Как космический аппарат может догнать межзвёздную комету 3I/ATLAS

Межзвёздная комета 3I/ATLAS — один из самых захватывающих объектов, которые когда-либо пролетали через нашу Солнечную систему. Сейчас она стремительно удаляется от нас, но группа учёных разработала дерзкий план её перехвата. Ключевая идея — разогнать космический аппарат до невероятных скоростей, использовав гравитацию самого Солнца. Это звучит фантастически, но за этим стоит реальная физика и конкретный маршрут.

Что такое комета 3I/ATLAS и почему она так важна

Комета 3I/ATLAS была обнаружена в 2025 году и стала лишь третьим известным межзвёздным объектом, посетившим нашу систему — после загадочного Оумуамуа и кометы Борисова. Она прилетела из-за пределов Солнечной системы, прошла мимо Солнца и теперь мчится прочь со скоростью около 61 километра в секунду. Именно такая бешеная скорость делает задачу её перехвата крайне сложной, но при этом невероятно привлекательной для науки.

Изучение межзвёздной кометы вблизи дало бы учёным прямой доступ к материалу из другой звёздной системы — это всё равно что получить посылку из другого конца Галактики. Анализ её состава мог бы многое рассказать о том, как формируются планетные системы за пределами нашей.

Солнечный манёвр Оберта — сердце всего плана

Чтобы догнать межзвёздную комету 3I/ATLAS, аппарату потребуется колоссальное ускорение. Именно здесь в игру вступает так называемый манёвр Оберта — приём, названный в честь учёного Германа Оберта, который описал его ещё в 1929 году.

Суть метода проста: чем быстрее летит аппарат в момент включения двигателей, тем большего ускорения он достигает при том же расходе топлива. А значит, самый выгодный момент для включения двигателя — максимальное сближение с каким-либо массивным телом, например с Солнцем. В этой точке под действием солнечного притяжения скорость аппарата максимальна, и именно здесь нужно дать полную тягу.

Авторы исследования — Адам Хибберд из Инициативы по межзвёздным исследованиям, бывший учёный NASA Т. Маршалл Юбэнкс и Андреас Хайн из Люксембургского университета — предлагают провести этот манёвр на расстоянии всего 3,2 солнечных радиуса от центра Солнца. Это глубоко внутри солнечной короны, примерно вдвое ближе, чем когда-либо подлетал зонд Parker Solar Probe.

Маршрут к межзвёздной комете — через Юпитер к Солнцу

Логика маршрута поначалу кажется нелогичной. Аппарат, который хочет разогнаться к внешней части системы, сначала летит к Юпитеру. Зачем?

Любой аппарат, запущенный с Земли, уже обладает скоростью орбитального движения нашей планеты — около 30 км/с. Если направить его просто к Солнцу, он пролетит мимо по широкой дуге, не приблизившись достаточно для эффективного манёвра. Поэтому нужно сначала погасить скорость. Parker Solar Probe делал это с помощью семи гравитационных манёвров у Венеры за семь лет, но у нас столько времени нет — 3I/ATLAS ждать не будет.

Решение — один быстрый гравитационный манёвр у Юпитера, который занимает около года. Газовый гигант погасит скорость аппарата, после чего тот провалится в сторону Солнца и выйдет на минимальное сближение, где и произведёт мощный ожог двигателей.

По расчётам авторов, оптимальное окно для старта — 2035 год. При удачном стечении обстоятельств аппарат мог бы встретиться с кометой уже через 30 лет, то есть примерно в 2065 году.

Самый быстрый аппарат в истории человечества

Если всё сработает, зонд, отправленный за межзвёздной кометой 3I/ATLAS, станет самым быстрым рукотворным объектом в истории. Для сравнения — «Вояджер-1», запущенный почти 50 лет назад, сейчас находится в 170 астрономических единицах от Солнца. Предложенный аппарат достигнет 3I/ATLAS на расстоянии 732 астрономических единицы примерно за то же время. Это в четыре раза дальше.

Достичь такого результата поможет разгон, который учёные оценивают как прибавку скорости не менее 8,4 км/с — это цифра, сопоставимая с тем, что достиг аппарат Dawn, работавший в поясе астероидов.

Тепловой щит против солнечного жара

Максимальное сближение с Солнцем — не только физически выгодный, но и крайне опасный манёвр. На расстоянии 3,2 солнечных радиуса от центра Солнца температура внешней оболочки аппарата будет огромной. Parker Solar Probe на своём рекордном сближении испытывал нагрев до 1400 градусов по Цельсию — и это при вдвое большем расстоянии.

Хибберд ссылается на разработки Института космических исследований Кека 2015 года, где описывался тепловой щит из углерод-композитных материалов с дополнительными слоями аэрогеля. Именно такая конструкция могла бы защитить аппарат при манёвре у Солнца.

Сам аппарат, по расчётам команды, мог бы весить около 500 килограммов — примерно столько же, сколько весил зонд New Horizons, отправившийся к Плутону. К этому нужно добавить массу теплозащиты и мощных ракетных ускорителей, которые предлагается присоединить к аппарату прямо на орбите Земли. В качестве варианта рассматриваются несколько версий Starship с девятью двигателями Raptor 3 каждый.

Стоит ли оно того — если появятся новые кометы

Один из главных вопросов — насколько вообще нужна именно эта миссия к межзвёздной комете 3I/ATLAS, если в ближайшие годы появятся и другие межзвёздные гости?

Новая обсерватория Рубина, которая начала научную работу в Чили, по прогнозам будет обнаруживать около одного межзвёздного объекта в год. Это разительно отличается от ситуации прошлых лет, когда за всё время было найдено лишь три таких тела. Наличие свежего и близкого объекта сделает задачу его перехвата куда более простой и дешёвой.

Сам Хибберд признаёт, что с удовольствием предпочёл бы отправить аппарат к Оумуамуа — первому и самому загадочному межзвёздному пришельцу, который до сих пор не получил объяснения. Однако шанс догнать его, судя по всему, уже упущен.

Тем не менее сам принцип солнечного манёвра Оберта имеет смысл не только применительно к кометам. Он открывает путь к транснептуновым объектам на задворках системы, к гипотетической Девятой планете, которая, по некоторым расчётам, может находиться на расстоянии до 800 астрономических единиц, и даже позволяет вывести телескоп в точку, где гравитационное поле Солнца работает как колоссальная линза, увеличивая изображения далёких объектов.

Что будет дальше

Пока 3I/ATLAS продолжает удаляться, учёные и инженеры взвешивают возможности. Европейское космическое агентство готовит миссию Comet Interceptor, запуск которой запланирован на 2028–2029 годы. Аппарат будет ждать подходящего межзвёздного или долгопериодического объекта в точке Лагранжа, а затем отправится к нему навстречу. Это более осторожный и реалистичный подход, не требующий экстремального сближения с Солнцем.

Так или иначе, человечество вплотную подошло к моменту, когда встреча с гостем из другой звёздной системы перестанет быть фантастикой. А значит, 3I/ATLAS, даже если до неё никто и не долетит, навсегда изменила наши представления о том, что достижимо.

Источник: mirkosmosa.ru