Потенциально опасными космическими объектами считаются астероиды или кометы, орбиты которых пролегают на расстоянии менее 0,05 астрономической единицы от орбиты Земли, а размеры превышают 100 метров.
Об астероидах и достижениях в их исследовании подробнее можно почитать в статье: «Бурение астероида. Введение.»
Пять сотых астрономической единицы – это примерно 7,48 млн. км, или 19,5 расстояний от Земли до Луны. А как мы знаем, среднее расстояние до Луны составляет 384 400 км.
Небесные тела с размерами более 100 метров при падении на Землю могут произвести колоссальные разрушения на суше или гигантские цунами при вхождении в океан. Катастрофические стихийные бедствия таких масштабов происходили, примерно, раз в 10 000 лет.
В настоящее время количество известных потенциально опасных астероидов и сближающихся с Землей комет приближается к двум тысячам.
Объекты от 35 метров также могут сильно навредить. Например, при падении на город.
При сближении астероидов с планетами и их спутниками на них действует гравитация, изменяя их орбиты, и поэтому потенциально опасные объекты могут стать безопасными и наоборот.
Шестьдесят шесть с половиной миллионов лет назад в Землю ударил астероид размером 10 км, образовав кратер Чикшулуб на полуострове Юкатан диаметром 180 км и первоначальной глубиной 17-20 км. Выброс почвы и горных пород, землетрясения и цунами, произошедшие в результате падения метеорита, привели к почти полной гибели биосферы планеты. Момент падения Чикшулубского метеорита принят Международной стратиграфической комиссией как граница между концом мелового периода мезозойской эры и началом продолжающейся сейчас кайнозойской эры.
Сегодня вероятность подобного катаклизма не выше, чем в любое другое время в истории Земли, но рано или поздно оно произойдёт. Недавние астрономические события, такие как столкновение кометы Шумейкеров-Леви 9 с Юпитером в 1994 году, падение Челябинского метеорита в 2013 году и факт растущего числа объектов в базе автоматизированной системы прогнозирования столкновений (Sentry Risk Table) заставляют людей серьезно задуматься о спасении современной цивилизации.
Можно ли при современных технологиях защитить Землю от подобных объектов?
Чтобы подготовить и осуществить план по предотвращению столкновения астероид, в большинстве случаев, должен быть обнаружен за несколько лет до прогнозируемого контакта.
В настоящее время функционирует несколько программ по обнаружению и отслеживанию околоземных объектов. И разрабатываются стратегии спасения Земли от космических пришельцев.
Эти стратегии подразделяют на два класса: стратегии разрушения и стратегии задержки.
Стратегии задержки основаны на идее замедления или увеличения скорости опасного небесного тела. Изменив скорость, можно избежать столкновения в точке пересечения орбиты опасного объекта с орбитой Земли.
Сценарий разрушения предполагает разделение угрожающего объекта на отдельные фрагменты, которые либо дробятся и сгорают в атмосфере, либо проносятся мимо Земли.
В 1998 году на экраны вышел американский фантастический фильм «Армагеддон». Этот блокбастер стал самым кассовым фильмом года.
По сюжету, Земля попадает сначала под метеоритный дождь. Территория от Финляндии до Западного побережья США подвергается массированному обстрелу метеоритами. В результате атаки гибнет многоразовый транспортный космический корабль NASA «Атлантис» и разрушается часть Нью-Йорка.
Сначала в NASA и NORAD полагают, что это было нападение террористов, но вскоре астроном-любитель обнаруживает, что к Земле движется гигантский астероид размером с Техас.
Площадь 28-го штата США составляет около 695,7 тысяч квадратных километров. При такой площади поверхности сферы ее диаметр приблизительно будет равен 470,6 км.
По размерам такой объект был бы немного больше Гигеи. Гигея – астероид сферической формы с диаметром 434 км.
Специалисты NASA подтверждают существование астероида и после его изучения орбитальным телескопом Хаббл устанавливают, что через 18 дней астероид врежется в Землю и куда бы он ни упал, жизнь на планете будет полностью уничтожена.
Гигея движется по орбите со средней скоростью 16,75 км/с. Астероид из фильма обнаружили примерно за двадцать суток до предполагаемого столкновения с Землей, когда он мог бы находиться на расстоянии 29 млн. км. Учитывая то, что в настоящее время почти все объекты Солнечной системы с диаметрами от 400 км обнаружены и каталогизированы, невероятно неожиданное появление из ниоткуда такого крупного тела в такой близости от Земли.
