Сейчас на орбите находится более 10 000 спутников — больше, чем когда-либо в истории, и это растущее число начинает показывать, как солнечные бури могут нарушить работу мегасозвездий интернета, таких как Starlink компании SpaceX.
Следы спутников Starlink, вид из космоса Дон Петтит/НАСА
Число спутников на орбите растет колоссальными темпами, но мы пока не имеем четкого представления о том, насколько они подвержены солнечным бурям, — и эта проблема будет только усугубляться.
С мая 2019 года компания SpaceX запустила более 10 000 спутников в свою мегагруппировку космического интернета Starlink, при этом около 1000 из них возвращались в атмосферу Земли с текущей частотой один-два раза в день. Спутники развёрнуты в гигантскую сеть вокруг планеты, охватывающую практически весь земной шар. Это означает, что солнечная буря и сопутствующая ей геомагнитная буря, когда магнитное поле нашей планеты колеблется под воздействием заряженных частиц и магнитных полей Солнца, вероятно, повлияют как минимум на некоторые спутники, независимо от времени их возникновения.
Чтобы исследовать влияние таких бурь на Starlink, Ынджу Кан из Калифорнийского университета в Ирвайне и ее коллеги изучили общедоступные данные слежения за спутниками, полученные во время солнечной бури в мае 2024 года.
Они обнаружили, что на пике шторма спутники Starlink, находившиеся на обращенной к Солнцу стороне Земли, испытали падение высоты до полукилометра — небольшое падение для их 550-километровых орбит, но все же значительное, поскольку атмосфера подвергалась воздействию поступающего солнечного излучения, создавая сопротивление космического аппарата.
Серьезному воздействию подверглись и спутники в других регионах, например, те, что находятся вблизи полюсов Земли, где магнитное поле нашей планеты направляет больше заряженных частиц от Солнца, а также те, что находятся над регионом Южной Америки, называемым Южно-Атлантической аномалией, где по неизвестным причинам магнитное поле планеты слабее, и поэтому атмосфера более восприимчива к солнечной активности.
По словам Канг, это создало необычный эффект в созвездии, согласно данным, которыми располагала команда. «Если один спутник теряет высоту, соседнему спутнику также придётся компенсировать это», — говорит она, используя бортовые ионные двигатели для автоматического согласования с пострадавшим спутником, поскольку спутники взаимодействуют друг с другом посредством лазеров прямой видимости для поддержания сети, создавая волнообразный эффект, когда другие спутники в цепочке следуют их примеру. «Это похоже на волны», — говорит участница команды Сангита Абду Джоти, также работающая в Калифорнийском университете в Ирвайне.
Это может создать проблемы для других спутников, пытающихся обойти группировку Starlink, чтобы избежать столкновения. «Когда траектории менее предсказуемы, риск столкновений может увеличиться», — говорит Абду Джоти.
Другие общедоступные данные также проливают свет на влияние солнечных бурь. Некоторые клиенты Starlink используют онлайн-сервис RIPE Atlas для обмена информацией о состоянии своего соединения. Используя эти данные, Канг и её команда обнаружили, что во время солнечной бури в мае 2024 года были зафиксированы сбои в работе сети, вызванные сбоями в работе спутников. «Немедленно наблюдался всплеск потери пакетов», — говорит Канг, когда данные не доходили до адресата.
В исследовании рассматриваются проблемы, с которыми такие группировки, как Starlink, а также развивающиеся группировки, такие как Project Kuiper компании Amazon и несколько проектов в Китае, столкнутся из-за солнечной активности, и не только с точки зрения связи, но и с необходимостью избегать значительных изменений положения, которые могут привести к столкновению с другими спутниками.
В феврале 2022 года мощная солнечная буря сбросила около 40 недавно запущенных спутников Starlink обратно в атмосферу, где они сгорели. Ранее в этом году другие исследования показали, что повышенная солнечная активность ускоряет выход из строя некоторых спутников Starlink.
Солнечная буря в мае 2024 года была примерно в три раза слабее крупнейшей за всю историю наблюдений солнечной бури, события Кэррингтона 1859 года. Буря такого рекордного масштаба, вероятно, снова обрушится на Землю в какой-то момент, что может создать серьёзные проблемы для операторов мегасозвездий. «Если буря будет очень большой, всё будет гораздо хуже», — говорит Абду Джоти. «Но мы не знаем, насколько».
Пока что, как мы надеемся, у нас есть время подготовиться. Майский шторм 2024 года разразился в пик солнечной активности, цикл которой составляет 22 года. Мощный шторм теоретически может разразиться в любой момент, но его вероятность может увеличиться в 2040-х годах, когда активность звезды снова достигнет пика. К тому времени на орбите, вероятно, будет на десятки тысяч, если не на сотни тысяч, больше спутников, по сравнению с примерно 13 000, находящимися на орбите сегодня. «Проблема тем больше, чем больше спутников», — говорит Скотт Шамбо, основатель Leonid Space, американской компании, отслеживающей влияние космической погоды на спутники.
«Когда случается солнечная буря, у нас пока нет надежных прогностических моделей того, как она повлияет на сопротивление в более краткосрочной перспективе», — говорит Шамбо. «Это означает, что в ближайшие часы или дни ваши спутники не будут там, где вы ожидаете».
Мэтью Оуэнс из Университета Рединга (Великобритания) говорит, что особенно плохо изученной областью являются суббури — небольшие изменения в нашей атмосфере, вызванные нагревом от солнечной активности, которые могут непропорционально сильно влиять на спутники на разных орбитах. «Геомагнитная буря состоит из множества суббурь», — говорит он, — «но предсказывать их невероятно сложно».
Такие спутниковые группировки, как Starlink, открывают уникальный доступ к этой области, по сути, действуя как гигантская исследовательская сеть зондов на околоземной орбите. «Эти спутники, вероятно, являются первыми доступными нам зондами для сбора данных о том, как происходят локальные изменения сопротивления атмосферы», — говорит Абду Джоти.
arXiv DOI: https://doi.org/10.1145/3748749.3749094
Источник: www.newscientist.com
