на расстоянии 23 млн. км от Земли.
Были определены размеры Эроса – его длина составляет 34 км, ширина
11км, а масса 6.7 триллиона тонн.

4. Орбиты АСЗ разных типов

5. Положение астероидов в Солнечной системе

Крупные метеоритные кратеры на территории России
Наименование кратера
Попигай
Кара
Пучеж- Катункский
Каменский
Логанча
Эльгыгытгын
Калужский
Янисъярви
Карлинский
Координаты
широта
долгота
71 38'
111 11'
69 06'
64 09'
56 58'
43o43'
48 21'
40 30'
65 31'
95 56'
67 30'
172 05'
54 30'
36 12'
61 58'
30 55'
54 55'
48 02'
Диаметр, км
100
65
80
25
20
18
15
14
10
Возраст,
млн. лет
35.7
70.3
167
49.15
40
3.5
380
700
5

9. Количество сближающихся с Землёй астероидов, обнаруженных до 14.02.17

10. Количество сближающихся с Землёй астероидов, обнаруженных до 14.02.17 (по размерам)

11. Результаты столкновения небесных тел с Землёй

Размер НТ
Размер
кратера
1 м D 20-30м
нет
D 30 м
нет
0,5 км
Результат столкновения
НТ разрушается и полностью сгорает в
атмосфере, либо мелкие остатки долетают до
поверхности Земли (Челябинское событие)
Воздушный взрыв (Тунгусское событие)
Поверхностный взрыв (Аризонский кратер)
Локальная катастрофа
Наземный или подводный взрыв
Региональная катастрофа
D 100 м
2 км
D 1 км
20 км
Глобальная катастрофа
D 10 км
200 км
Конец цивилизации

12. Последствия падения Челябинского метеорита

• Размер метеорита 19 м;
• Кинетическая энергия метеорита 300 – 500 кт ТНТ;
• Повреждено 7320 объектов. Из них 6097 жилых
домов, в которых проживает более 120 тыс. человек;
• За медицинской помощью обратилось 1613 человек,
в том числе 324 ребёнка.

13. Возможные действия при возникновении астероидной опасности

• Разрушение опасных небесных тел с помощью
космического аппарата системы
противодействия.
• Увод ОНТ с траектории столкновения с Землёй
космическим аппаратом системы
противодействия.
• Проведение мероприятий по защите населения
и снижения ущерба в районе прогнозируемой
катастрофы.

15. Основные задачи системы

• Обнаружение и определение параметров
движения опасных астероидов и комет,
летящих к Земле со всех направлений, в
том числе со стороны Солнца;
• оперативное оповещение об угрозе
столкновения;
• выдача целеуказаний средствам
противодействия космическим угрозам.

16. Состав участников работы

17. Требования по оповещению при возникновении астероидно-кометной опасности

Требования МЧС России:
При падении на Землю небесных тел
на площадь 50 тыс. км2 – за 10 суток
10 тыс. км2 – за 7 суток
1 тыс.–км2 – за 5 суток
(с указанием места падения)
Требования проектируемых
противоастероидных космических
систем: за 5 – 20 суток в зависимости
от применяемых ракет

18. Основные требования, предъявляемые к системе

Последнее падение крупного космического объекта на Землю (Челябинский болид), вызвало сильный взрыв, причем как физический, так и эмоциональный. В день трагедии средства массой информации пестрили заголовками о падении метеорита и причиненном метеоритом ущербе.

Пользователи, успевшие заснять метеорит на видеокамеры, выкладывали в интернет отснятый материал для всеобщего доступа. К бурному обсуждению ущерба и масштабов трагедии многие интернет пользователи высказывали сомнения по поводу природного происхождения этого объекта, а некоторые критиковали военных за неспособность обнаружить и уничтожить этот объект. Одним словом, трагедия понемногу обросла слухами и мифами. На самом деле, проблема с обнаружением малых космических тел всегда была острой.

Знакомство с комическими угрозами

Большая часть из этих объектов не классифицирована и не внесена в каталоги, а так же нет информации о траекториях движений этих тел.

Многие из космических объектов имеют размеры менее 50 м, что представляет серьезную проблему для их своевременного обнаружения специальными средствами.