Энергичный руководитель NASA ищет варианты спасения, пока доктор Рональд Куинси не предлагает взорвать астероид. Наружным взрывом изменить орбиту не удастся. Но взрыв на глубине расколет объект на два фрагмента, которые пролетят мимо Земли на безопасном расстоянии. Остается пробурить скважину глубиной 244 метра, опустить на забой ядерный заряд и взорвать его.
Ранее по сюжету знаменитый бурильщик Гарри Стэмпер спроектировал и запатентовал уникальную буровую установку. Специалисты NASA произвели ее реконструкцию для марсианского бурения. Но из-за надвигающейся катастрофы, в агентстве решают отправить установку на приближающийся астероид с командой подготовленных астронавтов. Стэмпер, вызванный для осмотра и доводки оборудования, соглашается полететь на астероид со своей буровой бригадой и модернизированной установкой «Армадилло».
В дальнейшем бурильщики высаживаются на астероид и после серии драматических событий все же выполняют порученную миссию: взрывают астероид и спасают Землю от гибели.
Прошло более четверти века после выхода фильма «Армагеддон». Насколько реально на современном уровне развития технологий осуществить подобный проект?
Бурение вертикальных скважин на телах со значительной массой, таких как планеты и их спутники, возможно традиционным способом, используя гравитацию. То есть, на Луне или на Марсе, как и на Земле, углубление бурильного инструмента будет происходить за счет собственного веса. Так что на планетах для бурения глубоких скважин рациональным решением будет применение классической конструкции с подъемно-транспортным устройством - буровой вышкой.
Подробнее о буровой вышке можно почитать в статье: «Буровая вышка».
Для защиты от внешних воздействий буровой комплекс мог бы помещаться в герметичное укрытие подобное антарктическому.
О технологии бурения в Антарктиде читаем статью: «Бурение ледников».
Сила тяжести даже на крупных астероидах в десятки раз меньше силы тяжести на планетах. Поэтому бурение астероида возможно только с принудительным погружением бурильного инструмента.
Сила тяжести на астероиде Гигея в 68 раз меньше земной. Если на Земле человек может прыгнуть в высоту с места на 40-50 см, то на Гигее он улетит на 30 метров.
А скорости пистолетной или винтовочной пули вполне достаточно чтобы покинуть Гигею навсегда.
Для вдавливания инструмента в породу необходимо прилагать достаточное осевое усилие. Веса оборудования может на хватить для удержания его на поверхности во время бурения. Поэтому буровая установка должна быть надежно заякорена в грунте.
Вторым важным аспектом сооружения скважины является технология извлечения выбуренной массы. Эффективный в земном бурении способ очистки ствола потоком циркулирующей в скважине жидкости не подойдет для астероида. Температура на поверхности Гигеи составляет -100°С.
На советских и американских ручных или автоматических буровых установках, работавших на поверхности Луны, был успешно испытан шнеково-колонковый способ бурения мелких скважин. Шнековое бурение выполнялось обычными твердосплавными коронками и традиционными полыми шнеками.
Как мы знаем, шнековый способ бурения далеко не нов – он давно применяется для бурения неглубоких скважин различного назначения. Подробнее о шнековом способе бурения можно почитать в статье: «Шнековое бурение».
20 сентября 1970 года советская автоматическая межпланетная станция Луна -16 совершила мягкую посадку на Луну. Масса опустившейся станции составляла 1880 кг. Спустя час после посадки под управлением и контролем с Земли началось бурение скважины, которое выполнялось при температуре лунной ночи – минус 120°С. Осевая подача и вращение шнека производилось электродвигателем. Из скважины на глубине 35 см был взят керн и доставлен на Землю.
Американцы использовали на Луне шнековый ручной электробур.
Таким образом бурение скважины на астероиде вполне возможно шнековым способом. Средняя плотность Луны составляет 3,34 г/см3, а плотность вещества Гигеи характерная для астероидов С-класса - 1,94 г/см3, что, примерно соответствует плотности известняков или глин.
Чтобы пробурить скважину глубиной 244 метра понадобится автоматизированная шнековая буровая установка, которую доставит на поверхность астероида посадочный отделяющийся модуль межпланетной пилотируемой станции. Астронавты могли бы управлять процессом бурения с командного модуля на орбите астероида.
Скважину глубиной в сотни метров выгоднее и быстрее бурить непрерывным способом полностью винтовой бурильной колонной. Поэтому потребуется комплект из нескольких десятков шнеков. Чем больше диаметр скважины, тем габаритнее и увесистее будут шнеки. Возможно, что для доставки кассеты со шнеками понадобится еще одна отделяющаяся посадочная ступень. Все это громоздкое хозяйство: буровую установку и кассету со шнеками необходимо будет скомпоновать и затем надежно зафиксировать на поверхности. Для этих операций может понадобится кратковременная высадка экипажа еще на одном возвращаемом модуле.
