Starlink и другие спутники SpaceX сталкиваются с растущей угрозой со стороны Солнца

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.

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