Обоснуем мысль тем, что 1% — это ничто, так как даже погрешность во многих измерениях и исследованиях допускается 5-10%.

Возможно, предположение не верно, так как сравниваются фактические знания и допустимая погрешность измерений, но ведь и сейчас существует вероятность падения с неба в любой момент астероида или метеорита.

И при этом ученые, со всеми имеющимися знаниями и современным оборудованием, в один голос скажут, что ничего не знали о надвигающейся угрозе до тех пор, пока космический объект не вошел в атмосферу.

Как предотвратить внеземные угрозы

Поэтому, необходима информация о космических объектах, их траекториях, составе, размерах, массе и прочее.

Системы контроля

Существующие системы контроля над космическим пространством и объектами, такие как Российская СККП (Система контроля космического пространства) и Американская SPADATS (Space Detecting and Tracking System), служат лишь для контроля над космическими аппаратами (КА) и комическим мусором. С помощью этих систем ведется мониторинг траекторий полета, определение целевого назначения и государственной принадлежности.

Отслеживание астероидов, комет с помощью этих систем в принципе возможно, но лишь на определенных расстояниях, которые ограничены не многим более 36000 км. Причем, системы СККП и SPADATS следят, в основном, за КА, а их скорость намного меньше скорости астероидов.

Так, первая космическая скорость, с которой КА двигаются по околоземной орбите составляет 8 км/с.

Конечно, технические данные подобных систем засекречены и вряд ли будут доступны общественности, поэтому остается только предполагать о возможности применения этих систем для обнаружения астероидов и комет.

Телескопы

Другими существующими средствами обнаружения объектов космического происхождения являются телескопы, работающие в широких диапазонах электромагнитных волн. Однако, чаще всего телескопы заняты в научных исследованиях и не осуществляется постоянное слежение за космическим пространством в поисках метеоритов.

Поэтому, постановку существующих телескопов на службу человечеству, для слежения за астероидами и кометами, представляется крайне сомнительным.

Остается только создавать новые, специальные средства обнаружения и желательно на дальних расстояниях.

Противодействие космическим угрозам

Второй важной задачей является противодействие обнаруженным угрозам. Здесь тоже не просто. Обнаружив потенциально опасное космическое тело, движущееся по траектории к Земле, необходимо определить характеристики тела (состав, размеры, масса и пр.), так как эти параметры будут влиять на способ противодействия угрозе.

В зависимости от величины угрозы, будь то комета или метеорит, могут быть применены методы отвода космического тела на безопасную траекторию или разрушающие, с применением направленных взрывов или взрывов на поверхности тела.

Увести астероид или комету на другую траекторию в теории возможно, но на практике этого никто пока не делал.

С помощью космических аппаратов (КА)

Способы, предлагаемые учеными, кардинально отличаются друг от друга.

Например, предполагается использование космических аппаратов в виде тральщиков, когда астероид или комета, за счет взаимного притяжения с КА или при помощи специальных устройств и ракетных (ионных) двигателей, смещаются на безопасные орбиты.

Кроме того сместить астероид или комету на другую орбиту можно за счет направленного взрыва, например ядерного.

С помощью зеркал

Кроме того, предлагаются идеи по растапливанию ледяных глыб, коими являются некоторые астероиды и кометы, с помощью больших зеркал, которые будут доставляться в необходимое место с помощью космических аппаратов.

Метод подрыва объектов

Идея подрыва астероида или кометы так же может быть использована, так как разрушившись на более мелкие частицы, космическое тело может сгореть в атмосфере Земли, не причинив вреда.

Однако этот вариант наиболее опасен, потому что нельзя предсказать количество и размеры осколков, а так же траектории их полета после взрыва.

Действия военных служб при космических угрозах

Если нет возможности отвести угрозу, то ее можно минимизировать, например, за счет эвакуации людей и производств.

Многие из вариантов воздействия на опасные космические объекты предполагают раннее оповещение, когда до столкновения с Землей имеется достаточное количество времени (дни, недели, месяцы, годы).

Но что делать, если до столкновения с поверхностью Земли остаются считанные минуты и часы?

В этом случае, напрашивается один вариант: надеяться на военных.

