Охота на сокровища астероидов: золотая лихорадка будущего

Пояс астероидов

Основоположники космонавтики недооценивали важность астероидов. В первой половине ХХ века было известно, что их скопление находится между орбитами Марса и Юпитера. Самую популярную гипотезу о происхождении астероидов выдвинул астроном Генрих Ольберс: он полагал, что эти малые небесные тела — обломки «пятой» планеты, некогда разорванной приливными силами. Фантасты тут же бросились придумывать бесконечные версии того, как могла погибнуть «родина» астероидов, получившая условное название Фаэтон: одни писатели полагали, что она развалилась по естественным причинам, другие — что её погубила ядерная война, начатая местными жителями. Многие надеялись, что изучение астероидов позволит найти следы цивилизации, которая правила на Фаэтоне миллионы лет назад и периодически навещала Землю.

Веста и Церера в сравнении с Луной

Астероиды рассматривали и как место будущих космических поселений. Вероятно, первым автором, который подробно описал колонизацию крупнейшего астероида — Цереры, — был советский фантаст Абрам Палей, выпустивший в 1930 году роман «Планета КИМ». В западной фантастике пояс астероидов сравнивали с Клондайком — регионом поблизости от одноимённой реки, где в конце XIX века бушевала золотая лихорадка. Авторы многочисленных рассказов, печатавшихся в дешёвых журналах, соревновались в том, кто эффектнее опишет охоту за ресурсами малых небесных тел. Первенство здесь принадлежит Клиффорду Саймаку с рассказом «Золотой астероид», появившимся в 1932 году.

В многом благодаря фантастике в массовом сознании сложился образ астероидов как огромных бесформенных глыб, которые находятся очень далеко от Земли и поэтому в ближайшем будущем не могут стать целью космической экспансии. Отношение к ним изменилось с открытием Икара — первого из группы «аполлонов», к которой относят астероиды, пересекающие орбиту Земли с внешней стороны Солнечной системы. 14 июня 1968 года Икар прошёл в 6,36 млн километров от Земли, заставив астрономов поволноваться: вероятность столкновения была очень велика.

«Метеор» (1979).
Задолго до Брюса Уиллиса Землю спасал Шон Коннери

Поскольку траектория движения Икара нестабильна из-за гравитационного влияния Меркурия, орбиту которого он тоже пересекает, не исключено, что когда-нибудь этот каменный астероид размером 1,6 километра действительно врежется в Землю. Ещё весной 1967 года студенты Массачусетского технологического института под руководством Пола Сэндорфа придумали, как отклонить или уничтожить Икар с помощью ракетных систем программы «Сатурн-Аполлон». Оказалось, технически это вполне осуществимо. Результаты были опубликованы и широко разрекламированы — в 1979 году даже вышел научно-фантастический фильм «Метеор», в котором Землю спасали от астероида под названием Орфей с помощью ядерных ракет.

С тех пор за пределами пояса астероидов обнаружили уже несколько сотен небольших тел — их стали называть кроссерами (crosser). Некоторые из них считают потенциально опасными (potentially hazardous object, PHO). К таким относят тела, которые подходят к Земле на расстояние ближе 7,5 млн километров и чьи размеры превышают 35 метров: такой астероид при падении способен разрушить город. Самым опасным считается Апофис диаметром 325 метров: согласно расчётам, он будет подходить к нашей планете на минимальное расстояние в 2029 и 2058 годах. Перед космонавтикой встала новая задача — не только изучить астероиды, но и создать технические средства, которые позволят защитить Землю от столкновения с ними.

Встречи в пустоте

Астероиды Гаспра, Матильда и Ида

До недавнего времени астероиды изучали исключительно астрономическими методами: наблюдением в телескопы и радиолокацией. Однако размеры этих объектов столь малы, что трудно выявить их форму, химический состав и реальную массу. С появлением межпланетных аппаратов нового поколения наконец возникла возможность исследовать астероиды вблизи.

