Охота за межзвёздным пришельцем: как нырнуть к Солнцу, чтобы догнать комету 3I/ATLAS

Ученые считают возможным отправить зонд в погоню за легендарной межзвездной кометой 3I/ATLAS, которая сейчас стремительно удаляется от нас. Чтобы развить достаточную скорость для перехвата, космический аппарат должен будет совершить предельно близкий облет Солнца и включить двигатели в самой опасной точке траектории.

Если миссию удастся запустить в 2035 году, исследователи полагают, что она сможет догнать комету 3I/ATLAS минимум к 2085 году на расстоянии 732 астрономических единиц (а.е.) от Солнца. Это в 732 раза дальше от светила, чем Земля, что составляет около 109 миллиардов километров. Для сравнения: самый удаленный действующий зонд «Вояджер-1» за почти такое же время полета (с момента запуска в 1977 году) находится всего в 170 а.е. от Солнца.

Чтобы преодолеть столь колоссальные расстояния так быстро, миссия должна использовать так называемый эффект Оберта. Этот принцип, названный в честь австро-венгерского, а позже немецкого ракетного конструктора Германа Оберта (который в итоге работал на нацистов), был впервые описан им в 1929 году в книге «Пути к космическим путешествиям» («Wege zur Raumschiffahrt»).

Суть эффекта в следующем: когда космический аппарат падает в гравитационное поле планеты или, в данном случае, Солнца, он ускоряется. В точке перицентра — максимального сближения с небесным телом — он включает двигатели, чтобы получить еще больший прирост скорости. Эффект Оберта описывает, почему выполнение этого маневра на более высокой скорости дает гораздо больший ее итоговый прирост (то, что ракетчики называют «дельта-V»). А максимальная скорость как раз достигается в перицентре.

«Практически каждый запуск использует эффект Оберта, — рассказал Т. Маршалл Юбэнкс, бывший ученый NASA, а ныне главный научный сотрудник Space Initiatives Inc. и один из авторов новой статьи, посвященной миссии к 3I/ATLAS. — Именно поэтому, например, такие миссии, как „Артемида-2“, выполняют импульс для перехода к Луне в перигее, а не в апогее. Это маневр Оберта. Однако мне не удалось найти упоминаний о чистом маневре Оберта того типа, который предлагаем мы, — а именно о мощном включении двигателя в точке максимального сближения во время пролетной траектории».

Будучи самым массивным телом в Солнечной системе, Солнце является идеальным местом для использования эффекта Оберта. Но для этого нужно подлететь к нему очень — очень — близко.

Чтобы получить дельта-V не менее 8,4 километров в секунду (это та энергия, которая требуется для разгона аппарата на новую траекторию), миссии придется выполнить солнечный маневр Оберта на расстоянии всего 3,2 солнечных радиусов от центра звезды. Радиус Солнца составляет около 696 000 километров. Три солнечных радиуса — это примерно 0,015 а.е.

Приблизиться так близко к Солнцу (это уже глубоко внутри солнечной короны) — задача сложная, но выполнимая. Когда зонд NASA «Паркер» совершил свое максимальное сближение со светилом в 2023 году, он оказался на расстоянии 0,04 а.е. Хотя это и не так близко, как предлагается для перехватчика 3I/ATLAS, это дает представление о том, с чем придется столкнуться: «Паркер» выдержал температуры до 1400 градусов Цельсия.

И все же тепловой экран спас «Паркер». Адам Хибберд, член организации «Инициатива по межзвездным исследованиям» и ведущий автор исследования, приводит в пример проектную работу 2015 года из Института космических исследований имени Кека. В том проекте межзвездной миссии предлагался аналогичный рискованный маневр, а теплозащита должна была быть из углеродного композита, как у «Паркера», но с дополнительными слоями аэрогеля для лучшей изоляции от палящего жара.

«В принципе, аналогичный тепловой экран можно использовать и для миссии к 3I/ATLAS», — отметил Хибберд.

Солнечный маневр Оберта разгонит перехватчик настолько, что он станет самым быстрым космическим аппаратом в истории, и «с большим отрывом», как добавил Юбэнкс.

Хибберд, по профессии инженер-программист, создал программное обеспечение для оптимизации межпланетных траекторий. Он использовал его, чтобы определить наиболее эффективное время запуска с учетом взаимного положения Земли, Солнца, Юпитера и кометы 3I/ATLAS. Оптимальной траекторией оказался 2035 год.

План таков: сначала лететь к Юпитеру и использовать его гравитацию, чтобы замедлить зонд настолько, чтобы он смог развернуться и упасть обратно к Солнцу. Хотя это звучит нелогично, это необходимо. Любой аппарат, запущенный с Земли, уже имеет её орбитальную скорость около 30 км/с. Если направить его прямо к Солнцу с такой скоростью, он пролетит мимо слишком быстро и не сможет подойти достаточно близко — его просто выбросит по широкой дуге.

