Нурай Қайратқызы и Аяулым Нұртай учатся в 10 классе Назарбаев Интеллектуальной школы в Талдыкоргане. Они разработали AstroShip — исследовательскую работу и интерактивную платформу о том, как непрерывная лазерная абляция может менять траекторию околоземного астероида. Основной кейс проекта — астероид 2007 VK184. Ранее мы рассказывали об Аяулым и сайте AstroShip в материале. Теперь Нурай и Аяулым ответили на вопросы о физике, платформе и проверке результатов.
Идея проекта и распределение работы
Почему вы выбрали именно изменение орбит астероидов и лазерную абляцию, а не удар зонда, как в миссии DART?
Нұрай: Нас заинтересовала идея, что даже очень небольшое воздействие может изменить движение огромного небесного тела, если действовать достаточно долго. Это задача на стыке физики, космических технологий и математического моделирования.
Мы рассмотрели несколько способов изменения орбиты астероидов, в том числе кинетический удар, который использовался в миссии NASA DART. Мы выбрали лазерную абляцию, потому что хотели изучить метод, который не требует непосредственного столкновения аппарата с астероидом.
При абляции лазер нагревает поверхность, часть вещества испаряется и выбрасывается, а возникающая реактивная сила постепенно меняет движение астероида. При этом мы не утверждаем, что лазерная абляция эффективнее DART во всех условиях: у каждого метода свои преимущества, ограничения и энергетические требования.
Для нас главным было не просто рассказать об идее, а построить физическую модель и оценить эффект на конкретном объекте — 2007 VK184.
Примечание редакции: Миссия DART (NASA) — первый эксперимент по изменению орбиты небесного тела: в сентябре 2022 года аппарат врезался в астероид Диморф, спутник астероида Дидим, и сократил его орбитальный период примерно на 32 минуты.
Как вы поделили работу между собой? Где пересекались ваши задачи?
Нұрай и Аяулым: Мы разделили работу по основным направлениям, но принимали ключевые решения вместе.
Нұрай отвечала преимущественно за физико-математическую часть: анализ орбитальных характеристик астероида, расчёты реактивной силы, ускорения и изменения скорости, а также проверку результатов с использованием орбитальной механики.
Аяулым отвечала преимущественно за программную часть: разработку веб-платформы AstroShip, создание интерактивной визуализации и симулятора, организацию представления научных данных и формул в понятном пользователю виде.
Мы пересекались при переводе математической модели в интерактивный инструмент. Расчёт сам по себе может быть понятен исследователю, но на платформе нужно ещё правильно представить параметры, показать зависимости и объяснить ограничения модели. Поэтому мы обсуждали, какие величины необходимо визуализировать и как не создать у пользователя впечатление, что упрощённая симуляция является точным прогнозом реального движения астероида.
Почему вы выбрали астероид 2007 VK184?
Нұрай и Аяулым: Мы хотели исследовать способы использования астероида как транспортного средства. Для этого мы использовали NASA/JPL Small-Body Database, сайт NASA Eyes on Asteroids и проводили вычисления, в ходе которых выяснилось, что астероид 2007 VK184 наиболее подходящий.
По данным, приведённым в нашей работе, диаметр 2007 VK184 оценивается примерно в 130 метров, а орбитальный период составляет около 828 суток. Это позволило нам использовать реальные исходные параметры для расчётов и проверить, насколько наши оценки орбитальной скорости согласуются со справочными значениями.
У объекта также есть исторически интересный контекст: ранее он находился в таблице рисков столкновения с Землёй, но в 2014 году был исключён после уточнения орбиты. Сейчас мы не представляем его как астероид, который угрожает Земле. Мы используем его как исследовательский кейс, на котором можно продемонстрировать физический принцип.
Примечание редакции: По данным NASA/JPL, 2007 VK184 был внесён в таблицу рисков Sentry с оценкой 1 по Туринской шкале (возможное сближение с Землёй в июне 2048 года). Исключён из таблицы 28 марта 2014 года после дополнительных наблюдений. Сейчас угрозы Земле он не представляет.
Наука и физическая модель
Объясните простыми словами, как лазер может сдвинуть астероид. Откуда берётся тяга?
