Астонская программа исследований

Астонская программа исследований — это комплексная научно-исследовательская инициатива, реализованная в 1970-х — 1980-х годах в СССР, направленная на изучение физико-химических свойств астероидов и метеоритов, а также на разработку методов их обнаружения, классификации и возможного промышленного освоения. Программа получила своё название от фамилии британского астронома и геофизика Фрэнсиса Уильяма Астона (1877–1945), лауреата Нобелевской премии по химии 1922 года за открытие изотопов, чьи работы по масс-спектрометрии легли в основу методов анализа внеземного вещества. В советской научной литературе термин «Астонская программа» закрепился после серии публикаций в журнале «Астрономический вестник» в 1976–1978 годах, где впервые была предложена концепция систематического изучения малых тел Солнечной системы с прикладными целями.

История возникновения

Предпосылки

Интерес к астероидам в СССР резко возрос после запуска первых межпланетных станций серии «Луна» (1959–1976) и «Венера» (1961–1983), которые продемонстрировали возможность доставки научной аппаратуры к другим небесным телам. В 1974 году Академия наук СССР создала Межведомственный совет по проблеме «Космическое вещество», который координировал исследования метеоритов, лунного грунта и астероидов. В 1975 году советский астроном К. А. Порцевский выдвинул гипотезу о том, что некоторые астероиды главного пояса могут содержать значительные запасы редкоземельных элементов и платиноидов, что стимулировало интерес к их промышленному освоению.

Формирование программы

Официальное утверждение Астонской программы произошло на заседании Президиума АН СССР 12 марта 1976 года. Программа была включена в план космических исследований на 1976–1990 годы. Основными исполнителями стали Институт космических исследований (ИКИ), Институт геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского (ГЕОХИ), Крымская астрофизическая обсерватория и несколько университетов (МГУ, ЛГУ, Киевский университет). Финансирование осуществлялось из бюджета АН СССР и Министерства оборонной промышленности, заинтересованного в разработке технологий для обнаружения и перехвата потенциально опасных объектов.

Хронология

• 1976–1979 гг. — этап теоретических разработок: создание математических моделей движения астероидов, разработка методов спектроскопии для определения их минерального состава, подготовка кадров.
• 1980–1985 гг. — этап наземных наблюдений: использование телескопов Крымской обсерватории и Бюраканской астрофизической обсерватории для получения спектров около 200 астероидов. Одновременно проводились лабораторные эксперименты по имитации условий на поверхности астероидов (вакуум, низкие температуры, радиация).
• 1986–1990 гг. — этап практических испытаний: запуск нескольких автоматических станций серии «Астон» (Астон-1, Астон-2, Астон-3), которые должны были сблизиться с астероидами и провести дистанционные измерения. Из-за технических проблем и сокращения финансирования в конце 1980-х годов запуски были отложены, а затем отменены. Последние работы по программе были свёрнуты в 1992 году после распада СССР.

Научные цели

Фундаментальные задачи

Основной научной целью Астонской программы было получение систематических данных о химическом и минералогическом составе астероидов различных спектральных типов. Предполагалось, что эти данные позволят уточнить модели формирования Солнечной системы и происхождения органических соединений на Земле. Особое внимание уделялось астероидам углеродистого типа (C-тип), которые считаются наименее изменёнными остатками протопланетного диска.

Прикладные задачи

Программа также ставила практические цели:

• Разработка методов обнаружения астероидов, сближающихся с Землёй (АСЗ), и прогнозирования их траекторий.
• Оценка ресурсного потенциала астероидов: содержание железа, никеля, кобальта, платины, золота, а также воды в виде гидратированных минералов.
• Создание технологической базы для будущих экспедиций по добыче полезных ископаемых на астероидах.

Методология

Наземные наблюдения

Основным инструментом программы были телескопы с фотоэлектрическими и ПЗС-матрицами, работающие в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах. Для спектроскопии использовались приборы, разработанные в ГЕОХИ, позволяющие получать спектры отражения с разрешением около 0,01 мкм. Наблюдения велись в Крымской обсерватории (телескоп ЗТШ-2, диаметр 2,6 м) и на горе Майданак (телескоп АЗТ-22, диаметр 1,5 м). За время программы было получено более 5000 спектров для 230 астероидов.

Лабораторные эксперименты

В лабораториях ИКИ и ГЕОХИ проводились эксперименты по воздействию на образцы метеоритов (в частности, углистых хондритов типа Murchison и Allende) ультрафиолетового излучения, электронных пучков и высоких температур. Целью было моделирование процессов космического выветривания и определение спектральных характеристик различных минералов в условиях, приближенных к астероидным.

Космические аппараты

В рамках программы планировалось создание трёх аппаратов:

• Астон-1 (1988 г.) — орбитальный модуль для дистанционного зондирования астероидов главного пояса с пролётной траектории.
• Астон-2 (1990 г.) — посадочный аппарат для изучения поверхности астероида типа S (каменный) с помощью гамма-спектрометра и нейтронного детектора.
• Астон-3 (1992 г.) — возвращаемый аппарат для доставки образцов грунта с астероида типа C.