Рассмотрим подробнее. Некоторые средства поражения, которыми обладают военные структуры, могут быть использованы для подрыва или смещения с траектории движения опасных космических тел.

Можно использовать ракетное оружие с ядерными боевыми частями для подрыва астероидов вне атмосферы с использование ракет-носителей. Либо уже на поздних стадиях применения средств, схожих с системами ПРО, например Российская система А-135 (А-235) с ракетами различного класса, но такой вариант подходит только для локального прикрытия нескольких районов Земли.

Последний вариант, конечно, на уровне фантастики — нельзя же прикрыть всю территорию земли ракетами с малым радиусом действия.

Поэтому целесообразнее уничтожать или отводить астероиды или кометы заблаговременно на больших расстояниях, но требуется масштабная работа по проектированию средств раннего обнаружения.

Программы защиты на государственно уровне

Эту проблему можно долго обсуждать, но суть остается. В данное время нет эффективной защиты от космической опасности и поэтому необходимы специальные программы на государственном уровне, а возможно и в кооперации с несколькими странами.

Первые шаги уже сделаны. По результатам совещания проведенного 12 марта 2013 года в Совете Федерации, принято решение создать прообраз госпрограммы по астероидно-кометной опасности и ее развития до 2020-2030 гг.

В совещании принимали участие члены Совета Федерации, представители Роскосмоса, Росатома, Минобороны, МЧС, МИД РФ, предприятий ракетно-космической отрасли и представители научного сообщества. Будем ждать результатов и надеяться, что подобные трагедии больше не произойдут.

Методы и средства обнаружения и слежения

Измерения координат астероидов на фотопластинках проводят с помощью специальных высокоточных приборов. Эти положения определяют относительно нескольких окружающих звёзд, координаты которых хорошо известны. Такие звёзды называют опорными. Существует несколько астрометрических каталогов опорных звёзд. Наиболее обширен и точен каталог Guide Star Catalogue (GSC), созданный в Научном институте космического телескопа. В каталог занесено 20 млн. (!) звёзд от 9 до 16 звёздной величины. Их положение приведено со средней точностью около 0,3угловой секунды. Понятно, что GSC был издан не в виде книг, а представляет собой серию компактных компьютерных лазерных дисков, а также доступен по Интернету. Работа над каталогом продолжается. GSC широко используют и в кометной астрономии.

При всех достоинствах фотографический метод имеет один существенный недостаток — слабую чувствительность фотоэмульсий, или, как говорят специалисты, их низкий квантовый выход (лишь небольшой процент падающих на фотоэмульсию квантов света проявляется после обработки). Даже у самых современных высокочувствительных фотоматериалов квантовый выход не превышает нескольких процентов. Поэтому фотографический метод не позволяет открывать сравнительно небольшие и потому неяркие опасные космические объекты, которых больше всего в окрестностях земной орбиты. Не обладает астрофотография и необходимой для целей космической защиты оперативностью получения результатов наблюдений.

На помощь учёным пришли новейшие средства микроэлектроники и компьютерные технологии. После 2000 г. астрономы полностью перешли на электронно-оптические методы наблюдений. В качестве чувствительных приемников излучения в телескопах начали использовать твердотельные приборы с зарядовой связью (ПЗС). В наши дни ПЗС-матрицы используют в мобильных телефонах, в цифровых фото- и видеокамерах. Основой ПЗС-матрицы является плоский слой монокристалла полупроводника (как правило, кремния). На эту подложку наносят много металлических площадок, расположенных в правильном геометрическом порядке в виде строк и столбцов. Каждая площадка вместе с подложкой образует ячейку, чувствительную к свету. Такая ячейка становится элементарным конденсатором, который может накапливать электроны, возникающие под действием падающего потока фотонов. Возникающие таким образом электрические сигналы передаются вдоль столбцов в следующие строки. С последней строки электрические заряды попадают на усилитель и аналого-цифровой преобразователь. Этим процессом управляет компьютер. Чтобы снизить помехи от самой матрицы, её охлаждают до -130 °С.

