Перспективи та небезпека супутникових мегасузір’їв

Якщо ви стежите за розвитком SpaceX Проект Starlink щоб створити глобальний широкосмуговий Інтернет, ви помітили, що компанія регулярно запускає не лише окремі супутники, а цілі партії по 60 супутників одночасно.

Ці пакети утворюють мережу в небі, яка називається сузір’ям супутників, що забезпечує майже глобальне покриття, чого не може отримати один супутник. І не лише SpaceX використовує цей підхід – є супутникові угруповання, над якими працюють компанії від Amazon через свою дочірню компанію Kuiper Systems до Facebook, через свій проект Athena.

Але не всі підтримують запуск такої кількості супутників у нічне небо. Астрономи, зокрема, скаржилися, що такі сузір’я загрожують їхній здатності збирати дані за допомогою телескопів і може перешкодити науковому прогресу.

Щоб зрозуміти тонкощі цієї складної проблеми, ми поговорили з двома експертами: Олів’є Ено, астрономом і провідним дослідником того, як супутник сузір’я впливають на астрономічні спостереження, і Бред Кінг, генеральний директор компанії, яка виробляє силові установки для супутників, які використовуються армією США в сузір'я.

Перевага: що можуть запропонувати супутникові угруповання, чого не можуть запропонувати окремі супутники

Однією з найбільших переваг констеляційного підходу є те, що він дозволяє легко оновлювати мережі з часом. Якщо в системі є один великий супутник, для створення та розробки цього обладнання можуть знадобитися роки. Після запуску надзвичайно важко додавати функції чи покращувати апаратне забезпечення.

Але завдяки групі супутників ви можете поступово вдосконалювати апаратне забезпечення під час запуску. Якщо компанія починає розгортати супутники, а потім, через пару років, вони стають більш точними наприклад, вони можуть легко встановити нові датчики в наступну партію супутників і розгорнути їх. Існуючі супутники все ще можуть працювати разом, а флот можна поступово оновлювати.

Таким чином, сузір’я постійно оновлюються, сказав Кінг, генеральний директор Orbion, двигуна малого супутника. компанія, яка наразі постачає силову установку для передових оборонних дослідницьких проектів агентства Блекджек супутникове сузір'я.

«Якщо ви керуєте 100 супутниками, ви не керуєте 100 супутниками, а потім чекаєте 10 років, а потім запускаєте ще 100», — сказав Кінг. «Ви постійно оновлюєте автопарк приблизно на 20% на рік».

Це також означає, що для довгострокових проектів вони можуть пережити скорочення бюджету, зменшивши загальний парк замість того, щоб повністю відмовитися від проекту. Це важливо для державних програм, які можуть тривати десятиліття, а потім скоротити бюджети.

Для урядів і військових є додаткові особливі переваги використання сузір'їв. «Основна перевага — стійкість», — сказав Кінг. «Що ви можете зробити з сузір’ям, чого ви не можете зробити з одним [супутником], це те, що ви можете бути стійкими до атак. Якщо у вас є один дуже великий, дуже цінний супутник на орбіті, і у вас є ворог, який хоче заборонити його використання супутник, пошкодивши його чи іншим способом, справді потрібна лише одна куля, якщо хочете, щоб забрати всю цю здатність вниз.

«Якщо у вас натомість ця функція спільна для 100 супутників, то ваша глибина атаки має бути набагато глибшою, щоб вимкнути функцію. Отже, що він робить, це забезпечує стримування нападів. Це не велика, жирна, соковита мішень, яка спокушає ворога атакувати її».

І коли сузір’я встановлено, його можна використовувати для будь-яких комунікаційних цілей. Програма SpaceX Starlink спрямована на надання глобального широкосмугового Інтернету, який має багато потенційних переваг. На додаток до потенціалу надання Інтернету бідним або сільським регіонам, які мають мало або зовсім не мають послуг Інтернету на даний момент він також може бути неоціненним для цілей безпеки, оскільки зможе відстежувати літаки та кораблі по всьому світу. А наявність кількох інтернет-провайдерів у регіоні може надати людям більш вільний доступ до Інтернету без обмежень, які встановлюють уряди.

Погано: чому деякі астрономи хвилюють сузір’я

Як і з усіма технологічними досягненнями, запуск супутникових угруповань також супроводжується проблемами. Минулого року між SpaceX і астрономічним співтовариством часом точилися гарячі дебати щодо запуску супутників Starlink.

Коли супутники запускаються, вони можуть піти доріжки світла по небу, особливо в сутінках. Хоча дехто вважає ці сліди красивими, вони можуть заважати астрономічним показанням, оскільки вони набагато яскравіші за зірки чи галактики, які астрономи намагаються спостерігати. Існує також питання про те, чи супутники Starlink, які знаходяться на особливо низькій орбіті, будуть видимі неозброєним оком і заважатимуть показанням, коли вони будуть на місці.

Міжнародний астрономічний союз випустив a заява влітку 2019 року та а слідувати у лютому цього року, обидва з яких «висловили занепокоєння щодо негативного впливу запланованих мегасузір’їв супутники зв’язку можуть мати на астрономічних спостереженнях», конкретно назвавши Starlink, супутникове сузір’я Іридіум, OneWeb та інші.