Поэтому сначала зонду нужно сбросить скорость. «Паркер» делал это с помощью семи гравитационных маневров у Венеры в течение семи лет. Но у нас нет времени на такие долгие манёвры, ведь 3I/ATLAS улетает от нас со скоростью 61 км/с. Поэтому перехватчик за год домчит до Юпитера и только потом устремится обратно к Солнцу.

Расчеты Хибберда, Юбэнкса и их соавтора Андреаса Хайна из Люксембургского университета показывают, что сам зонд может весить около 500 килограммов — примерно как миссия NASA «Новые горизонты» к Плутону. Из этой массы нужно вычесть вес теплового экрана (на «Паркере» он весит 73 кг). Отдельно от полезной нагрузки будут два или три твердотопливных ускорителя, необходимых для создания колоссальной тяги в перигелии для солнечного маневра Оберта. Команда предполагает, что для этого будет достаточно нескольких ракетных блоков Starship Block 3 (с девятью двигателями Raptor 3 каждый), которые будут пристыкованы к аппарату на низкой околоземной орбите перед стартом.

Как быстро зонд достигнет кометы 3I/ATLAS, будет зависеть от дельта-V, полученной во время маневра. Скорость в 8,36 км/с позволит совершить облет через 50 лет полета. Если мы не захотим ждать так долго и сможем разогнаться до 10,36 км/с, встреча произойдет всего через 30 лет. Это не за горами — зонд NASA «Рассвет» (Dawn) к поясу астероидов достиг дельта-V в 11 км/с после отделения от разгонного блока.

Из-за колоссальной скорости и кометы, и зонда возможен будет только пролет, а не выход на орбиту вокруг межзвездного гостя. Это, однако, ставит вопрос: стоит ли вообще гнаться за 3I/ATLAS? Тем более что астрономы ожидают, что обсерватория имени Веры Рубин, уже приступившая к работе в Чили, будет находить в среднем по одной межзвездной комете в год. Это намного больше, чем три, обнаруженные на сегодня. И скоро у нас будет множество более легких для достижения целей.

«Посмотрим, — говорит Юбэнкс. — Может быть, после открытия, скажем, 10 межзвездных объектов, комета 3I покажется заурядной, и организовывать ради неё экспедицию будет нецелесообразно. Но, с другой стороны, может оказаться, что она уникальна, и желание лететь именно к ней останется».

Комета 3I/ATLAS была хорошо изучена астрономами, когда пролетала через нашу систему в прошлом году. Однако Хибберд признается, что если бы у него был выбор, он предпочел бы миссию к загадочному объекту 1I/Оумуамуа. Он уже разработал для него миссию под названием «Проект Лира», но считает, что шанс догнать Оумуамуа уже упущен.

Действительно, если у нас будет готовая миссия, и мы сможем обнаружить межзвездную комету достаточно рано, то для её перехвата хватит и более традиционных методов. Эту точку зрения подтвердило исследование ученых из Юго-Западного исследовательского института, проведенное в 2025 году.

«Для будущих межзвездных объектов солнечного маневра Оберта по возможности следует избегать, поскольку он предназначен для перехвата конкретного объекта „после того, как птица улетела“ и он уже покидает окрестности Солнца, — пояснил Хибберд. — Существуют более совершенные архитектуры миссий, когда зонд уже находится на орбите в космосе и может перехватить межзвездный объект вблизи перигелия гораздо быстрее, и тогда маневр Оберта не нужен».

Миссия «Перехватчик комет» Европейского космического агентства, запуск которой запланирован на конец 2028 или начало 2029 года, является именно такой. Она будет ожидать подходящую цель в точке Лагранжа L2 (это может быть как новая долгопериодическая комета из облака Оорта, так и межзвездная комета), после чего отправится на рандеву с ней. Так что есть реальный шанс, что в ближайшие 10 лет мы получим зонд, изучающий межзвездную комету.

«Я вполне уверен, что когда у нас появится возможность достигать такие объекты, возникнет и сильное желание исследовать некоторые из них напрямую», — считает Юбэнкс.

Но это не значит, что саму концепцию солнечного маневра Оберта нужно отбрасывать. Такой аппарат мог бы, разогнавшись у Солнца, отправиться исследовать дальние пределы Солнечной системы за Нептуном.

«Любой транснептуновый объект станет довольно легкой целью, а их изучение только начинается», — говорит Юбэнкс.

Более того, если гипотетическая Девятая планета будет обнаружена на расстоянии от 290 до 800 а.е., миссия к ней, скорее всего, не сможет обойтись без солнечного маневра Оберта, если мы хотим долететь до неё в обозримом будущем. Этот же маневр можно использовать, чтобы отправить телескоп на расстояние 550 а.е. от Солнца. Именно там гравитация звезды создает гравитационную линзу, позволяющую построить телескоп мощнее всех, существовавших до сих пор.

А пока комета 3I/ATLAS продолжает стремительно удаляться от нас. Но независимо от того, начнется ли за ней погоня, сама разработка траекторий с использованием солнечного маневра Оберта доказывает: самые далекие окраины Солнечной системы могут быть не так уж и недосягаемы, как мы когда-то боялись.

Исследование Хибберда, Юбэнкса и Хайна доступно в виде препринта на arXiv.org.