Полювання на скарби астероїдів: золота лихоманка майбутнього

Астероїди розглядали як місце майбутніх космічних поселень. Ймовірно, першим автором, який докладно описав колонізацію найбільшого астероїда — Церери, був радянський фантаст Абрам Палей, який у 1930 році випустив роман «Планета КІМ». У західній фантастиці пояс астероїдів порівнювали з Клондайком — регіоном поблизу однойменної річки, де наприкінці ХІХ століття вирувала золота лихоманка. Автори численних оповідань, що друкувалися в дешевих журналах, змагалися в тому, хто ефектніше опише полювання на ресурси малих небесних тіл. Першість тут належить Кліффорду Саймаку з оповіданням «Золотий астероїд», що з’явилося 1932 року.

Великою мірою завдяки фантастиці в масовій свідомості склався образ астероїдів як величезних безформних брил, які знаходяться дуже далеко від Землі і тому в найближчому майбутньому не можуть стати метою космічної експансії. Ставлення до них змінилося з відкриттям Ікара — першого із групи «аполлонів», до якої відносять астероїди, які перетинають орбіту Землі із зовнішнього боку Сонячної системи. 14 червня 1968 року Ікар пройшов за 6,36 млн кілометрів від Землі, змусивши астрономів похвилюватися: ймовірність зіткнення була дуже велика.

Оскільки траєкторія руху Ікара нестабільна через гравітаційний вплив Меркурія, орбіту якого він теж перетинає, не виключено, що колись цей кам’яний астероїд розміром 1,6 кілометра справді вріжеться до Землі. Ще навесні 1967 року студенти Массачусетського технологічного інституту під керівництвом Пола Сендорфа вигадали, як відхилити або знищити Ікар за допомогою ракетних систем програми Сатурн-Аполлон. Виявилося, технічно це цілком можливо. Результати були опубліковані та широко розрекламовані — 1979 року навіть вийшов науково-фантастичний фільм «Метеор», у якому Землю рятували від астероїда під назвою Орфей за допомогою ядерних ракет.

Відтоді поза поясом астероїдів виявили вже кілька сотень невеликих тіл — їх почали називати кросерами (crosser). Деякі їх вважають потенційно небезпечними (potentially hazardous object, PHO). До таких відносять тіла, які підходять до Землі на відстань ближче 7,5 млн кілометрів і розміри яких перевищують 35 метрів: такий астероїд при падінні здатний зруйнувати місто. Найнебезпечнішим вважається Апофіс діаметром 325 метрів: згідно з розрахунками, він підходитиме до нашої планети на мінімальну відстань у 2029 та 2058 роках. Перед космонавтикою постало нове завдання — не лише вивчити астероїди, а й створити технічні засоби, які дозволять захистити землю від зіткнення з ними.

Донедавна астероїди вивчали виключно астрономічними методами: спостереженням у телескопи та радіолокацією. Однак розміри цих об’єктів настільки малі, що важко виявити їх форму, хімічний склад та реальну масу. З появою міжпланетних апаратів нового покоління, нарешті, виникла можливість досліджувати астероїди поблизу.

Першим астероїдом, який вдалося сфотографувати зблизька, стала Гаспра. Її знімки зробив 29 жовтня 1991 американський космічний апарат Galileo, що прямував до Юпітера. Через два роки він зблизився з астероїдом Іда і виявив, що той складається з двох тіл; знайдений супутник отримав назву Дактіль.

Наступне досягнення належить апарату NEAR Shoemaker (Near Earth Asteroid Rendezvous – Shoemaker). Він спеціально створювався NASA для вивчення астероїда Ероса, орбіта якого проходить поруч із земною і періодично перетинає марсіанську. Траєкторія апарату була обрана таким чином, щоб він пролетів повз ще одного астероїда – Матильда; їхня зустріч відбулася в червні 1997 року. NEAR Shoemaker зблизився з Еросом у лютому 2000-го, потім вийшов на еліптичну орбіту навколо нього. Протягом року апарат поступово знижувався, поки нарешті не здійснив посадку на поверхню, встигнувши передати докладні знімки.

Фотографування того чи іншого астероїда стало типовим завданням міжпланетних місій. У липні 1999 року поряд з астероїдом Брайль пройшов апарат Deep Space 1 (DS1), що прямував до комети 19Р/Бореллі. У січні 2000-го знімки астероїда Мазурський надіслав зонд Cassini, орієнтований на Сатурн. У листопаді 2002-го Stardust, який летів до комет 81P/Вільда та 9P/Темпеля, сфотографував астероїд Аннафранк. Європейський зонд Rosetta, запущений до комети 67Р/Чурюмова-Герасименко, вивчив дорогою у вересні 2008 року астероїд Штейнс, а в липні 2010-го — астероїд Лютеція.