Современные ПЗС-матрицы изготовляют с числом светочувствительных элементов (пикселей) от 4096–4096 и более. Размеры каждого элемента от 3–3 до 30–30 мкм. Профессиональные ПЗС-камеры обеспечивают не только сверхвысокую чувствительность, но и высокоточное определение координат изображений в оцифрованном виде. Это даёт другое важнейшее преимущество метода — возможность получения и компьютерной обработки информации почти в реальном масштабе времени.

Кометы или астероиды, иногда падали на Землю. Каждый миллион лет одно-два больших космических тела проникает в атмосферу Земли и врезается в землю или океан с огромной силой.Некоторые из 2000 крупных околоземных объектов имеют орбиты, которые пересекаются с орбитой Земли и, теоретически, могут поразить нас. Хотя угроза реальна, вероятность падения крупного астероида или кометы незначительна.

Случаи реальной угрозы столкновения с астероидом

В последние годы были отмечены появлением крупных небесных тел, которые вызывали тревогу общественности:
1. Астероид диаметром 800 м пересек орбиту Земли 23 марта 1989 года на расстоянии около 400 тысяч километров от Земли. Наша планета была на этом месте шесть часов ранее.

Возможные последствия падения астероида

2. Астероид диаметром около 10 метров, реально представляющий опасность, проходил на расстоянии 150 тысяч километров от Земли 17 января 1991 года.

3. В ноябре 2011 года, астероид 2005 YU55 пролетел на расстоянии 326000 км от Земли.

Конечно, крошечные объекты бомбардируют поверхность Земли постоянно. Большинство из них падает в океан или глухие районы Земли. Тем не менее, один метеорит разбил заднюю часть автомобиля Chevy Malibu в Пикскилл, Нью-Йорк, 9 октября 1992 года. К счастью никто не пострадал. Автомобиль был пуст. Единственный случай в современной истории гибели живого существа от падения метеорита зафиксирован в Египте, где погибла собака.

Способы защиты Земли от падения астероидов, комет

Что же делать, если астрономы обнаружили большой объект за шесть месяцев до его вероятного удара в Землю? По мнению американских специалистов, при достаточно раннем обнаружении угрозы военные планировщики могли бы:

1. При помощи лазеров, установленных на Луне или Земле вызвать нагрев и, соответственно, испарение газов, пара в виде реактивной струи, способной изменить курс движения кометы.

2. Попытаться раздробить объект взрывом и сменить его курс.

Изменение траектории астероида путем направленного взрыва

3. Взорвать возле астероида ядерный заряд для изменения его траектории движения.

Европейские специалисты предлагают менее кровожадные, хотя более затратные способы избежать астероидного апокалипсиса. Один из способов заключается в постройке космического буксира, способного транспортировать астероид или кометы при помощи щупалец-захватов. Имеется вариант изменение траектории движения астероида с помощью гигантского космического паруса, использующего давление солнечного ветра.

Солнечный парус способен изменить траекторию астероида

Обновление: другие способы предотвращения столкновения астероида с Землей представлены здесь.

Также читайте

О свойстве разнесенного тела, связи средней проекции
центробежных сил с числом пи и безопорном движении
Известно, что сила тяжести на экваторе направлена в центр земли. Представим себе Т-образную подставку с длиной плеч 100 метров и на концы положим гири с одинаковым весом. Силы тяжести будут направлены под углом к равнодействующей силе, проходящей вертикально через опору подставки. При этом величина равнодействующей силы будет определяться проекциями сил на вертикаль. То есть разнесенное тело оказывает меньшее давление на опору чем сосредоточенное в центре опоры. Разница в силах при весе гирь в 1 килограмм составляет тысячные доли миллиграмма. Практически реализовать это свойство невозможно. Другое дело центробежная сила, направленная от оси вращения.
Представим себе, что исходная масса разделена на две равные части и соединена прямым, жестким и невесомым стержнем. При прямолинейном движении, количество движения не зависит от расположения разнесенной массы вдоль или симметрично поперек линии движения, и будет равно исходному количеству движения.
При движении по окружности будет наблюдаться следующее:
а) Если разнесенная масса будет расположена симметрично на радиальной линии, сумма центробежных сил разнесенных масс будет равна центробежной силе исходной массы.
б) Если части исходной массы будут расположены на окружности (в данном случае симметрично относительно исходной радиальной линии и зафиксированы) сумма центробежных сил будет меньше центробежной силы исходной массы. Что объясняется действием центробежных сил по радиальным линиям, соответствующим углом между расположением масс и сложением проекций сил.
Если на цепную передачу рисунок 1 установим на шарнирах грузики с разнесенной массой и на горизонтальных участках осуществим переход из перпендикулярного положения в горизонтальное с соответствующей фиксацией, то получим различную величину центробежных сил на полуокружностях. Что означает принципиальную возможность выделения центробежной силы для безопорного движения.
Поиск устройств для получения безопорного движения (инерциоидов) ведется безрезультатно в течении 80 лет. Чтобы разобраться в этом обратимся к рисунку 1 цепной передачи, на звене которой закреплен Г-образный держатель с грузиком массой m. Если длина плеча держателя равна радиусу вращения R, то грузик, достигнув центра вращения, остановится, а опора держателя обежит звездочку за время ∆t равное половине периода обращения T, после чего грузик начнет двигаться в обратном направлении к центру вращения второй звездочки. То есть грузик будет двигаться возвратно-поступательно с остановками в центрах окружностей.
0 0

