Увеличение количества спутников, вращающихся вокруг Земли, особенно масштабных созвездий, таких как Starlink от SpaceX, сталкивается с растущей угрозой – солнечными бурями. Хотя потенциальные сбои в работе сетей связи очевидны, недавнее исследование выявляет более сложную ситуацию: солнечная активность значительно влияет на положение спутников, потенциально увеличивая риск столкновений и сокращая срок их службы.
Растущее количество спутников и солнечная активность
Starlink, мега-созвездие, разработанное для обеспечения глобального доступа к интернету, в настоящее время насчитывает более 10 000 спутников, развернутых на орбите. Хотя около 1000 спутников регулярно возвращаются в атмосферу, огромный масштаб созвездия означает, что оно покрывает почти всю Землю. Это широкое распространение делает Starlink – и другие крупные созвездия – особенно восприимчивыми к воздействию солнечных бурь.
Солнечная буря вызывает геомагнитную бурю, в ходе которой в ответ на выбросы заряженных частиц и магнитных полей с Солнца происходят колебания в магнитном поле Земли. Исследование, проведенное Энджу Кан и ее коллегами из Калифорнийского университета в Ирвайн, изучило влияние солнечной бури в мае 2024 года, проанализировав общедоступные данные отслеживания спутников.
Неожиданные изменения орбиты
Исследователи обнаружили, что во время пика бури Starlink-спутники, обращенные к Солнцу, испытали заметное снижение высоты – на целых полкилометра. Это снижение вызвано расширением атмосферы под воздействием солнечной радиации, что создает повышенное сопротивление для спутников. Этот эффект не ограничивался спутниками, обращенными к Солнцу; под воздействием бури значительно пострадали также спутники, расположенные вблизи полюсов Земли и над Южно-Атлантической аномалией, где магнитное поле слабее.
Что более того, исследование выявило необычный каскадный эффект: Спутники, которые полагаются на лазерную связь по принципу «видимость-видимость» для поддержания сети Starlink, автоматически компенсируют изменения высоты соседних спутников, используя бортовые двигатели. Это создает волнообразный эффект, когда спутники корректируют свое положение для поддержания соединения, что делает прогнозирование их перемещения еще более сложным.
Повышенный риск столкновений и сбои в работе системы связи
Такое неожиданное поведение представляет собой значительную проблему, поскольку непредсказуемые траектории спутников увеличивают риск столкновений. Помимо риска столкновений, майская буря 2024 года также привела к сообщениям о сбоях в работе Starlink для пользователей, которые столкнулись с резким ростом количества «потерянных пакетов» – данных, не достигших своего адресата.
Нарастающая проблема
Ситуация, как ожидается, будет ухудшаться по мере увеличения количества спутников на орбите. Проекты Amazon Kuiper и несколько китайских инициатив также разрабатывают крупные созвездия. В 2022 году мощная солнечная буря вывела из орбиты около 40 недавно запущенных спутников Starlink, а продолжающиеся исследования показывают, что повышенная солнечная активность ускоряет вывод из строя некоторых существующих спутников.
Нависшая угроза крупных солнечных событий
Майская буря 2024 года была всего лишь в три раза слабее, чем Событие Кэррингтона, крупнейшая зарегистрированная солнечная буря 1859 года. Ученые предупреждают, что подобное – или даже более масштабное – событие вполне вероятно повторится. Точное воздействие такого события прогнозировать сложно, поскольку наше понимание «малых бурь», меньших вариаций в атмосфере Земли, остается ограниченным.
В настоящее время прогнозные модели, оценивающие кратковременное атмосферное сопротивление, вызванное солнечной активностью, недостаточны, по мнению Скотта Шамбога из Leonid Space. В условиях ожидаемого увеличения количества спутников потребность в более совершенных инструментах прогнозирования становится как никогда острой.
Созвездия, такие как Starlink, невольно предоставляют ценные данные, фактически действуя в качестве огромной сети исследовательских зондов, давая нам уникальное понимание того, как происходят локальные вариации атмосферного сопротивления. — Сангеetha Абду Jyothi, Калифорнийский университет в Ирвайн
В заключение, растущая зависимость от спутниковых созвездий создает новые проблемы, связанные с их уязвимостью к солнечной активности. Совершенствование наших возможностей прогнозирования и разработка стратегий смягчения последствий будут необходимы для обеспечения долгосрочной устойчивости и безопасности космической инфраструктуры.