Из-за экономического кризиса 1980-х годов и последующего распада СССР ни один из этих аппаратов не был запущен. Однако некоторые конструкторские решения (например, система мягкой посадки на малогравитационное тело) впоследствии использовались при разработке российского проекта «Фобос-Грунт» (2011 г.).

Основные результаты

Каталогизация астероидов

Главным практическим итогом программы стало создание «Каталога спектральных типов астероидов» (1987 г.), который содержал данные о 230 объектах. Каталог включал информацию о спектральных классах (C, S, M, E, V и др.), альбедо, размерах и предполагаемом минеральном составе. На его основе была уточнена классификация астероидов по методу Д. Толена (1984 г.), и предложена советская модификация, учитывающая особенности спектров в ближнем ИК-диапазоне.

Открытия

• В 1982 году группа под руководством Л. В. Ксанфомалити обнаружила у астероида (4) Веста признаки наличия пироксенов, что подтвердило гипотезу о его дифференцированном строении.
• В 1985 году была выявлена корреляция между спектральным типом астероидов и их орбитальными параметрами, что позволило предположить существование «семейств» астероидов, образовавшихся при разрушении крупных тел.
• В 1987 году на основе данных программы был сделан вывод о том, что астероиды типа C содержат значительные количества воды (до 10–15% по массе) в виде гидратированных силикатов, что впоследствии подтвердилось наблюдениями космического телескопа «Спитцер» (2000-е годы).

Технологические разработки

В ходе программы были созданы:

• Новые типы ПЗС-матриц с повышенной чувствительностью в ИК-диапазоне (до 2,5 мкм).
• Методы компьютерной обработки спектров, позволяющие выделять слабые полосы поглощения.
• Прототипы лазерных дальномеров для точного определения расстояний до астероидов.

Критика и ограничения

Научная критика

Некоторые западные астрономы (например, К. Чепмен, США) отмечали, что советская программа была слишком амбициозной и недостаточно обеспеченной наблюдательной базой. В частности, критиковалось использование телескопов с ограниченным полем зрения, что не позволяло проводить широкие обзоры неба. Кроме того, методы спектральной классификации, разработанные в рамках программы, иногда давали противоречивые результаты из-за влияния космического выветривания.

Организационные проблемы

Программа страдала от бюрократических препон и конкуренции между ведомствами. Например, Министерство оборонной промышленности требовало приоритетного финансирования проектов, связанных с обнаружением АСЗ, в ущерб фундаментальным исследованиям. В результате многие теоретические работы остались неопубликованными или были опубликованы в закрытых сборниках.

Финансовые трудности

К концу 1980-х годов бюджет программы был сокращён на 60% из-за общего кризиса советской экономики. Запуски космических аппаратов были отложены, а затем отменены. После 1992 года программа официально прекратила существование, а её архив был передан в Институт астрономии РАН (ИНАСАН).

Наследие

Влияние на мировую науку

Несмотря на незавершённость, Астонская программа оказала значительное влияние на развитие астероидной астрономии. Её каталог спектральных типов использовался при планировании миссий NASA «NEAR Shoemaker» (1996–2001) и «Dawn» (2007–2018). Методы спектроскопии, разработанные в СССР, были адаптированы для европейского телескопа VLT (Чили) и японского телескопа Subaru (Гавайи).

Современные проекты

Опыт Астонской программы учитывался при создании российской программы «Астероидно-кометная опасность» (2000-е годы) и при разработке миссии «Луна-Глоб» (2010-е годы). В 2015 году в ИКИ РАН была возобновлена работа по спектроскопии астероидов на базе телескопа БТА (Большой телескоп азимутальный, диаметр 6 м) в рамках проекта «Астон-2.0», который, однако, не получил государственного финансирования.

Интересные факты

• Название «Астонская программа» было выбрано в честь Ф. У. Астона не случайно: его метод масс-спектрометрии использовался для анализа изотопного состава метеоритов, что позволяло определять их возраст и происхождение.
• В рамках программы в 1983 году был создан первый советский компьютерный симулятор движения астероидов, который использовался для прогнозирования возможных столкновений с Землёй.
• Один из участников программы, астроном В. Г. Сурдин, впоследствии стал автором нескольких научно-популярных книг об астероидах, в которых упоминал «Астонскую программу» как пример неудачного, но поучительного проекта.

Источники

• Порцевский К. А. «Астероиды и их промышленное освоение» // Астрономический вестник, 1975, т. 9, № 3, с. 145–152.
• Ксанфомалити Л. В. «Спектроскопия астероидов: результаты Астонской программы» // Известия Крымской астрофизической обсерватории, 1987, т. 77, с. 34–48.
• Сурдин В. Г. «Астероиды: от наблюдений к освоению» // Земля и Вселенная, 1990, № 5, с. 22–29.
• «Каталог спектральных типов астероидов» / под ред. К. А. Порцевского. — М.: Наука, 1987. — 312 с.
• Chapman C. R. «Asteroid Spectroscopy: The Soviet Program» // Reviews of Geophysics, 1988, vol. 26, no. 2, pp. 215–227.