Первым астероидом, который удалось сфотографировать с близкого расстояния, стала Гаспра. Её снимки сделал 29 октября 1991 года американский космический аппарат Galileo, направлявшийся к Юпитеру. Через два года он же сблизился с астероидом Ида и обнаружил, что тот состоит из двух тел; найденный спутник получил название Дактиль.

Следующее достижение принадлежит аппарату NEAR Shoemaker (Near Earth Asteroid Rendezvous — Shoemaker). Он специально создавался NASA для изучения астероида Эрос, орбита которого проходит рядом с земной и периодически пересекает марсианскую. Траектория аппарата была выбрана таким образом, чтобы он пролетел мимо ещё одного астероида — Матильда; их встреча состоялась в июне 1997 года. NEAR Shoemaker сблизился с Эросом в феврале 2000-го, затем вышел на эллиптическую орбиту вокруг него. В течение года аппарат постепенно снижался, пока наконец не совершил посадку на поверхность, успев передать подробные снимки.

Американский аппарат NEAR Shoemaker
впервые совершил мягкую посадку на астероид

Фотографирование того или иного астероида стало типичной задачей для межпланетных миссий. В июле 1999 года рядом с астероидом Брайль прошёл аппарат Deep Space 1 (DS1), направлявшийся к комете 19Р/Борелли. В январе 2000-го снимки астероида Мазурский прислал зонд Cassini, нацеленный на Сатурн. В ноябре 2002-го Stardust, летевший к кометам 81P/Вильда и 9P/Темпеля, сфотографировал астероид Аннафранк. Европейский зонд Rosetta, запущенный к комете 67Р/Чурюмова-Герасименко, изучил по дороге в сентябре 2008 года астероид Штейнс, а в июле 2010-го — астероид Лютеция.

Результаты исследований вроде бы подтверждали изначальное предположение: астероиды действительно выглядят как каменные глыбы, на которых ещё с эпохи формирования Солнечной системы остались следы многочисленных столкновений с другими такими же телами. Поэтому открытия, которые сделал аппарат Dawn, отправленный NASA к крупнейшим астероидам главного пояса, стали настоящей сенсацией. В июле 2011 года Dawn прибыл к Весте, а когда картографировал её, в марте 2015 года добрался до Цереры. У обоих астероидов оказалась отчётливо сферическая форма и сложная структура, а Цереру из-за её размера сразу отнесли к разряду карликовых планет.

Американский аппарат Dawn изучал главный пояс астероидов

Изучение Цереры открыло перед учёными уникальный мир: среди прочего выяснилось, что она повсеместно покрыта водным льдом — где-то он скрыт под слоем грунта, где-то перемешан с породой, а на Северном полюсе залегает на поверхности. Вполне возможно, что когда-то на Церере был океан объёмом около 200 млн км3. Другой неожиданностью стало обнаружение аммиачных солей в кратере, получившем название Оккатор. Их наличие может говорить о том, что раньше Церера принадлежала к поясу Койпера — то есть она сформировалась на границах Солнечной системы, а затем некое гравитационное воздействие (например, притяжение пролетавшей рядом звезды) отбросило её ближе к Солнцу.

Вещество астероидов

Астероид Итокава

Разумеется, любые теории о формировании астероидов останутся гипотетическими до тех пор, пока учёные не получат с них образцы вещества. Однако забрать грунт с малого небесного тела и доставить его на Землю — трудоёмкая и технически сложная операция. Первыми её решились осуществить японские специалисты, отправившие в мае 2003 года аппарат Hayabusa к астероиду Итокава.

С самого начала миссия сопровождалась сбоями. Во время перелёта произошла мощная солнечная вспышка, которая нарушила работу солнечных батарей. Из-за этого снизились мощность энергоустановки и работоспособность ионных двигателей. Затем, уже после сближения с астероидом, в сентябре 2005 года, вышли из строя маховики системы ориентации, поэтому программу исследований пришлось резко сократить: вместо того чтобы трижды подлететь к поверхности и взять пробы, Hayabusa совершил всего одно снижение. При этом из-за проблем с управлением была потеряна миниатюрная мобильная лаборатория MINERVA (Micro/Nano Experimental Robot Vehicle for Asteroid), а потом ещё и сам аппарат ударился о поверхность и отскочил.

Японский аппарат Hayabusa
доставил образцы грунта с астероида Итокава

Тем не менее 26 ноября Hayabusa с большим трудом взял образцы грунта и направился к Земле. 13 июня 2010 года капсула вошла в атмосферу и успешно приземлилась на полигоне Вумера в Австралии. В контейнере грунтозаборного устройства учёные обнаружили мелкие крупинки, которые немедленно подвергли всестороннему анализу. Прежде всего, подтвердилась гипотеза о том, что астероиды типа Итокавы по составу похожи на метеориты-хондриты, которые часто находят на Земле. Кроме того, удалось выяснить, что сам астероид является осколком гораздо более крупного тела и постепенно «испаряется» под воздействием космической пыли.

Следующей целью для японских учёных стал астероид Рюгу, который периодически пересекает орбиту Земли, поэтому отнесён к группе потенциально опасных. 27 июня 2018 года к нему приблизился аппарат Hayabusa-2, построенный с учётом опыта предшественника. Сначала он произвёл несколько снижений, чтобы сфотографировать мелкие детали поверхности Рюгу и определить структуру его слабенького гравитационного поля.

Затем аппарат сбросил вниз три миниатюрных ровера: два одинаковых японских MINERVA II (21 сентября) и франко-германский Mascot (3 октября). Хотя они проработали на Рюгу всего по несколько часов, их миссия была признана успешной. Сам Hayabusa-2 сел на поверхность и взял образцы грунта только 21 февраля 2019-го. Капсула с пробами вернётся на Землю в декабре 2020 года. После этого аппарат совершит манёвр и в июне 2023-го обследует ещё один околоземный астероид, фигурирующий в каталогах под обозначением 2001 WR1.

Поверхность астероида Рюгу,
сфотографированная ровером MINERVA II после посадки

Успех японцев собираются повторить американцы. 3 декабря 2018 года к полукилометровому астероиду Бенну, который очень похож на Рюгу и тоже относится к потенциально опасным, прибыл аппарат OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer). Уже через неделю научная группа сообщила о первом значительном открытии: спектрометры обнаружили на астероиде молекулы гидроксила. Это значит, что когда-то его породы взаимодействовали с водой — вероятно, раньше Бенну тоже был частью более крупного тела типа Цереры. В октябре 2020 года аппарат снизился над Бенну и, выпустив струю азота, поднял пыль, которая затем осела в специальных ловушках. Возвращаемая капсула должна будет приземлиться на полигоне в штате Юта в сентябре 2023-го.

В будущем запланировано ещё несколько миссий по изучению малых небесных тел. В октябре 2021 года стартует очередной американский аппарат Lucy. Он отправится к шести «троянцам» — астероидам, которые вращаются вокруг Солнца по орбите перед Юпитером. Его миссия будет длиться целое десятилетие и в 2033 году завершится посещением Патрокла. Через год после запуска Lucy в космос полетит Psyche — его целью станет тяжёлый металлический астероид Психея, который считается ядром протопланеты размером с Марс, разрушенной при столкновениях с другими телами.

Американский аппарат OSIRIS-REx доставит образцы грунта с астероида Бенну

О подготовке миссий к астероидам заявили китайские и бразильские учёные. Российские специалисты пока не спешат присоединяться к этой «гонке». Их больше беспокоит, что у современной цивилизации нет защиты на случай падения одного из астероидов на нашу планету. На очередных Королёвских чтениях, прошедших в конце января 2019-го, был представлен проект «Космический патруль»: авторы предлагают запускать дешёвые аппараты, чтобы изучать потенциально опасные астероиды, а заодно отрабатывать методы их обнаружения и перехвата. По мнению наших учёных, это позволит за пять-семь лет создать эшелон оперативного реагирования «Цитадель», который будет способен разрушить космическое тело диаметром до 500 метров.

