Ученые оценили растущую угрозу искусственным спутникам со стороны Солнца

Количество спутников на орбите растет опережающими темпами, однако у нас до сих пор нет четкого понимания, насколько они уязвимы к солнечным бурям — и эта проблема будет только усугубляться.

С мая 2019 года компания SpaceX вывела на орбиту более 10 000 спутников для своего мегасозвездия глобального космического интернета Starlink, хотя около тысячи из них уже сошли с орбиты и сгорели в атмосфере Земли (сейчас это происходит с частотой один-два спутника в день). Спутники развернуты в виде гигантской сети по всей планете, охватывая практически весь земной шар. Это означает, что солнечная вспышка и порожденная ею магнитная буря с высокой вероятностью затронет по крайней мере часть этих спутников, независимо от того, когда она произойдет.

Чтобы изучить влияние таких катаклизмов на искусственные спутники Земли, в Калифорнийском университета в Ирвайне (UC Irvine) проанализировали общедоступные данные отслеживания Starlink, собранные во время солнечной бури в мае 2024 года. Результаты исследования доступны на сервере препринтов arXiv.

Они показывают, что в пик бури спутники на дневной стороне Земли потеряли в высоте до полукилометра. Для орбит Starlink в 550 километров это небольшое снижение, но все же ощутимое, поскольку под воздействием солнечной радиации атмосфера создает дополнительное сопротивление для космических аппаратов.

Спутники в других регионах также подверглись сильному воздействию — например, над хуже защищенными полярными областями, а также Южно-Атлантической аномалией.

Последствия солнечного удара

Последствия солнечных «атак» на спутники в созвездиях отличаются от влияния на отдельные аппараты.

«Если один спутник теряет высоту, соседний спутник вынужден компенсировать это изменение», — объясняет IT-специалист Ынджу Кан из UC Irvine, одна из авторов.

Он запускает свои ионные двигатели, чтобы автоматически подстроиться под затронутый спутник, поскольку аппараты связаны друг с другом посредством лазеров прямой видимости для поддержания сети. Это порождает волнообразный эффект, когда другие спутники в цепочке делают то же самое, говорит соавтор работы Сангита Абду Джьоти, также из UC Irvine: «Получается что-то вроде волны».

Это может создавать проблемы для других спутников, пытающихся маневрировать вокруг созвездия Starlink, чтобы избежать столкновения. «Когда траектории становятся менее предсказуемыми, это повышает риск столкновений», — отмечает Абду Джьоти.

Такие колебания влияют не только на положение спутников, но и на их работу. По данным сервиса RIPE Atlas, во время солнечной бури в мае 2024 года резко упало качество связи Starlink.

«Мы увидели резкий скачок потери пакетов данных», — констатирует Кан.

В феврале 2022 года мощная солнечная вспышка сбросила с орбиты около 40 только что запущенных спутников Starlink, и они сгорели в атмосфере. Другие исследования показали, что возросшая солнечная активность ускоряет сход с орбиты некоторых аппаратов Starlink.

Солнечная буря в мае 2024 года была примерно в три раза слабее крупнейшего зарегистрированного солнечного шторма — события Кэррингтона 1859 года. Буря такого рекордного масштаба не исключена в будущем.

«При очень мощной буре последствия будут гораздо серьезнее, — предупреждает Абду Джьоти. — Но мы не знаем, насколько именно».

Время на подготовку есть

Время на подготовку пока есть. В 2024-м Солнце проходило пик активности, которая имеет 22-летний цикл. Теоретически мощный катаклизм возможен в любой момент, но вероятность будет выше в 2040-х, когда активность нашей звезды снова достигнет максимума. К тому времени на орбите, вероятно, будут десятки, если не сотни тысяч спутников, по сравнению с примерно 13 000 сегодня.

«Проблема усугубляется с ростом числа спутников, — говорит Скотт Шамбо, основатель американской компании Leonid Space, которая отслеживает влияние космической погоды на спутники. — Когда происходит солнечная буря, у нас пока нет хороших прогностических моделей, позволяющих предсказать, как она повлияет на сопротивление атмосферы в краткосрочной перспективе. Это значит, что в ближайшие часы и дни наши спутники будут находиться не там, где мы предполагали».

Особенно плохо изучены суббури — небольшие возмущения в нашей атмосфере, вызванные нагревом от солнечной активности, которые могут непропорционально сильно влиять на спутники на разных орбитах, добавляет профессор Мэтью Оуэнс из Редингского университета: «Геомагнитная буря состоит из множества суббурь, но предсказать их невероятно сложно».

Созвездия вроде Starlink дают уникальную возможность заглянуть в эту область, по сути выступая в роли гигантской исследовательской сети зондов на околоземной орбите. «Эти спутники стали для нас первыми зондами для сбора данных о локальных вариациях атмосферного сопротивления», — подтверждает Абду Джьоти.