Сотрудник лаборатории Sandia Labs, занимающийся определением угла входа объектов в атмосферу Земли, показал, что сеть датчиков, основанная на инфразвуковой технологии и предназначенная для выявления возможных испытаний ядерного оружия, может быть использована для защиты планеты.
Внедрение этой технологии открывает возможности для защиты от космических угроз, таких как отработанное оборудование, нефункционирующие спутники и прочие обломки, находящиеся на околоземной орбите.
Учитывая, что планируемые миссии приведут к увеличению количества потенциально опасных материалов, способных нанести вред при падении на Землю, а дипломатические переговоры по решению этой проблемы находятся в процессе, технология инфразвукового определения может стать важным инструментом для выявления места и времени возможного падения объекта. Кроме того, данная технология может быть использована для защиты от природных явлений, например от метеоритов, или, возможно, от объектов, используемых для нанесения ударов по наземным целям в потенциальном будущем конфликте в космосе.
Каким образом технология, использующая инфразвук, способствует защите планеты от надвигающихся космических объектов
В письме, адресованном редакции New-science.ru, ученый из Sandia Labs Элизабет Силбер рассказала о принципах работы инфразвуковой технологии, используемой в глобальной сети датчиков, принадлежащей Организации Договора о всеобъемлющем запрещении испытаний (ОДВЗИ).
«Глобальная сеть инфразвуковых датчиков ОДВЗИ разработана для выявления незначительных колебаний в атмосфере, в том числе сигналов, генерируемых событиями, удаленными на тысячи километров », — пояснила Силбер. «Конструкция этих датчиков обеспечивает их высокую чувствительность. Их эффективность определяется возможностью фиксировать незначительные колебания атмосферного давления, возникающие под воздействием удаленных импульсных источников ».
В письме Зильбер также отметила, что причиной ее интереса стало расхождение в определениях мест падения болидов, или метеоров, взрывающихся в атмосфере, между сетью ОДВЗИ и базой данных Центра изучения околоземных объектов NASA (CNEOS). Зильбер назвал базу данных CNEOS NASA «одним из важнейших ресурсов», доступных для изучения подобных явлений, в которой содержится информация примерно о 1000 атмосферных явлений, зафиксированных космическими датчиками США.
Используя различные технологии, две системы демонстрируют несовместимость. Зильбер предположил, что данные, полученные с датчиков, использующих инфразвуковую технологию, могут содержать дополнительную информацию, вводящую в заблуждение сеть NASA. Ученые из Sandia Labs, в свою очередь, исследовали, как траектория огненного шара в атмосфере, особенно угол его входа, может объяснить расхождения в показаниях.
«Звук, распространяющийся по неглубоким каналам, способен преодолевать значительные расстояния и исходить из множества точек, что может привести к отклонению от воспринимаемого направления сигнала на несколько градусов », — сказала Зильбер в интервью New-science.ru. «Более сложные входы значительно проще в реализации ».
Согласно пресс-релизу, посвященному исследованию, точное определение мест возможного столкновения с использованием этих данных имеет решающее значение и может внести существенный вклад в защиту планеты.
«Отсутствие понимания траектории движения объекта затрудняет подготовку к его появлению », — поясняется в пресс-релизе.
Определение траекторий движения космических объектов
Для проверки своей гипотезы Зильбер создала специализированную компьютерную модель, демонстрирующую, как различные траектории входа в атмосферу влияют на данные, получаемые инфразвуковыми системами. Эта модель, получившая название BIBEX-M (Bolide Infrasound Back-Azimuth Explorer Model), позволяет адаптировать анализ тонких различий в звуке, регистрируемых датчиками инфразвукового мониторинга, для определения наиболее вероятного пути метеоров, фрагментов космического мусора или даже запланированных входов в атмосферу, которые имеют сходные вытянутые траектории».
«Знание этого эффекта позволяет точнее определять локализацию событий и повышает точность глобального мониторинга », — пояснила она.
В своем исследовании, где детально представлены полученные результаты, Зильбер указала, что объекты, входящие в атмосферу под углом свыше 60 градусов, вероятно, будут определять разные координаты в зависимости от используемых датчиков отслеживания. Инфразвуковые технологии, фиксируя сигналы во времени, позволяют рассчитывать углы входа и местоположение с высокой точностью.
