Лавина от космически боклуци: ползи и вреди от твърде много сателити в орбита

Днес, 15.05.2019 г., SpaceX ще пусне първата си партида от спътници Starlink – „мега съзвездие“ от хиляди космически кораби, които ще осигурят високоскоростен интернет достъп за милиарди хора на всяко място на планетата.

Starlink е само първият от много такива проекти; като ще има поне още осем мега съзвездия от други компании. Макар да обещават да революционизират глобалните телекомуникации, тези усилия могат и да са опасни, тъй като броят на спътниците непрекъснато нараства, расте и рискът от създаване на опасни отломки, които могат да застрашат безопасното използване на земната орбита.

„Това е нещо, на което трябва да обърнем внимание“, казва Глен Питърсън, старши инженер-специалист в Aerospace Corporation, със седалище в Ел Сегундо, Калифорния. „Трябва да бъдем много активни.“

Днес Земната орбита е оживено място. Почти 2 000 активни спътника се въртят около нашата планета, заедно с близо 3 000 спътника излезли от употреба и 34 000 парчета „космически боклук“ с размери по-големи от 10 сантиметра. Всеки път, когато отломки или изчезнал космически кораб стигне твърде близо до активен спътник и рискът от сблъсък се повиши до 1 на хиляда, операторът на спътника трябва да извърши маневра за избягване на сблъсък. Международната космическа станция например се премества още по-рано, когато шансът за сблъсък е едно на 10,000.

Тези близки срещи вече се случват хиляди пъти всяка година, но появата на мега съзвездия като Starlink ще промени играта, което ще доведе до приблизително 67 000 годишни маневри за избягване на сблъсъци, ако всички сателити стартират.

Тъй като земната орбита се запълва със сателити, рискът от сблъсъци се увеличава. Най-лошият сценарий би бил синдромът на Кеслер, положителен цикъл на обратната връзка, при който сблъсъци, генериращи отломки, създават все повече и повече сблъсъци, които от своя страна създават все повече и повече отломки, които правят части от земната орбита неизползваеми.

Общо девет компании – включително SpaceX, Amazon, Telesat и LeoSat – са лицензирани от Федералната комисия за комуникации на САЩ, за да стартират такива спътникови съзвездия. Само SpaceX планира да пусне близо 12 000 сателита до средата на 2020-те години, които ще работят на височина около 500 километра в ниска земна орбита (LEO) или на по-голяма височина от около 1200 километра в негеостационарна орбита (NGSO). Това е първата компания от деветте, които пускат напълно функционални спътници в своето съзвездие. Следващата фирма, OneWeb, има планове за 650 броя спътници в NGSO. Шест от неговите тестови сателити бяха пуснати през февруари, а първото редовно пускане на тридесет сателити е планирано за по-късно през тази година. Ще последват месечни стартирания на 30 до 36 спътника, като услугата ще бъде пусната онлайн през 2021 г. Всяка от другите компании има подобни планове за постепенно пускане на стотици до хиляди сателити в орбита на Земята.

Ползите от мега съзвездията ще бъдат многобройни. Покриването на цялата планета с висок трафик, ниска латентност и непрекъснат достъп до интернет означава, че корабите, които са в морето, самолетите, както и хора в отдалечени, неразвити райони (дори Антарктика!), ще бъдат лесно свързани както никога досега.

„Свързаността днес просто не е достъпна за всички“, казва Майк Линдзи, дизайнер на космическа мисия в OneWeb. „Половината от света нямат достъпна точка до широколентов интернет.“

Остават обаче въпроси за безопасното управление на толкова много спътници в орбита. Ако спътниците се провалят, те биха могли лесно да допринесат към нарастващия проблем с космически боклуци. На височина от 500 километра, неуспешните сателити няма да бъдат голям проблем, защото в рамките на няколко години атмосферното съпротивление естествено ще ги издърпа обратно към Земята, като ще изгорят при навлизане. Всъщност, за да се бори с космическите отпадъци, SpaceX наскоро промени лиценза си, за да намали планираната надморска височина на повече от 1500 от своите спътници наполовина.

