Челябинские ученые придумали, как «приземлиться» на астероид

После прохождения астероида Апофис мимо Земли в 2013 году специалисты лаборатории реактивного движения НАСА заявили, что возможность столкновения с Землей в 2029 году, когда он снова приблизится к нашей планете, маловероятна. Но из-за влияния ее гравитации орбита астероида изменится, и такая вероятность в его следующий визит, в 2036 году, не исключена. То, что прохождение вблизи нашей планеты вполне реально, показало падение челябинского метеорита, взорвавшегося в небе над Южным Уралом 15 февраля 2013 года.

Чтобы исследовать космических странников, к примеру, в ЮУрГУ образовано молодежное конструкторское бюро «Астероид» (его возглавляет доцент Руслан Пешков), в котором ученые разрабатывают свои проекты изучения космических камней. И они уже создали уникальную виртуальную модель спускаемого аппарата и его посадки на Апофис. О своих ноу-хау ученые рассказали на прошедшей в вузе научно-практической конференции «Астероидная безопасность». Это и стало главной темой нашего разговора с одним из разработчиков проекта, доцентом кафедры «Летательные аппараты» аэрокосмического факультета, кандидатом технических наук Павлом Шабуровым.

Виртуальная модель

— Что уже удалось сделать в рамках астероидного проекта?

— Мы уже серьезно продвинулись в этом плане. Для разработки механизма посадки выбрали пролетающий мимо Земли астероид Апофис (в египетской мифологии это гигантский змей, олицетворяющий мрак и зло). Заложили в компьютер его данные, разработали виртуальную модель посадочного модуля. Вскоре изготовим в металле и его уменьшенную демонстрационную копию, чтобы провести стендовые испытания и отработать технологию работы космического аппарата. Планируем его сложные детали «печатать» путем послойной наплавки металлического порошка.



— У вашего аппарата были и свои «прообразы»?

— Двигатель мы в чем-то позаимствовали из открытых источников НИИМАШ (Нижняя Салда). А прототипом корпуса одного из модулей выбрали универсальную спутниковую платформу «Навигатор» разработки НПО им. Лавочкина. Мы ее доработали, доведя орбитальные аппараты до «астероидных» требований: сохранив форму шестигранной призмы, заменили элементы корпуса, внесли и другие коррективы. Уже направили заявку на получение патента по созданию механизма посадки на астероид. А сейчас работаем над конструкцией топливных баков, возможно, они будут из сверхпрочных композитных материалов.

— Способен ли ваш модуль сам долететь до астероида?

— Поначалу мы рассматривали такой вариант, но затем отказались от него. Возможный прототип доставщика нашего аппарата, транспортно-энергетический модуль, совместный проект «Роскосмоса» и «Росатома» с ЯЭДУ (ядерная энергодвигательная установка) мегаваттного класса, еще не готов, но в будущем он открывает почти неограниченные возможности для освоения дальнего космоса. В качестве двигателя в нем впервые будет применена реакторная установка, что позволит не брать в полет огромные запасы топлива. Резерв его «хода» без всякой «дозаправки» — более 100 тысяч часов, за это время космический аппарат может достичь границы Солнечной системы.

Но в будущем мы планируем разработать для посадочного модуля космический аппарат-доставщик к астероиду.

— А какой вариант тяги вы выбрали?

— Космический аппарат оснащен жидкостными двигателями орбитального маневрирования, стабилизации и ориентации, а также газовыми точной ориентации. Впрочем, не исключено, что в будущем для космического аппарата-доставщика их дополнят и ионные двигатели, что позволит применять его и для преодоления больших расстояний. Вместо химического топлива в них используется «электрический принцип». Нейтральный газ, ксенон или аргон, ионизируется, разгоняет космический аппарат с помощью электрического поля.



Не коснуться, а «сесть»

— Какие зарубежные аналоги есть у вашей разработки?

— Свои разработки ученые мира в этом году представят на Международной конференции по астероидной безопасности, которая пройдет в столице Австрии Вене. Два года назад в США на таком же форуме ученые НАСА и Европейского космического агентства презентовали свой проект ДАРТ для изучения технологии смещения небесных тел с близкой к земной траектории. Целью миссии станет двойной астероид. Основной, Дидимос, диаметром почти 800 метров, имеет вращающийся вокруг него спутник Диморфос. Идея в том, чтобы направить на Диморфос космический зонд, чтобы попытаться сдвинуть его с орбиты. Американский зонд ДАРТ стартует в уже этом году, за ним в 2026-м последует европейский аппарат ХЕРА для наблюдения за последствиями «толчка».

Другой, не менее интересный проект НАСА, — по посадке зонда OSIRIS-REx на астероид Бенну. Он уже «в работе»: прошлой осенью взял с астероида образцы грунта, а в мае отправится с ними обратно. Пролетев почти два года, в сентябре 2023-го зонд вернется на Землю. Богатый углеродом материал содержит «строительные блоки» нашей Солнечной системы, что поможет ученым лучше понять, как образовались планеты и зародилась жизнь на Земле.

А в конце 2020 года грунт астероида Рюгу доставил на Землю японский космический зонд Hayabusa-2 . Ему удалось при помощи взрывного устройства «выстрелить» в поверхность астероида Рюгу снарядом, что позволило взять пыль и грунт, залегавшие глубже поверхности космического тела.


Фото: www.rusdialog

— В чем уникальность вашего проекта?

— Наш космический модуль в отличие от современных аналогов не просто «коснется» астероида, а полностью «приземлится» на него. Причем у его европейского собрата, спускаемого аппарата «Филы», не сразу сработали гарпуны и буры, он отлетел от поверхности и был вынужден возвращаться обратно. Все это мы учтем и исправим ошибки. Другой просчет, например, японцев с космическим аппаратом Hayabusa-2, в том, что их модуль слишком зависел от необходимости отправки изображений на Землю. Наш, обладая искусственным интеллектом, будет более автономным, сам выберет удобное место посадки.

— Как можно усовершенствовать «астероидную» модель?

— Сейчас мы прорабатываем вариант с посылкой к астероиду-«змею» сразу двух модулей. Если они сядут на полюсах Апофиса (один будет подавать сигнал, а второй принимать), это, по расчетам, позволит получить данные о составе небесного камня. Это нужно знать для корректировки его орбиты. Чтобы не отлететь от астероида, предлагаем применить «вдавливание» в грунт с помощью импульсного режима двигателя. Наш модуль доставит на небесный камень спектрометр, радар, датчики и другую научную аппаратуру, которая позволит вовремя исследовать возможные отклонения траектории.