В ответ на вопрос о сроках предупреждения населения, находящегося в потенциально опасных зонах, Зильбер подчеркнула, что время до входа объекта в атмосферу может значительно отличаться. Ученый из Sandia Labs привела пример: в 2013 году 18-метровый Челябинский астероид не был замечен до момента входа в атмосферу, поскольку двигался к Земле со стороны Солнца. Также, как отметила Зильбер, огненный шар Риббека над Германией в 2024 году был обнаружен лишь за три часа до его входа в атмосферу.
Зильбер сообщила New-science.ru, что в отличие от природных явлений, траектории искусственных объектов, возвращающихся на Землю после межпланетных полетов, рассчитываются с высокой точностью и известны заранее. Она отметила, что успешные скоординированные кампании по отслеживанию возвращения, такие как миссии NASA Stardust и Genesis, а также миссии Японского космического агентства (JAXA) Hayabusa и Hayabusa2 по возвращению образцов, демонстрируют эффективность такого подхода. В качестве примера атмосферного возвращения в 2023 году Зильбер привела миссию NASA OSIRIS-Rex, в ходе которой множество датчиков совместно определяют точные координаты возвращения. По ее словам, это событие было « крупнейшим геофизическим наблюдением на сегодняшний день, в котором задействован широкий спектр наземных и атмосферных датчиков », в том числе основанных на инфразвуковой технологии.
«Данные кампании дают уникальный шанс оценить и улучшить наши методы обнаружения в условиях, которые можно контролировать », — сказала Зильбер.
Совершенствование методов идентификации объектов за счет внедрения инновационных технологий
Несмотря на то, что отслеживание малых объектов остается наиболее трудной задачей для всех систем обнаружения, Зильбер отметила, что прогнозирование траекторий некоторых из самых крупных и потенциально опасных космических объектов возможно на срок до нескольких десятилетий. По ее словам, усилия по совершенствованию раннего обнаружения небольших объектов продолжают реализовываться».
Зильбер, отвечая на вопрос о возможных путях совершенствования планетарной обороны, кроме использования инфразвуковой технологии ОДВЗИ, назвала несколько вариантов.
«Это отличный вопрос!» — ответила она. «Несмотря на то, что наземная сеть остается ключевым элементом мониторинга атмосферы, все больше внимания уделяется альтернативным методам для расширения возможностей планетарной обороны ».
Зильбер отмечает, что высотные платформы, например, стратосферные воздушные шары, оборудованные инфразвуковыми датчиками, обладают «значительными перспективами». В качестве примера приводится случай, когда воздушные шары с инфразвуковыми датчиками, функционирующие на экстремальных высотах, зафиксировали отчетливые инфразвуковые сигналы во время входа OSIRIS-Rex в атмосферу. По мнению ученого, это подтверждает потенциал технологии для наблюдения за атмосферными явлениями, происходящими на больших высотах « с замечательной чувствительностью».
По поводу планируемых улучшений действующей инфразвуковой системы ОДВЗИ Зильбер посоветовала обратиться к организации, которая отвечает за ее эксплуатацию и обслуживание. Тем не менее, она отметила, что система подвергается регулярному техническому обслуживанию, как и « любая сложная система глобального мониторинга ». Она также подчеркнула, что прогресс в методах зондирования и обработки сигналов способен повысить эффективность систем, основанных на инфразвуковой технологии.
Ученый из Sandia Labs отметила, что ее исследование имеет большое значение, так как впервые удалось численно оценить различия в показаниях датчиков, позволяющих определить траекторию движения приближающихся объектов. Кроме того, она подчеркнула, что данная работа предоставляет исследователям, занимающимся планетарной обороной, новый способ защиты от космического мусора посредством анализа инфразвуковых сигналов « на расстояниях до 15 000 километров».
«Анализ демонстрирует, что общепринятое представление об одиночном точечном источнике для огненных шаров с ограниченным радиусом действия не всегда соответствует действительности, даже при значительных расстояниях », — сказала Зильбе. «Полученные инфразвуковые данные, касающиеся как природных огненных шаров, так и повторных входов космического мусора, требуют внимательной интерпретации, что позволит более точно определять местоположение событий и повысит эффективность глобального мониторинга ».