Результати досліджень начебто підтверджували початкове припущення: астероїди дійсно виглядають як кам’яні брили, на яких ще з епохи формування Сонячної системи залишилися сліди численних зіткнень з іншими такими ж тілами. Тому відкриття, які зробив апарат Dawn, відправлений NASA до найбільших астероїдів головного поясу, стали справжньою сенсацією. У липні 2011 року Dawn прибув до Вести, а коли картографував її, у березні 2015 року дістався Церери. В обох астероїдів виявилася виразно сферична форма та складна структура, а Цереру через її розмір відразу віднесли до розряду карликових планет.

Вивчення Церери відкрило перед вченими унікальний світ: серед іншого з’ясувалося, що вона повсюдно вкрита водним льодом — десь він прихований під шаром ґрунту, десь перемішаний із породою, а на Північному полюсі залягає на поверхні. Цілком можливо, що колись на Церері був океан об’ємом близько 200 млн. км3. Іншою несподіванкою стало виявлення аміачних солей у кратері, який отримав назву Оккатор. Їх наявність може говорити про те, що раніше Церера належала до пояса Койпера — тобто вона сформувалася на межах Сонячної системи, а потім певний гравітаційний вплив (наприклад, тяжіння зірки, що пролітала поруч) відкинуло її ближче до Сонця.

Зрозуміло, будь-які теорії про формування астероїдів залишаться гіпотетичними доти, доки вчені не отримають з них зразки речовини. Проте забрати ґрунт із малого небесного тіла та доставити його на Землю — трудомістка та технічно складна операція. Першими її зважилися здійснити японські фахівці, які відправили в травні 2003 апарат Hayabusa до астероїда Ітокава.

Із самого початку місія супроводжувалася збоями. Під час перельоту стався потужний сонячний спалах, який порушив роботу сонячних батарей. Через це знизилися потужність енергоустановки та працездатність іонних двигунів. Потім, вже після зближення з астероїдом, у вересні 2005 року, вийшли з ладу маховики системи орієнтації, тому програму досліджень довелося різко скоротити: замість того, щоб тричі підлетіти до поверхні та взяти проби, Hayabusa здійснив лише одне зниження. При цьому через проблеми з управлінням було втрачено мініатюрну мобільну лабораторію MINERVA (Micro/Nano Experimental Robot Vehicle for Asteroid), а потім ще й сам апарат вдарився об поверхню і відскочив.

Проте 26 листопада Hayabusa насилу взяв зразки ґрунту і попрямував до Землі. 13 червня 2010 капсула увійшла в атмосферу і успішно приземлилася на полігоні Вумера в Австралії. У контейнері ґрунтозабірного пристрою вчені виявили дрібні крупинки, які негайно піддали всебічному аналізу. Насамперед, підтвердилася гіпотеза про те, що астероїди типу Ітокави за складом схожі на метеорити-хондрити, які часто знаходять на Землі. Крім того, вдалося з’ясувати, що сам астероїд є уламком набагато більшого тіла і поступово «випаровується» під впливом космічного пилу.

Наступною метою для японських вчених став астероїд Рюгу, який періодично перетинає орбіту Землі, тому належить до групи потенційно небезпечних. 27 червня 2018 до нього наблизився апарат Hayabusa-2, побудований з урахуванням досвіду попередника. Спочатку він зробив кілька зниження, щоб сфотографувати дрібні деталі поверхні Рюгу і визначити структуру його слабкого гравітаційного поля.

Потім апарат скинув вниз три мініатюрні ровери: два однакових японських MINERVA II (21 вересня) і франко-німецький Mascot (3 жовтня). Хоча вони пропрацювали на Рюгу лише по кілька годин, їхня місія була визнана успішною. Сам Hayabusa-2 сів на поверхню та взяв зразки ґрунту лише 21 лютого 2019-го. Капсула із пробами повернеться на Землю у грудні 2020 року. Після цього апарат здійснить маневр і в червні 2023 обстежить ще один навколоземний астероїд, що фігурує в каталогах під позначенням 2001 WR1.

Успіх японців мають намір повторити американці. 3 грудня 2018 до півкілометрового астероїда Бенну, який дуже схожий на Рюгу і теж відноситься до потенційно небезпечних, прибув апарат OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer). Вже за тиждень наукова група повідомила про перше значне відкриття: спектрометри виявили на астероїді молекули гідроксилу. Це означає, що колись його породи взаємодіяли з водою — мабуть, раніше Бенну теж був частиною більшого тіла типу Церери. У жовтні 2020 року апарат знизився над Бенну і, випустивши струмінь азоту, підняв пил, який потім осів у спеціальних пастках. Повертається капсула повинна буде приземлитися на полігоні в штаті Юта у вересні 2023-го.