После монтажа и закрепления конструкции можно начинать бурение. Наращивание и последующее извлечение инструмента, а также удаление шлама с устья скважины должны обеспечивать автоматизированные системы.
Уже сейчас на установках для горизонтального направленного бурения (ГНБ) применяется механизм автонаращивания инструмента. Подробнее о ГНБ можно почитать в статье: «Горизонтальное направленное бурение».
Для привода в движение рабочих органов и механизмов буровой установки потребуются достаточно мощные электродвигатели.
Еще в шестидесятых годах прошлого века в СССР и в США начались разработки ядерных энергетических установок (ЯЭУ) для использования в космосе. ЯЭУ могла бы стать источником электроэнергии для буровой.
Каким должен быть диаметр скважины для закладки в нее разрушающего астероид заряда?
Как известно «Царь-бомба» - термоядерная авиабомба разработанная и испытанная в 1961 году в СССР является самым мощным взрывным устройством за всю историю человечества. Измеренная мощность взрыва составила 58,6 мегатонны в тротиловом эквиваленте. Снаряд весил 26,5 тонны, был длиной 8 метров и диаметром 2,1 метра.
Даже если максимально уменьшить диаметр снаряда, чтобы скважина соответствовала его поперечнику, для спуска изделия на забой потребуется специальное подъемно-транспортное устройство.
Какова должна быть мощность взрыва, чтобы разорвать такое большое тело на части? При том, что глубина скважины в 244 метра составляет лишь 0,05% от диаметра астероида. Получается, что взрыв сверхмощной бомбы произойдет, практически, на поверхности.
Стоит ли в таком случае доставлять на поверхность астероида термоядерный заряд?
Несколько лет назад группа российских ученых провела серию экспериментов с целью выяснения возможностей разрушения небесных объектов ядерными ударами. С реальными астероидами исследователи дел пока не имели. Они обстреливали миниатюрные модели лазерными импульсами продолжительностью несколько наносекунд, которые имитировали ядерные взрывы. Ученые обеспечили максимальное подобие крошечных мишеней астероидам по составу, плотности и масштабу. Например, 4-х миллиметровый комочек соответствовал 200-метровому объекту похожему по свойствам и составу на Челябинский метеорит.
Лазерный импульс в 200 джоулей разносил модельку чуть ли не в пыль. Импульс имитировал взрыв ядерного заряда в 6 мегатонн. Как известно, мощность атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму, составляла от 0,013 до 0,018 Mt.
Расчеты показали: взрыв шестимегатонного заряда гарантированно разбивает астероид на осколки в 10 раз меньшие по размерам и в 1000 раз меньшие по весу самого астероида. А если поверхность тела изобилует впадинами, каньонами, кратерами, мощность заряда можно уменьшить почти в два раза. Испытатели проверяли это опять же на моделях, направляя лазерные импульсы в рытвины на них.
Для сравнения: мощность американской термоядерной бомбы В-41 (Mark-41), разработанной США в начале 1960-х годов, составляла 25 Mt.
То есть, бурить астероид совсем не обязательно. Можно ударить по его поверхности.
Выходит, человечеству необходимо мощное ядерное оружие и средства его доставки в космосе.
Однако план по разрушению астероида может сработать лишь в том случае, если опасный объект будет своевременно обнаружен.
Чтобы развести осколки разделенного астероида так, чтобы они пролетели мимо Земли, нужно взорвать тело на расстоянии 13-ти миллионов километров. Для этого носитель заряда должен начать движение к точке контакта за 15 суток.
Таким образом представляется, что сегодня бурение астероида является возможной, но весьма затратной задачей. Идея сооружения скважины для подрыва и расчленения крупного астероида и вовсе оказывается несостоятельной.
Необходимость бурения разведочных скважин для изучения недр или промышленной разработки астероидов не обоснована. Зачем зарываться в глубину, если минеральные образования на астероидах лежат на поверхности?
Перспективнее выглядит бурение исследовательских скважин на планетах.
Таким образом в «Армагеддон» ’е очевидна довольно слабая научная достоверность.
Известно, что этот фильм режиссера М. Бэя регулярно показывают новоприбывшим сотрудникам NASA с целью тестирования на обнаружение количества технических киноляпов. Рекордным стало число 168.
Читаем следующую статью: «Морская свайная платформа.»