Уважаемые коллеги справедливо высказывают сомнения в возможностях радаром обнаружить крупный метеорит и уклониться от столкновения.
Давайте попробуем в этом разобраться более глубоко.
Прежде всего, надо понять насколько вероятно столкновение космического корабля и метеорита.
На сегодня существуют более 7 моделей оценки плотности метеоритов в космосе [1]. Среди них ГОСТ 25645.128-85, Модель Грюна от 1985 г, Модель Дивайна от 1993 г, исследование NASA SSP 30425 от 1994 г, модель Дикарева от 2004 г. и другие. Все эти модели не имеют под собой сколь-нибудь определенной теоретической или баллистической базы и основываются на измерениях со спутников, радиолокации космического пространства, реальных повреждениях спутников и других измерениях. Причем, как признают сами авторы, эти измерения достаточно не точны. Однако, все сходятся к тому, что вблизи Земли предполагаемая плотность метеороидов составляет 2,5 г/см3. При этом масса таких микро— метеоритов оценивается от 10-18 г и до 102 г. Что же касается больших метеоритов, массой от 10 кг и более, то вероятность столкновения корабля с ними оценивается ничтожно. По некоторый источникам один раз за 25 000 лет.
Важно также то, что большинство моделей не отвечает на вопрос — где плотность метеоритов больше: вблизи Земли или планет, или в дальнем космосе?
Поэтому примем как предположение, что для полетов в районы Луны, Марса, Венеры и Меркурия — столкновения маловероятно. Хотя и возможны. А вот в случае полетов к дальним планетам, где расстояния и время полета значительно больше — я бы так не рисковал.
Итак, второй вопрос: а возможно ли при сегодняшнем уровне техники создать систему обнаружения крупных метеоритов и уклонения от них.
Возможности современных систем ПВО, например ЗРК С-400 или С-500 позволяют сканировать во всех направлениях воздушных цели на расстояниях до 400-500 км. Можно было бы и дальше, но цель уходит за горизонт. Нам кажется, что на сегодня создать космический сканирующий радар с дальностью работы в 10 000 км не будет проблемой. Для уточнения координат и траектории, видимо, потребуется два или три антенных комплекса.
Тогда давайте, проведем простые и грубые вычисления, чтобы понять, что может получиться.
Предположим, что космический корабль летит со скоростью 25 км/с. По курсу, навстречу ему, движется метеорит, тоже со скоростью 25 км/с — самый худший вариант. Тогда скорость сближения корабля и метеорита составит 50 км/с.
Если РЛС сможет засечь метеорит на расстоянии 10 000 км, то сигнал обнаружения будет получен за 10 000 км / 50 км/с = 200 секунд.
Надо учесть поправки на скорость света, необходимого для движения радиоволн от корабля и обратно (0,6 с) и этим можно пренебречь.
Допустим, нам потребуется ещё 10 секунд на проверку траектории, 10 секунд на расчет маневра уклонения, ещё 10 секунд на подготовку и включения маневровых двигателей системы уклонения, и ещё 20 секунд на запас, то для выполнения маневра у нас остается 150 секунд! Это много или мало?
А если перед кораблем запустить радиолокационный зонд на расстоянии 4 000 - 5 000 км, то дальность обнаружения заметно возрастет.
Теперь предположим, для простоты, что масса корабля 100 тн, или 100 000 кг. Диаметр по миделю 500 м. Значит, при маневре уклонения нам нужно за 150 секунд сместиться на 500 м. Тогда из уравнения:
S = at2/2 или a = 2S/t2
подставив значения, получим значение нужного ускорения
a = 2*500/150*150 = 0,04 м/c2.
Соответственно, чтобы сдвинуть корабль массой 100 000 кг, потребуется сила равная:
F = ma
или F = 100 000 кг * 0,04 м/с2 = 4 000 ньютонов или 407 кг.
При этом, нужно, чтобы маневровые двигатели работали все 150 секунд! Но при тяге больше, и время потребуется меньше.
К примеру, в ЗРК С-200 используются твердотопливные ускорители с тягой 42 тн [2] . А значит, на такой маневр им потребуется в 100 раз меньше времени, примерно 1,5 секунд, при ускорении выше 4G, что, очевидно, чрезмерно.
Технически подобрать твердотопливные ускорители при сегодняшней технологии не проблема даже для кораблей массой за 1000 тн.
Детально, рассчитать массу такого комплекта оборудования, конечно невозможно. Но если предположить, что вес хорошего ЗРК примерно 40 тн, а там много лишнего, то можно вписаться в 5-10 тн. А если перейти к более дорогим, и, соответственно, легким материалам, то и того меньше.
Выполнение расчета требуемой электрической мощности для работы радара — отдельная проблема. Мы приглашаем желающих, присоединиться к дискуссии.
Список литературы
1. Миронов В.В., Толкач М.А. МОДЕЛИ МЕТЕОРОИДНОЙ СРЕДЫ В ОКОЛОЗЕМНОМ КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА МЕТЕОРОИДОВ.
ГНЦ РФ–ФГУП «Исследовательский центр имени М.В. Келдыша» (Центр Келдыша). 2017. С. 48-62.