SpaceX швидко вирішила проблеми, які Starlink спричинила в оптичній астрономії, співпрацюючи з астрономами знайти рішення. Спочатку вони спробували пофарбувати супутники в більш темний колір, що зменшило їх зовнішній вигляд, але не настільки, щоб задовольнити астрономів. Тож вони перейшли до нового дизайну, який містив козирок, який слугував сонцезахисним навісом.

«Це дуже розумно», — сказав Ено. «Тому що, якщо супутник не освітлюється, він абсолютно темний, його не видно. А це означає, що козирок може приховати більшу частину супутника. Те, як побудований супутник, означає, що ви можете мати козирок, де, якщо дивитися з землі, ви бачите задню частину козирка, тому темно, а вся нижня частина супутника знаходиться в тіні. Це означає, що супутник стає на кілька величин слабшим».

SpaceX також відкоригувала кут нахилу сонячних панелей, прикріплених до супутників, щоб освітлену частину не було видно із Землі. У поєднанні ці виправлення повинні більш-менш вирішити проблему працюючих супутників Starlink, які заважають наземній оптичній астрономії.

Є також деякі проблеми з супутниками, які заважають радіоастрономії. Може виникнути проблема, яка називається частотним розривом, коли супутники випромінюють невелику кількість радіохвиль на частотах, що перевищують їхню основну робочу частоту, що може спричинити проблеми для радіоастрономів. Радіотелескопи, як правило, мають багато фонового шуму, і цьому можуть сприяти сузір’я супутників.

SpaceX також працює з астрономічним співтовариством над цим питанням, і, здається, астрономи в цілому оптимістичний що рішення можна знайти.

Останню проблему із запуском великої кількості супутників не можна легко вирішити технологічно. Проблема орбітальна скупченість все більше привертає увагу космічної спільноти, яка викликає занепокоєння щодо кількості сміття на орбіті навколо нашої планети. Космічне сміття може бути надзвичайно небезпечним, загрожуючи всьому, від Міжнародної космічної станції до наших потенційних можливостей запускати супутники доступно в майбутньому.

Основний підхід до цього питання полягає в тому, щоб компанії переконалися, що вони можуть відповідально деорбітувати свої супутники, коли вони більше не потрібні. Коли супутник Starlink підходить до кінця свого терміну служби або якщо супутник несправний, його відносно легко утилізувати, оскільки сузір’я знаходиться на низькій орбіті. Супутникам просто потрібно перевести на нижчу орбіту, і вони впадуть в атмосферу та згорять.

Інші сузір'я можуть перебувати на вищій орбіті. У цих випадках легше відправити їх на так звану цвинтарну орбіту, ніж опустити в атмосферу. Але якщо супутник виходить з ладу на вищій орбіті, він може залишатися там дуже довго. Тому деякі супутники зараз оснащені такими функціями, як гачки, які полегшують роботу інший супутник, за який можна вхопитися і розпоряджатися ними.

Потворне: яке майбутнє чекає на сузір'я?

Ено підкреслив, що SpaceX доклала зусиль, що значно перевищують те, що вони зобов’язували для вирішення проблеми проблеми, які Starlink спричинив для астрономічної спільноти, і він упевнений, що ці проблеми можуть бути вирішено. Питання в тому, що сузір’я стають все більш популярними та запускаються більшою кількістю компаній у майбутньому, чи будуть ці нові актори так само уважні до нічного неба?

«[SpaceX] справді робить усе можливе, виходячи далеко за рамки того, що вони зобов’язані робити за законом, щоб вирішити проблеми», — сказав Гайнуат. «Астрономи мають дуже хороші робочі стосунки зі Starlink, але не ясно, чи ми матимемо такі ж відносини з іншими [компаніями], тому що це просто добра воля».

Чи можна довіряти іншим компаніям наслідувати приклад SpaceX? Існують договори та угоди про використання космосу, включно з такими питаннями, як утилізація супутників після закінчення терміну служби. Однак багато експертів стверджують, що ці угоди необхідно посилити, а компанії, які їх не дотримуються, повинні мати наслідки.

«Проблема в тому, що немає керівного органу, який би дійсно міг однаково застосовувати покарання», — сказав Кінг. «Існують жорсткі вказівки та договори, але забезпечити їх виконання проблематично».

Такі супутникові групи, як Starlink, можуть зробити фантастичні нові кроки в телекомунікаціях, але нам потрібно знайти спосіб збалансувати цю здатність із необхідністю вивчати нічне небо та розуміти Всесвіт за межами нашої планети.

«Космос — це суспільне надбання, яке ми всі поділяємо», — сказав Кінг. «Суспільству потрібно багато чого вирішити, оскільки сузір’я починають розмножуватися… Всі й ніхто не володіє простором, і ми всі хочемо ним ділитися».

Рекомендації редакції

• Як SpaceX може перетворити Starlink на надточну мережу GPS
• Як спостерігати, як космічний корабель SpaceX Dragon відправляється з МКС сьогодні
• SpaceX вирішила доставити вантаж на космічну станцію NASA Lunar Gateway
• SpaceX завтра виконує свій шостий запуск Starlink: ось як дивитися
• SpaceX використовуватиме інший тип нержавіючої сталі для своїх ракет Starship