Нұрай: Представьте, что мы направляем мощный лазер на небольшой участок поверхности астероида. Материал нагревается, часть вещества переходит в газообразное состояние и выбрасывается наружу.
Когда вещество покидает поверхность в одном направлении, астероид получает импульс в противоположном направлении. Это следствие закона сохранения импульса и третьего закона Ньютона — того же фундаментального принципа, на котором основана реактивная тяга.
Главная особенность заключается в том, что нам не обязательно резко менять скорость астероида. Даже небольшое изменение скорости может со временем привести к заметному расхождению траекторий.
В нашей работе мы оценили, насколько велик может быть этот эффект при заданных параметрах лазера. Однако сама физическая идея и её реализация на реальном астероиде — разные уровни задачи: для практического применения потребуются дополнительные расчёты и эксперименты.
Какие параметры вы меняете в Physics Lab и какие результаты получаются для 2007 VK184? Какие числа вас удивили?
Нұрай: В основе расчётной модели лежат несколько ключевых параметров:
- мощность лазера;
- продолжительность воздействия;
- эффективность преобразования лазерной энергии в удаление вещества;
- удельная энергия, необходимая для нагрева и испарения материала;
- принятая эффективная скорость истечения вещества;
- масса астероида.
В нашем основном сценарии мы приняли мощность лазера 1 МВт и время воздействия 25 суток. Эффективность преобразования энергии была задана равной 3%, скорость истечения вещества — 3000 м/с. При этих предположениях расчёт даёт:
- реактивная сила ≈ 26,5 Н;
- изменение скорости за 25 суток ≈ 0,017 м/с;
- энергия за весь период — 2,16 × 10¹² Дж;
- упрощённая оценка смещения ≈ 12 000 км.
Последняя величина получена простым кинематическим приближением для горизонта около 22,4 года, а не полноценным расчётом реальной орбиты.
Больше всего нас заинтересовало именно сочетание двух величин: изменение скорости составляет всего около 1,7 сантиметра в секунду, но простая модель показывает, что за десятилетия такое изменение может привести к значительному расхождению положений.
При этом мы не считаем 12 000 км точным прогнозом. Это оценка порядка величины, которая показывает, почему важно изучать даже слабые, но длительные воздействия.
Какие допущения самые сильные и где модель перестаёт работать?
Нұрай: Главное ограничение заключается в том, что мы использовали аналитическую модель, а не полноценное численное моделирование движения астероида.
Во-первых, мы приняли постоянными мощность лазера, эффективность абляции и скорость истечения вещества. В действительности они могут зависеть от состава поверхности, её температуры, структуры и режима воздействия.
Во-вторых, мы оценивали длительное смещение с помощью простого соотношения между изменением скорости и временем. Оно не учитывает в полном объёме направление тяги, положение астероида на орбите, вращение тела и гравитационное влияние Солнца и планет.
В-третьих, мы не проводили эксперимент с материалом, моделирующим поверхность 2007 VK184, и не моделировали подробно наведение лазера, расходимость луча и энергоснабжение системы.
Следующий научный шаг — численное интегрирование орбиты и анализ чувствительности результата к исходным параметрам.
Чем вы сверяли расчёты с NASA/JPL? Что совпало, а что нет?
Нұрай: Мы использовали NASA/JPL Small-Body Database как основной источник наблюдательных и орбитальных характеристик.
Затем независимо рассчитали орбитальную скорость с использованием законов орбитальной механики и сравнили её со справочным значением. В нашей работе получилась скорость около 23 км/с, тогда как в базе NASA/JPL указано приблизительно 22,8 км/с. Орбитальный период также согласуется: около 828 суток в нашем проверочном расчёте и 828,1 суток в справочных данных.
Кроме того, рассчитанная нами реактивная сила — около 26,5 Н при мощности 1 МВт — имеет тот же порядок величины, что и 50 Н, полученные при использовании эмпирического коэффициента связи из рассмотренной нами публикации NASA/MSFC.
Но здесь принципиально важно различать две вещи. Совпадение орбитальной скорости и периода проверяет согласованность наших орбитальных расчётов с исходными данными. Сравнение реактивной силы с опубликованным коэффициентом даёт независимую проверку её порядка величины. Ни одно из этих сравнений не является экспериментальной валидацией лазерной абляции непосредственно на 2007 VK184.
