Некоторые аппараты Starlink компании SpaceX выходят с орбиты раньше срока не по техническим причинам, а из-за активности Солнца. Ученые из NASA пришли к такому выводу после анализа большого объема данных. По их мнению, наше солнце уже оказывает негативное воздействие на спутниковую группировку и в дальнейшем может нарушить космическую связь.
Спутниковые мегасозвездия представляют собой скопления из сотен или тысяч небольших спутников, действующих согласованно на низкой околоземной орбите. Компания SpaceX, принадлежащая Илону Маску, является лидером в этой сфере и первой начала массовое размещение аппаратов на орбиту.
С 2019 по 2025 год компания развернула Более семи тысяч спутников задействованы в рамках проекта. StarlinkК 2030 году число устройств будет составлять 30 тысяч.
Главная задача проекта — предоставить доступ к высокоскоростному широкополосному спутниковому интернету, особенно в тех регионах, где его нет или он слишком дорогой. Однако у технологии есть недостатки. Каждый спутник работает в среднем около пяти лет. Это связано с расположением аппаратов на низкой околоземной орбите, где их постепенно воздействует сопротивление атмосферы, что приводит к снижению орбиты. По окончании срока службы спутник преднамеренно выводят с орбиты, чтобы не допустить образования космического мусора, и направляют в атмосферу: там он сгорает.
Несмотря на то что новое исследование, руководителем которого является Деннис Оливейра, … Denny OliveiraУченые из Центра космических полетов имени Годдарда NASA обнаружили, что солнечная активность может помешать работе группировки Starlink.
Установлено, что при сильной геомагнитной активности спутники Starlink возвращаются в атмосферу значительно раньше, чем предсказывают расчеты. В период солнечного максимума срок службы спутника может сократиться до десяти дней. Такой эффект стал заметен только сейчас из-за увеличения количества запущенных аппаратов, особенно компанией SpaceX. объяснил Оливейра.
Ученые периодически фиксируют изменения в солнечной активности, которые могут сохраняться от нескольких лет до десятков лет. Такая активность именуется солнечной цикличностью. Наилучшим образом изучен цикл с длительностью почти 11 лет, получивший название «цикл Швабе».
В этом цикле выделяют солнечный максимум — период наибольшего количества солнечных вспышек, пятен, корональных выбросов массы. Последние вызывают геомагнитные бури на Земле, нагревая верхние слои атмосферы, которые становятся плотнее. Попадая в эту зону, спутники начинают двигаться в плотном воздухе, возникает трение: аппараты замедляются и быстрее сходят с орбиты. Пик солнечного максимума пришелся на 2024 год.
Оливейра и коллеги проанализировали данные о повторном входе спутников в атмосферу, включая высоту и скорость аппаратов, а также сопоставили их с солнечной активностью. В результате выяснилось, что с 2020 по 2024 год в атмосферу вошли 523 аппарата Starlink, которые скоро сгорят.
При выхода из строя спутника Sratlink его оставляют на орбите, где он тормозит в разреженном верхнем слое атмосферы, пока не войдет в нее полностью — процесс занимает более двух недель. В конце срока службы орбиту некоторых аппаратов снижают специально для ускоренного сгорания.
Оливейра отметил: во время сильных геомагнитных бурь и снижения 37 спутников одновременно спутники, летавшие ниже 300 километров, входили в атмосферу всего через пять дней вместо обычных пятнадцати. Ученые связали это с началом 25-го цикла солнечной активности, который оказался на 30 процентов сильнее предыдущего.
В 1947 году учёные разработали новый показатель для оценки солнечной активности — поток радиоизлучения F. 10.7 С длиной волны 10,7 сантиметра (2800 мегагерц) измеряется в солнечных единицах потока. В спокойный период индекс варьируется от 70 до 80 единиц, но во время геомагнитных бурь, например, в мае 2024 года, достиг 240 единиц.
Анализ Оливейры и его команды показал, что в мае прошлого года спутники Starlink теряли до 95 километров высоты в день — в три раза быстрее обычного. Например, аппарат Starlink-2601 снизил высоту орбиты с 276 до 100 километров всего за 44 часа. Система SGP4, предназначенная для прогнозирования орбит спутников и их ухода с них, допустила ошибку на 10 суток.
Изменение траектории искусственного объекта грозит другим подобным приборам. В мае 2024 года десять тысяч спутников выполнили срочный манёвр, чтобы уклониться от столкновения с не управляемым аппаратом. Это была крупнейшая в истории спутниковая «миграция».
Из-за сильной геомагнитной бури спутники могут не полностью разрушаться при входе в атмосферу. Чем медленнее снижается орбита аппарата, тем дольше он находится в верхних слоях атмосферы, где трение его истирает, подобно наждачной бумаге. За это время аппарат успевает превратиться в «пепел».
Во время сильной геомагнитной бури атмосфера настолько сильно нагревается и расширяется, что спутники падают вниз почти как камень, брошенный в воду. Из-за этого они слишком быстро пролетают верхние слои, где трение максимально. Поэтому не успевают разогреться до такой степени, чтобы полностью сгореть.
Крупные фрагменты аппарата, особенно из прочных материалов, могут упасть на землю. Так произошло в августе 2024 года, когда на ферме в Канаде нашли фрагмент спутника Starlink массой 2,5 килограмма. Это первый известный случай, когда часть спутника SpaceX достигла поверхности планеты.
Предполагается, что пик солнечной активности 25-го цикла продлится до июля 2025 года, а к 2030 году на околоземной орбите может находиться более ста тысяч спутников. Оливейру считает, что с ростом числа аппаратов на орбите и увеличением солнечной активности случаи внепланового падения могут происходить намного чаще, практически ежедневно.
Врачи настоятельно советуют инженерам пересмотреть способы разработки аппаратов и систем прогнозирования. Уже сейчас очевидно, что космическая погода может безвозвратно разрушить технологии, оцениваемые в миллиарды долларов. Не учитывать ее — все равно что возводить дом на морском побережье, не обращая внимания на прогнозы штормов.
Выводы исследователей опубликованы На портале цифрового хранилища научных публикаций и предварительных версий статей. arXiv.org.