180 180
Рисунок 1 Рисунок 2
Если на половине прямолинейного пути грузик переместить к опоре держателя, то часть пути грузик будет двигаться по окружности радиуса R левой звездочки и далее возвратно- поступательно. При обегании грузиком левой звездочки, по оси установки звездочек, появляется сила Fл, среднее значение которой равно сумме центробежных сил в расчетных точках деленное на количество расчетных точек:
Fл=(∑▒sin⁡α )/n∙(mv^2)/R, где: α — угол положения расчетной точки, n — количество расчетных точек, v — линейная скорость цепи, равная 2πR⁄T=πR/∆t. Далее грузик переходит на осевую линию останавливается и возвращается с появлением импульса силы Fп∆t =m∆v, где: ∆v-векторная разность равная 2v.
Чтобы сравнить силы, умножим левую и правую части уравнения центробежных сил на ∆t. Заменим v на πR/∆t, сократим одинаковые велечины (жирным шрифтом) и сравним результаты:
Fл∆t=(∑▒sin⁡α )/n∙(〖m π〗^2 R^(2 ) ∆t)/(R ∆t^2 )=(∑▒sin⁡α )/n∙π=0,636157∙π=1,99999, где число 0,636157 получено расчетом через 0,5 градуса (п=360).
Fп∆t=m∆v=m∙2v=(m∙2πR)/∆t=2
То есть практически имеем равенство импульсов сил.
Исключив прямолинейный участок (перемещение грузиков в центр и возврат осуществляются по вертикальной оси) получим аналогичный результат.
Перемещение грузика в промежуточное положение также не даст результата, поскольку скорость на горизонтальном участке будет выше линейной, что приведет к наличию ускорений на переходах и соответственно возникновению уравнивающих сил.
То есть вне зависимости от кривизны траектории, импульс силы будет зависеть только от массы и скорости. Вышесказанное означает не возможность получения безопорной силы за счет применения замкнутых траекторий. При этом не оговаривается, что материальная точка не делится и не изменяет формы.
По этой причине большинство моделей инерциоидов не показали тяги.
Инерциоид Толчина, работающий на принципе разгона и торможения ротора, так же не показал тяги, поскольку импульсы момента силы при разгоне и торможении равны.
Тележка с вращающейся пушкой, очевидно, не привлекла внимания, поскольку реактивную силу выгоднее использовать по прямому назначению.
Движение по поверхности тележек с различными инерциоидами, по всей видимости, объясняется вибрациями корпуса и нелинейным сопротивлением участка покой — движение.
Выше дано сравнение импульсов сил:
Fл∆t=1,99999 (движение по полуокружности), Fп∆t=2 (лобовой удар). Различие в результатах вычислений, по всей видимости, объясняется большим шагом расчета и погрешностью калькулятора. Если считать, что в соответствии с законом сохранения количества движения должно быть равенство импульсов сил, то выражение для расчета числа пи будет иметь вид
π=(2 n)/(∑▒sin⁡α ) , где:
α — угол положения расчетной точки на полуокружности, n — количество расчетных точек.
Получение данного выражения позволяет сделать вывод, что расчетных работ по инерциоидам не проводилось, в противном случае выражение было бы известно.
За пределами указанного рассуждения об импульсах сил остаются следующие возможности поиска инерциоида:
Движение с изменением формы тела:
На рисунке 2 показан ротор с кольцевыми держателями грузиков. Если грузики установить друг над другом (имитируя массу тела в одной точке), то будет дисбаланс. Если грузики разнести в стороны на 90 градусов, будет сбалансированное состояние. Если в точке 0 градусов грузики устанавливать в одну точку, а через 180 градусов грузики разнести на 90 градусов, появится возможность получения безопорной силы.
При этом не обязательно грузики разносить на 90 градусов. Если разнести грузики на 10 градусов с соответствующей фиксацией, то будет выделяться до 3-х процентов от полной суммы проекций центробежных сил.
