Ученые Самарского университета им. Королёва и Института космических исследований РАН разработали простой и экономичный план исследовательской миссии к летящему в сторону Земли астероиду Апофис. В апреле 2029 года Апофис должен пройти мимо Земли на минимальном расстоянии - примерно в 30 тыс. км от поверхности нашей планеты.
Согласно плану, ученые предлагают направить для изучения астероида космическую обсерваторию "Спектр-Рентген-Гамма" ("Спектр-РГ"), запущенную в космос в 2019 году и оснащенную двумя рентгеновскими телескопами. Космические баллистики смоделировали различные варианты возможной миссии к Апофису и рассчитали точную дату и время, когда для отправки обсерватории к астероиду нужно будет лишь на несколько секунд включить двигатели космического аппарата, дальше все сделают законы небесной механики. Предложенный план позволяет отказаться от разработки и создания нового космического аппарата и затрат на его запуск в космос, при этом отечественная наука сможет получить уникальные подробные данные по Апофису. Расчеты и схемы исследовательской миссии опубликованы в авторитетных научных журналах "Космические исследования" и Solar System Research.
"За исходную орбиту для старта миссии была взята та, на которой сейчас находится космическая обсерватория "Спектр-РГ". Этот космический аппарат в настоящее время функционирует в окрестности солнечно-земной точки либрации L2, а его основная миссия по изучению Вселенной в рентгеновском диапазоне электромагнитного излучения должна быть завершена в 2026 году. Ожидается, что по окончании всех задач проекта у обсерватории будет запас характеристической скорости, достаточный для ее перевода на траекторию инвариантного многообразия с последующим пролетом мимо астероида Апофис, который максимально приблизится к Земле 13 апреля 2029 года. Использование обсерватории позволит провести эффективное исследование астероида с минимальными затратами - не нужно будет создавать специальный аппарат для этой миссии и запускать его в космос. После пролета Апофиса и передачи на Землю полученных данных обсерватория, в случае необходимости, сможет вернуться на свою прежнюю орбиту для выполнения новых задач", - рассказала одна из авторов плана миссии Ольга Старинова, завкафедрой динамики полета и систем управления Самарского университета им. Королёва.
Как показали расчеты, наиболее экономичным по затратам топлива является вариант со стартом миссии 13 сентября 2028 года. Двигателям обсерватории нужно будет создать импульс величиной всего 1 м/с, после этого космический аппарат перейдет на измененную орбиту и ровно через семь месяцев, 13 апреля 2029 года, пролетит на расстоянии 18 тыс. км от центра масс астероида Апофис, что по космическим меркам является весьма малым расстоянием (ранее Апофис исследовали с расстояния 14 млн км). После сближения с астероидом "Спектр-СГ" пролетит вблизи точки либрации L1 системы Солнце-Земля, а затем отправится к Земле.
"Кроме этого варианта миссии, мы также рассчитали такой сценарий перелета, когда обсерватория сможет приблизиться на рекордно близкое расстояние к Апофису - астероид будет пролетать всего лишь в нескольких сотнях километров от обсерватории. Однако в отличие от первого варианта, где достаточно лишь одного импульса двигателей на старте миссии, во втором варианте двигатели нужно будет использовать несколько раз в определенных точках траектории", - отметила Ольга Старинова.
Согласно этому варианту, миссия стартует 24 августа 2027 года. Аппарат получает импульс величиной всего 0,1 м/с и спустя почти 9 месяцев выходит на новую орбиту, после чего 5 сентября 2028 года следует еще одно кратковременное включение двигателей, и аппарат переводится на окончательную траекторию сближения с астероидом. Правда, в этом варианте встреча Апофиса и "Спектра-СГ" состоится не 13-го, а 14 апреля, на следующий день после его пролета мимо Земли, зато эта встреча будет очень и очень близкой.
"Минусом этой схемы является лишь то, что после пролета астероида обсерваторию необходимо будет затормозить для удержания ее вблизи солнечно-земной точки либрации L2. Затраты импульса на такой маневр составят почти 30 м/с. В остальном данные две схемы являются наиболее экономичными и эффективными, в обоих случаях астероид достигается с минимальными затратами топлива, но перелеты имеют разную длительность. Эти схемы миссии к Апофису абсолютно реальны и вполне реализуемые в случае необходимости. Подобный концепт можно применить и для других исследовательских миссий будущего", - подытожила Ольга Старинова.
Справочно
В команду ученых, разработавших методику, по которой велись расчеты и строились баллистические схемы, вошли Натан Эйсмонт, ведущий научный сотрудник Института космических исследований (ИКИ) РАН; Ольга Старинова, завкафедрой динамики полета и систем управления Самарского университета им. Королёва; Максим Пупков, инженер ИКИ РАН и аспирант Самарского университета им. Королёва (научный руководитель - Ольга Старинова) и другие сотрудники.
Астероид Апофис носит имя древнеегипетского бога Апопа (в древнегреческом произношении - Апофис), который изображался в виде огромного змея, стремившегося уничтожить Солнце и ввергнуть Землю в мрак и хаос. Астероид был открыт в 2004 году и первоначально он вызвал опасения из-за возможного столкновения с Землей 13 апреля 2029 года. Однако дальнейшие наблюдения и расчеты исключили такую возможность. По расчетам, астероид должен пролететь примерно в 31 тыс. км от поверхности Земли - это в десять с лишним раз меньше, чем расстояние от Земли до Луны. Длина Апофиса - от 370 до 450 м, радиус - около 170 м, средняя скорость - 30 км/с. Столкновение астероида с Землей привело бы к глобальной катастрофе.
"Спектр-РГ" - орбитальная астрофизическая обсерватория, предназначенная для построения полной карты Вселенной в рентгеновском диапазоне. Выведена в космос 13 июля 2019 года.
Точки либрации (точки Лагранжа) существуют в системах, состоящих из двух массивных небесных тел (например, пары Земля и Луна или Земля и Солнце), где тело с меньшей массой вращается вокруг тела с большей массой. Из-за взаимного уравновешивания центробежной силы и гравитационных сил в подобных системах возникают пять пространственных точек, находясь в которых, третье тело с очень малой массой (например, спутник или частицы межпланетной пыли) может оставаться неподвижным во вращающейся системе отсчета, связанной с массивными телами. Точки Лагранжа получили своё название в честь французского математика Жозефа Луи Лагранжа, который в 1772 году путем математических вычислений сделал вывод о существовании этих особых точек.