Проблемите са на височина от 1200 километра, където спътниците остават по-дълго време: „На тези височини ще бъдат хиляди години“, казва Хю Луис, професор по инженерни и физически науки в университета от Саутхемптън, Великобритания, който разработи модел, наречен DAMAGE, за проследяване и наблюдение на космическите отпадъци.

Понастоящем няма обвързващи правила за това колко дълго един сателит може безопасно да се задържи в орбита. Организацията на обединените нации препоръчва сателитите да се утилизират не повече от 25 години след края на мисиите им, но тези насоки нямат строги наказания при неспазване. „Това са доброволни насоки“, казва Брайън Веедън, директор на програмното планиране във Фондация „Сигурен свят“. Колкото по-дълго сателитът е в орбита, толкова по-големи са шансовете да се сблъска с друг. А такива сблъсъци не са безпрецедентни – през 2009 г. американският спътник Иридиум 33 се блъсна в неработещия руски спътник Космос 2251, произвеждайки хиляди нови парчета отпадъци.

Някои компании са активни в подхода към този проблем. OneWeb, например, ще прикрепи специална дръжка към всеки от спътниците си, предлагайки по-лесен начин за бъдещите орбитални „буклукчии“ да ги изтеглят обратно за преработване или изхвърляне. Никоя компания все още не разполага с такава технология, но напредък се постига от фирми, като японската Astroscale. „Очаква се, че много малък процент от спътниците ще се провалят по такъв начин, че сателитният оператор да не може да ги хване“, казва Хариет Бретъл, бизнес анализатор в Astroscale. От „Astroscale“ и други нововъзникващи компании се стремят да предоставят като услуга премахване на такива свършили работа сателити и поддържане на устойчива космическа среда“.

„Истинският проблем е, че нямаме голям опит във връщането [на сателитите] от орбита“, казва Стин Леменс, анализатор на космически отпадъци в Европейската космическа агенция. „Дългосрочните симулации на околната среда показват, че ще трябва да се намали живота в орбитата на около 90% от всички обекти. Сега в действителност виждаме, че това се случва успешно за около 5 до 15 процента от сателитите. Така че ние сме далеч от целта“.

Друг проблем са радио-базираните комуникации на самите сателити. Всяка спътникова констелация ще получи парче от електромагнитния спектър, в който да комуникира, но избирането на сателит сред шума на толкова много други може да бъде трудно. С хиляди други спътници, които трябва да влязат в орбита, всъщност комуникацията с един от тези, които летят над главите ни, може да стане трудна.

Тези мега съзвездия също могат да създадат проблеми за астрономията. Астрономите, използващи оптични телескопи, трябва да се борят със спътници, които понякога пресичат тяхната гледна точка. Подобна намеса може да се увеличи няколко пъти с появата на мега съзвездия, казва Марк Хамергрен, планетарен учен в Планетариума Адлер в Чикаго. А за радиоастрономите нещата могат да станат още по-неприятни. „Всеки път, когато един сателит преминава през наблюдаващия лъч на радиотелескопа, има вероятност предаването му да бъде прието и интерпретирано като небесен сигнал“, казва Хамергрен.

Стартирането на Starlink с право ще бъде възхвалявано като средство за достигане на Интернет до масите, но по-големият план за повече от удвояване на броя на активните спътници в орбитата, неизбежно идва с огромни усложнения и на пръв поглед малко място за непредвидени обстоятелства. Дори и пускането в експлоатация на новите сателити да се развива гладко, всяко от мега съзвездията може внезапно да повиши риска от космически боклуци. „Най-лошият случай е да пуснат всичките си сателити, да фалират и всички да останат в орбита“, казва Лемменс. „Тогава ще има хиляди нови спътници без план за прибирането им, ето ти синдрома на Кеслер“.