Движение грузиков змейкой.
Известно, что при ослаблении натяжения ремня, происходит преждевременное сбегание ремня, переходящее в вибрацию. Это объясняется действием центробежных сил.
Представим себе ряд шкивов, по которым двигается лента, на которой закреплены грузики в форме гантели (держатель толщиной с ленту, грузики нависают над шкивами).
На входе в змейку грузик двигается перпендикулярно оси установки шкивов. После пересечения оси шкивов грузик стремится двигаться прямолинейно, но прижимаемый лентой к шкиву, растягивает ленту. В результате чего возникает центробежная сила и увеличивается радиус вращения грузика. Увеличение радиуса вращения потребует импульса момента силы, что в свою очередь приведет к возникновению противоположного импульса на оси шкива, действующего перпендикулярно оси на корпус устройства.
Возникнув, центробежная сила будет действовать до 180 градусов включительно. Пройдя точку перехода, грузик стремится двигаться прямолинейно, но силы упругости возвращают грузик в исходное положение на радиус вращения второго шкива, и далее включаются силы упругости. То есть переходной процесс при переходе со шкива на шкив будет более длительным, с выделением импульса силы упругости. Достигнув края змейки, грузик сойдет со шкива, при этом выделится импульс силы упругости.
Из рассмотрения действия сил на полуокружности, видно, что на выходе полуокружностей выделение сил по оси установки шкивов будет больше чем на входе, поэтому имеет смысл проводить эксперименты, изменяя весовые соотношения, длительность перехода и скорость вращения.
Прокладка соединительной цепи по хордам
Если на цепь, рисунок 1, равномерно установить грузики и на левой звездочке цепь провести по окружности, а на правой по хордам между грузиками, то получим увеличение диаметра делительной окружности. Указанное даст уменьшение центробежных сил на правой звездочке.
Гашение импульсов силы
Представим цепную передачу из одной большой и трех малых звездочек. Если грузики установить на расстоянии в два раза большим чем длина обхвата малой звездочки, то установив три звездочки на гасящей платформе можно. смещением начала обегания одной из звездочек, добиться взаимного гашения импульсов.
Выбрасывание грузиков без отдачи
Устройство напоминает вращающуюся насадку для полива огородов. Грузики через полый вал распределяются в диаметральный канал. Если вращать корпус и синхронно выпускать грузики (уменьшая и восстанавливая массу), то корпус будет вращаться с переменной скоростью, а грузики, двигаясь по касательной ударяться в противоположные стенки.
Если грузики выпускать попеременно в одном направлении, а движение грузика на выходе организовать по криволинейной траектории, которая позволит плавно снижать давление на обод синхронно с выходом грузика на замену, получим сохранение балансировки вплоть до отделения грузика. То есть ротор будет вращаться с постоянной скоростью и без вибраций. Грузик, ударившись о приемное устройство, возвращается в ротор.
Для вышеописанных экспериментов обязательным условием является установка второго устройства противоположного направления вращения с целью гашения не используемых сил.
Приведенные примеры показывают на возможность проведения предварительных расчетов и построению графиков для принятия решения.
О необходимости проведения работ свидетельствует факт отправки в космос моделей инерциоидов для испытаний. Затраты на проведение работ ничтожные по сравнению с
экономическим эффектом.
Пронота В.П.

Читайте также: