Звёздные войны: российские физики научились "побеждать" астероиды

Фото: https://mipt.ru/

Группа учёных из МФТИ, Института космических исследований РАН и двух институтов  госкорпорации "Росатом" — Российского федерального ядерного центра ВНИИЭФ и Троицкого института инновационных и термоядерных исследований — провела расчёт и лазерное моделирование разрушительного воздействия ядерных взрывов на опасные астероиды.

Разработанная методика позволяет экспериментально определять критерии разрушения этих угрожающих планете космических тел с помощью лазерного воздействия на их миниатюрные копии. Результаты исследований опубликованы в "Журнале экспериментальной и теоретической физики".

Астероиды — космические тела, состоящие из углерода, кремния, металла или льда. Диаметр таких объектов колеблется от 30 метров до уничтожающих всё живое 900 километров, средняя скорость движения — 20 километров в секунду. Столкновение с астероидами представляет одну из самых больших опасностей для нашей планеты.

Существует два подхода для решения вопроса защиты Земли: изменение траектории движения астероидов или разрушение их на мелкие осколки, большая часть которых не столкнётся с Землей. Авторы статьи работали над  вторым способом — моделированием воздействия на астероид мощной ударной волны от ядерного взрыва на его поверхности. Учёные показали, что короткое лазерное воздействие на миниатюрную копию астероида сопоставимо с ядерным взрывом на реальном объекте по ключевым процессам, вызывающим его разрушение. В эксперименте учёные получили схожие графики распределения температуры и давления процессов.

Для корректного моделирования физики создавали миниатюрный макет с плотностью и прочностными характеристиками астероида, повторяли его геометрическую форму, а также обеспечивали равенство характерных давлений в начале ударно-волновой стадии процесса. Это равенство с точностью до коэффициента соответствует равенству отношения энергии ядерного взрыва к массе астероида и отношения энергии лазерного импульса к массе мини-макета. Например, для астероида диаметром 200 метров и необходимой для разрушения энергией 6 мегатонн аналогом служила копия диаметром 8–10 миллиметров и разрушающим лазерным импульсом в 500 Дж. Кстати, самым мощным взрывным устройством за всю историю человечества была "Царь-бомба", созданная в СССР в 1961 году. Полная энергия ее взрыва, по разным данным, составляла 58,6 мегатонн в тротиловом эквиваленте.

Исследователи разработали технологию изготовления искусственного вещества каменных (хондритовых) астероидов с заданными свойствами — это наиболее распространенный тип астероидов (более 90%). Учитывались химический состав, плотность, пористость, прочность. В основу создания мини-макетов легли данные анализа структуры вещества каменного астероида, упавшего на Землю пять лет назад, в феврале 2013 года, рядом с населенным пунктом Чебаркуль, — хондрита. При создании астероидного вещества использовалась комбинация процессов осаждения, сжатия и нагрева: имитация естественных процессов его образования в природе. Из цилиндрических образцов искусственного астероидного вещества были изготовлены образцы разных форм: шаровидные, эллипсоидные, кубические и т. д.

Для подтверждения соответствия лазерных экспериментов действительности учёные провели газодинамические расчёты. Было показано, что при разнице в массе между реальным астероидом и его лабораторным аналогом в 14–15 порядков удельная энергия, необходимая для полного разрушения астероида, почти в два раза меньше, чем удельная энергия, необходимая для подобного разрушения мини-макета.

Исследования проводились на лазерных установках "ИСКРА-5", "ЛУЧ" и "САТУРН". Лазерное излучение сначала усиливалось до нужной мощности, а затем  направлялось на закрепленный в экспериментальной вакуумной камере взаимодействия мини-макет. В эксперименте обеспечивалась возможность боковой и тыльной диагностики разрушения и регистрации разлёта осколков макета астероида. Среднее время лазерного воздействия на макет — от 0,5 до 30 наносекунд.

Для оценки критерия заведомого разрушения был принят во внимание процесс падения челябинского астероида. Он имел начальный размер около 20 м и при прохождении атмосферы раздробился на мелкие фрагменты, не нанёсшие катастрофического урона. Таким образом, для исходного размера астероида в 200 м можно говорить о его заведомом разрушении при дроблении на осколки, имеющие линейный размер в 10 раз и массу в 1000 раз меньше исходных. Очевидно, что данная оценка справедлива, если угол вхождения астероида в атмосферу Земли и траектория движения его осколков в атмосфере близки к траектории челябинского астероида.

Также учёные пытались ответить на вопрос: может ли эффект разрушения "накапливаться", можно ли заменить один сильный взрыв несколькими последовательно запущенными, но с меньшей мощностью? Было обнаружено, что с точки зрения общего критерия разрушения несколько более слабых импульсов (как одновременных, так и последовательных) не дают заметного преимущества по сравнению с однократным импульсом суммарной мощности.

В нескольких экспериментах лазерное излучение вводилось в углубление, предварительно подготовленное в мини-макете. Для разрушения макетов при таких условиях необходимо меньшее количество удельной энергии (500 Дж/г вместо 650 Дж/г), что связано с большей эффективностью воздействия заглублённого взрыва.

С учётом масштабного фактора и результатов лабораторных экспериментов исследователи показали возможность заведомого разрушения ядерным взрывом с энергией свыше 3 мегатонн опасного для Земли астероида хондритного типа диаметром 200 м. Учёные планируют продолжить исследования с мини-макетами различной прочности и состава, в том числе с макетами каменно-ледяных и железоникелевых астероидов, а также работы по уточнению влияния формы макетов и наличия углублений на критерий заведомого разрушения.

"Наша база коэффициентов и зависимостей для разного типа астероидов позволит оперативно смоделировать взрыв и найти критерии разрушения. Пока явной опасности нет, и у нашей команды есть время доработать методику спасения нашей планеты от катастрофы. Параллельно работаем над моделированием отклонения астероида без его разрушения и надеемся на международную вовлечённость в процесс", — делится космическими планами один из авторов исследования, доцент кафедры прикладной физики и кафедры лазерных систем и структурированных материалов МФТИ Владимир Юфа.

Источник

Комментарии   

0 #1 Nebo 25.02.2018 11:01
Вот так однажды на орбите Земли появится свой "Фобос".
Цитировать

Добавить комментарий

Комментарии не должны оскорблять автора текста и других комментаторов. Содержание комментария должно быть конкретным, написанным в вежливой форме и относящимся исключительно к комментируемому тексту.


Защитный код
Обновить

Срочные новости

Не могу справиться с обидой. Что делать…

На сайте журнала «Фома» уже долгое время существует постоянная рубрика «Вопрос священнику». Каж...

Сотрудники ЛИТ обучили коллег из Чехии

В конце ноября делегация сотрудников Лаборатории информационных технологий ОИЯИ побывала с...

Программа ХII муниципального форума …

Уважаемые дубненцы! Сообщаем вам, что на следующей неделе в Дубне состоится ХII муниципальный форум ...

Воркшоп общественников Дубны по переустр…

В четверг 13 декабря все жители Дубны, желавшие внести свой вклад в проект обустройства правобережно...

В Дубне наймут на работу шкипера

Представляем вакансии ГКУ МО Дубненский ЦЗН на 14 декабря. ГКУ МО Дубненский ЦЗН (Дубна ул.9 Ма...

Реклама

Объявления

Новости бизнеса

В Дубне прошло открытое совещание совета МТК Моск…

13 декабря состоялось совещание совета МТК Московской обла...

"Тензор" изготовит системы защиты для АЭ…

Приборный завод "ТЕНЗОР" выбран госкорпорацией "Росатом" исп...

Крупнейшие зарубежные нефтегазовые компании готовы…

В ОЭЗ «Дубна» прошло заседание Совета главных конструкторо...

ОЭЗ "Дубна" уже не первая в России

...А вторая по степени инвестиционной привлекательности ос...

9 резидентов ОЭЗ «Дубна» реализуют проекты с учас…

Радио- и микроэлектроника, биомедицина, станкостроение – и...

Мы в соц сетях

VK
ОК
FB
G+

 

Блоги

Подпишитесь на новые события нашего сайта:Подписаться