У майбутньому заплановано ще кілька місій з вивчення малих небесних тіл. У жовтні 2021 року стартує черговий американський апарат Lucy. Він вирушить до шести “троянців” – астероїдів, які обертаються навколо Сонця по орбіті перед Юпітером. Його місія триватиме ціле десятиліття і у 2033 році завершиться відвідинами Патрокла. Через рік після запуску Lucy у космос полетить Psyche – його метою стане важкий металевий астероїд Психея, який вважається ядром протопланети розміром із Марс, зруйнованою при зіткненнях з іншими тілами.

Про підготовку місій до астероїдів заявили китайські та бразильські вчені. Російські фахівці поки не поспішають приєднуватися до цієї гонки. Їх більше турбує, що сучасна цивілізація не має захисту на випадок падіння одного з астероїдів на нашу планету. На чергових Королівських читаннях, що відбулися наприкінці січня 2019-го, було представлено проект «Космічний патруль»: автори пропонують запускати дешеві апарати, щоб вивчати потенційно небезпечні астероїди, а заразом відпрацьовувати методи їх виявлення та перехоплення. На думку наших вчених, це дозволить за п’ять-сім років створити ешелон оперативного реагування «Цитадель», який буде здатний зруйнувати космічне тіло діаметром до 500 метрів.

Звісно, збирання інформації про ближніх і дальніх астероїдів дозволить астрономам більше дізнатися про те, як формувалася Сонячна система та які зміни відбувалися в ній протягом мільйонів років. Але є і практичний інтерес: польоти до малих небесних тіл допоможуть з’ясувати, які корисні копалини можна витягти з них.

Щоб зацікавити корпорації та приватних інвесторів освоєнням астероїдів, у травні 2015 року американська Комісія з цінних паперів та бірж висунула законопроект US Commercial Space Launch Competitiveness Act, який дає громадянам США право на володіння ресурсами, що видобуваються в космосі. Президент Барак Обама підписав цей документ, після чого закон набув чинності.

До ініціативи поспішив приєднатися Люксембург: хоч він і не має національної космічної програми, він збирається забезпечити юридичну та інвестиційну підтримку приватним компаніям Deep Space Industries та Planetary Resources. Перша компанія, заснована в січні 2013 року, працює над серією невеликих апаратів Xplorer, які зможуть літати до найближчих астероїдів та з’ясовувати, які ресурси є на них; потім вступлять у справу збирачі зразків грунту DragonFlies і видобувні роботи Harvestors.

Друга компанія з’явилася на ринку ще в січні 2009-го під назвою Arkyd Astronautics, а її перейменували через три роки, коли було публічно оголошено, чим вона збирається займатися. У той час Planetary Resources створювала супутники, які повинні були служити прототипами більш «просунутих» апаратів: інфрачервоних телескопів Arkyd-100 для виявлення малих тіл на близьких орбітах, лабораторій посадкових Arkyd-200 і шукачів корисних копалин Arkyd-300. Співробітникам компанії вдалося вивести на навколоземну орбіту прототипи Arkyd-3 та Arkyd-6, але через фінансові труднощі фірму довелося реорганізувати і в 2018 році продати ConsenSys, яка займається блокчейн-технологіями. Наразі майбутнє запропонованих проектів туманне.

Хоча успіхи приватників поки що виглядають скромними, їхня діяльність підстьобує державні космічні агенції: влада починає розробляти стратегії з освоєння астероїдів. Найбільше їх цікавлять метали. Наприклад, вартість заліза, нікелю і кобальту, що містяться в астероїді Рюгу, оцінюється в 83 мільярди доларів, а ресурси Психеї — в 10 квінтильйонів доларів, тобто в сто тисяч разів більше за світовий ВВП!

Зрозуміло, стануть у нагоді і запаси води, адже її можна використовувати як паливо для роботів-шахтарів і як основу для систем життєзабезпечення майбутніх колоній. Тільки як дістатися цих ресурсів? Зараз розглядають різні варіанти. Наприклад, можна транспортувати порівняно невеликі космічні брили на високу навколоземну або навколомісячну орбіту, що спростило б видобуток рідкісних металів. Є й інший план: перетворювати астероїди-кросери на міжпланетні кораблі.

На жаль, пілотовані експедиції до малих небесних тіл, які раніше планувало NASA, скасовано адміністрацією Дональда Трампа на користь польотів на Місяць. Але якщо вдасться довести, що видобувати ресурси з астероїдів — цілком ефективна витівка, то колись світ побачить нову золоту лихоманку.