Вы сравниваете AstroShip с химическими ракетами. Как получены оценки и почему написано «не лётные цифры»?
Нұрай: Здесь нужно разделить два аспекта проекта: исследовательскую физическую модель и инженерную концепцию использования астероидов как возможной транспортной платформы.
Наш основной расчёт посвящён не сравнению с химическими ракетами, а оценке реактивной силы при лазерной абляции и сравнению с методом кинетического удара, продемонстрированным миссией DART.
Мы называем расчёты иллюстративными, потому что они не включают все инженерные факторы, необходимые для реальной космической миссии. Например, не рассчитаны в полном объёме энергосистема, оптические потери, наведение лазера, реальная структура поверхности и точная динамика орбиты.
Платформа AstroShip
Как устроен орбитальный симулятор, на чём он написан и почему он иллюстративный?
Аяулым: Я разрабатывала AstroShip как интерактивное дополнение к исследовательской работе, используя HTML, CSS и JavaScript. Мне хотелось, чтобы человек мог не только прочитать формулы, но и увидеть, какие параметры мы изучаем и как они связаны с движением астероида. До этого я создавала анимации через Blender, GeoGebra и Python для проекта, но спустя время мы поняли, что нужно что-то большее.
На платформе есть база из 13 околоземных объектов, отдельный кейс 2007 VK184, модуль с физическими параметрами, упрощённый симулятор орбиты, временная шкала космических миссий и раздел с формулами.
Симулятор нужен прежде всего для визуального объяснения орбитальной геометрии и принципа изменения траектории. Он не является точным эфемеридным инструментом: для этого потребовались бы актуальные орбитальные элементы, численное интегрирование движения и учёт гравитационных возмущений.
Мы сознательно указываем это ограничение, потому что научная визуализация должна помогать понять модель, а не создавать ложное впечатление абсолютной точности.
Что было самым сложным в разработке: трёхмерная модель, формулы или три языка интерфейса?
Аяулым: Самой сложной задачей было связать научную часть с пользовательским интерфейсом так, чтобы платформа оставалась понятной, но при этом не искажала смысл исследования.
Формулы сами по себе могут быть записаны правильно, однако при переносе в интерфейс необходимо решить, какие параметры пользователь может менять, какие величины нужно пересчитывать и как объяснить полученные значения.
Отдельная задача — визуализация. Нужно сделать так, чтобы пользователь различал реальные исходные данные, наши расчётные оценки и условные элементы симуляции.
Многоязычный интерфейс тоже важен для нас, потому что мы хотим, чтобы космическая наука была доступна более широкой аудитории. Но я бы не стала утверждать, что именно языки были самой сложной частью, если сравнивать их с математической логикой и корректностью визуализации.
Как вы собирали базу из 13 астероидов и откуда брали фотографии миссий?
Аяулым: Мы ориентировались на открытые научные источники, прежде всего NASA/JPL Small-Body Database, где опубликованы орбитальные характеристики малых тел Солнечной системы.
Для основного кейса 2007 VK184 мы использовали данные об орбите, периоде, эксцентриситете и других параметрах объекта. Для визуального объяснения миссий мы также обращались к материалам NASA и JAXA, включая информацию о DART, Hayabusa2 и OSIRIS-REx.
При работе с такими материалами важно различать реальные фотографии, художественные концепции и компьютерные визуализации. Они могут выглядеть похоже, но представляют разные типы информации.
Проверка и результаты
Что сказали рецензенты и что вы исправили после рецензии?
Нұрай: Мы получали экспертную обратную связь по проекту, и она помогла нам внимательнее посмотреть на то, как мы обосновываем результаты и представляем их аудитории.
Для научной работы важно не только получить интересное число, но и объяснить, из каких исходных данных оно получено, какие предположения использовались и где заканчиваются возможности модели.
В итоговом тексте мы отдельно описали ограничения расчётов: сценарный характер скорости истечения вещества, упрощённую оценку длительного смещения, отсутствие полноценного численного интегрирования орбиты и экспериментальной проверки абляции на аналоге астероидного материала.
Мы также подчеркнули, что совпадение расчётных орбитальных параметров с NASA/JPL не доказывает точность всего сценария лазерного воздействия.
О чём был опрос на 40+ человек и зачем он нужен в научном проекте?