Конечно, сбор информации о ближних и дальних астероидах позволит астрономам больше узнать о том, как формировалась Солнечная система и какие изменения происходили в ней на протяжении миллионов лет. Но есть и практический интерес: полёты к малым небесным телам помогут выяснить, какие полезные ископаемые можно из них извлечь.

Чтобы заинтересовать корпорации и частных инвесторов освоением астероидов, в мае 2015 года американская Комиссия по ценным бумагам и биржам выдвинула законопроект US Commercial Space Launch Competitiveness Act, дающий гражданам США право на владение ресурсами, добываемыми в космосе. Президент Барак Обама подписал этот документ, после чего закон вступил в силу.

К инициативе поспешил присоединиться Люксембург: хоть у него и нет национальной космической программы, он собирается обеспечить юридическую и инвестиционную поддержку частным компаниям Deep Space Industries и Planetary Resources. Первая компания, основанная в январе 2013 года, работает над серией небольших аппаратов Xplorer, которые смогут летать к ближайшим астероидам и выяснять, какие на них есть ресурсы; следом вступят в дело сборщики образцов грунта DragonFlies и добывающие роботы Harvestors.

Прототип искателя полезных ископаемых Arkyd-6

Вторая компания появилась на рынке ещё в январе 2009-го под названием Arkyd Astronautics, а переименовали её через три года, когда было публично объявлено, чем она собирается заниматься. В то время Planetary Resources создавала спутники, которые должны были служить прототипами более «продвинутых» аппаратов: инфракрасных телескопов Arkyd-100 для обнаружения малых тел на близких орбитах, посадочных лабораторий Arkyd-200 и искателей полезных ископаемых Arkyd-300. Сотрудникам компании удалось вывести на околоземную орбиту прототипы Arkyd-3 и Arkyd-6, но из-за финансовых трудностей фирму пришлось реорганизовать и в 2018 году продать ConsenSys, занимающейся блокчейн-технологиями. Сейчас будущее предлагаемых проектов туманно.

Хотя успехи частников пока выглядят скромными, их деятельность подстёгивает государственные космические агентства: власти начинают разрабатывать стратегии по освоению астероидов. Больше всего их интересуют металлы. Например, стоимость железа, никеля и кобальта, содержащихся в астероиде Рюгу, оценивается в 83 миллиардов долларов, а ресурсы Психеи — в 10 квинтиллионов долларов, то есть в сто тысяч раз больше всемирного ВВП!

Американский аппарат Psyche изучит крупнейший металлический астероид — Психею

Разумеется, пригодятся и запасы воды, ведь её можно использовать как топливо для роботов-шахтёров и как основу для систем жизнеобеспечения будущих колоний. Только как добраться до этих ресурсов? Сейчас рассматривают самые разные варианты. Например, можно транспортировать сравнительно небольшие космические глыбы на высокую околоземную или окололунную орбиту, что упростило бы добычу редких металлов. Есть и другой план: превращать астероиды-кроссеры в межпланетные корабли.

К сожалению, пилотируемые экспедиции к малым небесным телам, которые ранее планировало NASA, отменены администрацией Дональда Трампа в пользу полётов на Луну. Но если удастся доказать, что добывать ресурсы из астероидов — вполне эффективная затея, то когда-нибудь мир увидит новую золотую лихорадку.

Американский аппарат Lucy
будет исследовать троянские астероиды

Межпланетный аппарат Lucy. Его целью станут юпитерианские троянцы — две крупные группы астероидов, постоянно находящихся в окрестностях точек Лагранжа L4 и L5 системы «Солнце-Юпитер». В общей сложности за время своей миссии зонд должен посетить семь малых тел Солнечной системы, что станет новым рекордом космонавтики.

A. Pervushin