На пике вулкана Тейде, расположенного на острове Тенерифе (Испания), функционирует комплекс из двух телескопов. С его помощью, используя мощный лазер, отслеживаются фрагменты космического мусора, находящегося на орбите, и выдаются предупреждения о потенциальной опасности для спутников. В перспективе эта технология может быть применена для контролируемого изменения траектории обломков, чтобы предотвратить их столкновение с космическими аппаратами.
Лазерные станции Izaña-1 и Izaña-2, принадлежащие Европейскому космическому агентству (ЕКА), были созданы немецкой компанией DiGOS, которая специализируется на лазерной локации. Izaña-1 функционирует с 2021 года и ранее использовалась для лазерного сканирования спутников, однако теперь, после завершения строительства Izaña-2, обе обсерватории выполняют более масштабную задачу в рамках программы ЕКА, направленной на обеспечение космической безопасности.
Два телескопа, Izaña-2 и Izaña-1, функционируют согласованно: первый испускает лазерные импульсы в направлении космического мусора, а второй регистрирует отраженный свет. Благодаря такой организации, система способна с высокой степенью точности определять путь объекта, вычислять характеристики его орбиты и прогнозировать вероятность столкновения со спутниками.
По словам инженера-оптика Европейского космического агентства Андреа Ди Мира, отслеживание неопределяемых целей, то есть объектов, не предназначенных для наблюдения, потребовало существенного увеличения мощности лазера на Izaña-2. Это связано с необходимостью компенсации крайне малого числа фотонов, отражающихся от подобных объектов и возвращающихся к станции.
Вопрос космического мусора имеет большое значение. Столкновение может не только повредить дорогостоящий спутник, но и создать множество новых обломков, что в наиболее негативном развитии событий может спровоцировать опасную цепную реакцию — синдром Кесслера. В таком случае использование околоземного пространства может оказаться невозможным из-за чрезмерной концентрации мусора. Поэтому необходимо заблаговременно отслеживать потенциально опасные объекты, чтобы спутники могли вовремя изменить свою траекторию.
Система Izaña функционирует в настоящее время в полуавтоматическом режиме и доступна для использования даже в светлое время суток. За ходом работы наблюдает команда операторов, осуществляя дистанционный контроль, однако конечной целью является обеспечение полной независимости. По словам Ди Мира, полная автоматизация позволит существенно увеличить эффективность сбора информации.
Разработчики не намерены останавливаться на достигнутом. В ситуации возможного столкновения сейчас уклонение выполняет сам спутник, что приводит к расходу топлива. Технология, основанная на «передаче лазерного импульса», предлагает иной способ решения этой проблемы.
«Одним из вариантов является использование лазерного импульса для аккуратной коррекции орбиты космического мусора, смещая его в сторону и предотвращая столкновение с действующими спутниками », — уточнил управляющий директор DiGOS Андре Клот.
Установка лазеров Izaña-2 способна будет корректировать траекторию обломков, подобно тому, как фотоны влияют на солнечный парус. Благодаря этому спутники смогут экономить топливо и увеличивать продолжительность своей эксплуатации.
Сочетание Izaña-1, предназначенной для мониторинга космического мусора, и Izaña-2, обеспечивающей его увод, формирует сложную систему предотвращения столкновений в космосе. Эта разработка включена в другой проект ЕКА под названием OMLET (Orbital Maintenance via Laser Momentum Transfer), который призван предоставить операторам спутников инструмент для точного определения координат их аппаратов по отношению к мусору и возможности его ликвидации. Фактически, OMLET может функционировать как своего рода космический диспетчер движения.
Лазер Izaña-2 также может найти применение в тестировании лазерной связи, позволяя передавать информацию на спутники для последующей ретрансляции. В отличие от радиоволн, оптические и инфракрасные лазеры обладают меньшей подверженностью помехам и обеспечивают возможность использования квантового шифрования (QKD), при котором ключ для шифрования данных закодирован в квантовом состоянии фотонов.
Современные лазеры обладают достаточной мощностью, чтобы функционировать даже при облачной погоды. Спутники, предназначенные для дистанционного зондирования Земли, уже систематически применяют лидары для сканирования поверхности планеты, несмотря на облачность и смог. Недавно китайские исследователи также провели первый в мире успешный эксперимент по лазерной локации Луны в условиях дневного освещения.
Шестьдесят пять лет спустя после изобретения лазеры по-прежнему открывают возможности для более безопасного освоения космического пространства.