Аяулым и Нұрай: В апреле 2026 года мы провели анонимный онлайн-опрос, чтобы оценить интерес к космическим исследованиям и осведомлённость о способах изменения траектории астероидов.
Всего мы получили 43 ответа, четыре из которых исключили как неполные или технически некорректные. В итоговый анализ вошли 39 ответов. Большинство респондентов были в возрасте 13–21 года.
По нашим данным, 89,5% ответивших на соответствующий вопрос интересовались наукой. При этом 52,6% респондентов знали, что траекторию астероида можно изменить, а 47,4% не знали об этом.
Мы включили опрос не для того, чтобы доказать физическую гипотезу: для этого нужны расчёты и научные источники. Его задача — изучить общественную осведомлённость и обосновать образовательную ценность проекта.
При этом мы понимаем ограничения выборки: опрос распространялся преимущественно среди школьников и молодёжи, поэтому результаты нельзя автоматически переносить на всё население Казахстана.
Примечание редакции: Проценты по каждому вопросу посчитаны от числа ответивших на него (около 38 человек), то есть речь идёт о нескольких десятках респондентов. Опрос показывает интерес и осведомлённость школьной аудитории.
Результаты анонимного опроса (Google Forms): возраст, интерес к науке, осведомлённость о возможности изменить траекторию астероида, оценка риска.
Что дальше с AstroShip: доработка модели, публикация, следующие конкурсы?
Нұрай и Аяулым: Следующий этап для нас — перейти от упрощённой аналитической оценки к более точному численному моделированию.
В первую очередь мы хотим изучить влияние направления и продолжительности тяги на орбиту, проверить чувствительность результата к исходным параметрам и подробнее учесть гравитационные возмущения. Также необходимо тщательнее обосновать физические характеристики поверхности и эффективность лазерной абляции.
Параллельно мы развиваем AstroShip как образовательную платформу, через которую можно объяснять физику малых тел Солнечной системы и принципы планетарной защиты.
Мы рассматриваем участие в научных конкурсах и возможность дальнейшей публикации результатов. Для нас важно не просто представить проект, а продолжать проверять его допущения и улучшать качество модели.
Что вы посоветуете школьникам из регионов, которые хотят заниматься наукой, но не знают, с чего начать?
Аяулым и Нұрай: Мы бы посоветовали начать с вопроса, который вам действительно интересно исследовать, а не с поиска самой громкой темы для конкурса.
Затем нужно найти научные источники, разобраться, что уже известно по этой проблеме, и определить, какой небольшой, но конкретный вклад вы можете сделать самостоятельно. Это может быть расчёт, эксперимент, программная модель, анализ данных или образовательный инструмент.
Нам помогло то, что мы объединили разные навыки: физико-математический анализ и разработку программной платформы. Но главное — не сам сайт и не количество функций, а то, что за ними стоит исследовательский вопрос, метод и возможность проверить результат.
И ещё: не обязательно находиться в крупном научном центре, чтобы начать. Можно работать с открытыми данными, обращаться к специалистам за обратной связью, участвовать в конкурсах и постепенно развивать проект. Важно быть готовыми не только защищать свои результаты, но и честно говорить об их ограничениях.
Что ещё рассказали авторы
По словам Нурай и Аяулым, проект вышел на сетевой этап Республиканского конкурса научных проектов «Дарын» и в четвертьфинал Technovation Girls, а на школьном этапе республиканского конкурса научных проектов занял первое место два раза подряд. Авторы также сообщают, что стали победителями республиканского конкурса «Үздік ғылыми жоба авторы» и получили приглашение на награждение в Астане.
Аяулым получила сертификат участника международного конкурса ThinkLab Research Competition 2026.
Нам понравилось, что Нурай и Аяулым не выдают школьный расчёт за готовую технологию: ограничения модели они называют сами и сами же формулируют, что нужно проверить дальше. Для проекта десятиклассниц из Талдыкоргана это сильная позиция, и такой подход к науке стоит поддержать.
AstroShip — хороший пример того, как физика, математика и программирование соединяются в одном проекте, а школьники из региона делают его самостоятельно. Мы будем ждать следующих шагов: численного моделирования орбиты, проверки чувствительности результата и новых версий платформы.
