"Карточный домик" - замечательная английская фраза, которая сейчас ассоциируется в основном с политической драмой Netflix. Однако ее первоначальное значение относится к фундаментально нестабильной системе.
Это также термин, который Сара Тиле, ранее аспирантка Университета Британской Колумбии, а ныне Принстонского университета, и ее соавторы использовали для описания нашей современной спутниковой мега-группировки в новой статье, доступной в предварительном виде на arXiv.
У них есть все основания использовать этот термин. Расчеты показывают, что во всех мега-созвездиях с низкой околоземной орбитой сближение - определяемое как сближение двух спутников на расстоянии 1 километра друг от друга – происходит каждые 22 секунды. Только для Starlink это число составляет 1 раз в 11 минут.
Другой известный показатель Starlink заключается в том, что в среднем каждый из тысяч спутников должен выполнять 41 маневр в год, чтобы избежать столкновения с другими объектами на своей орбите.
Это может звучать как эффективно спроектированная система, работающая так, как она должна работать, но, как скажет вам любой инженер, нестандартные ситуации – вещи, которые не происходят в обычной среде, – являются причиной большинства системных сбоев.
Согласно статье, солнечные бури являются одним из возможных вариантов развития спутниковых мега-созвездий.
Как правило, солнечные бури влияют на работу спутников двумя способами.
Во-первых, они нагревают атмосферу, вызывая повышенное лобовое сопротивление, а также неопределенность местоположения некоторых спутников. Увеличение лобового сопротивления приводит к тому, что они расходуют больше топлива для поддержания своей орбиты, а также для выполнения маневров уклонения, если их траектория может пересечься с траекторией другого спутника.
Во время "шторма Гэннона" в мае 2024 года (который, к сожалению, назван не в честь злодейки Зельды) более половины всех спутников в системе LEO были вынуждены израсходовать хотя бы часть своего топлива на эти маневры по изменению положения.
Во-вторых, и, возможно, это более разрушительно, солнечные бури могут вывести из строя навигационные и коммуникационные системы самих спутников. Это лишит их возможности маневрировать в безопасном месте и, в сочетании с повышенным сопротивлением и неопределенностью, вызванными нагретой атмосферой, может привести к немедленной катастрофе.
Синдром Кесслера - самое известное проявление этой катастрофы, когда облако обломков вокруг Земли делает невозможным запуск чего-либо на орбиту (или за ее пределы) без разрушения.
Но для полного развития синдрома Кесслера требуются десятилетия. Чтобы продемонстрировать актуальность проблемы, которую могут вызвать эти солнечные бури, авторы разработали новый показатель – время осознания столкновения и значительного ущерба (CRASH).
Согласно их расчетам, по состоянию на июнь 2025 года, если операторы спутников потеряют способность посылать команды для маневров уклонения, катастрофическое столкновение произойдет примерно через 2,8 дня.
Сравните это со 121 днем, который, по их расчетам, должен был быть в 2018 году, до эры мегаконстеллара, и вы поймете, почему они обеспокоены.
Возможно, что еще более тревожно, если операторы потеряют контроль хотя бы на 24 часа, существует 30-процентная вероятность катастрофического столкновения, которое может стать отправной точкой для развития синдрома Кесслера, длящегося десятилетиями.
К сожалению, солнечные бури не сопровождаются большим количеством предупреждений; возможно, они начинаются максимум за день или два. И даже когда они случаются, мы не обязательно можем что-либо предпринять, кроме как попытаться защитить спутники, на которые они могут повлиять.
Но динамичная среда, которую они создают в атмосфере, требует обратной связи и контроля в режиме реального времени для эффективного управления этими спутниками. Если этот контроль в режиме реального времени выйдет из строя, у нас есть всего несколько дней, чтобы восстановить его, прежде чем весь карточный домик рухнет.
Это тоже не пустые домыслы. Шторм Гэннона в 2024 году был самым сильным за последние десятилетия, но мы уже знаем о еще более сильном шторме – Каррингтонском в 1859 году. Это была самая сильная солнечная буря за всю историю наблюдений, и если бы подобное событие произошло сегодня, оно лишило бы нас возможности управлять нашими спутниками гораздо дольше, чем на три дня.
По сути, одно–единственное событие, которое уже имело место в исторической памяти, может уничтожить нашу спутниковую инфраструктуру и оставить нас прикованными к Земле на обозримое будущее человечества.
Не похоже, что читатели этого блога хотели бы жить в таком будущем. И хотя существуют компромиссы между использованием технических возможностей, которые предоставляют нам мега-созвездия LEO, и риском, который они представляют для будущих космических исследований, лучше всего реалистично оценивать эти риски.
Когда речь заходит о потенциальной потере доступа к космосу на несколько поколений из-за одной особенно сильной солнечной бури, лучше всего, по крайней мере, принимать обоснованные решения, и этот документ, безусловно, помогает в их принятии.
