Как избежать кошмарного сценария синдрома Кесслера

В течение 2020-х и 2030-х годов ночное небо и объём космоса, окружающего Землю, могут стать кардинально другими. По состоянию на 2019 год человечество запустило в общей сложности от 8000 до 9000 спутников, в основном на низкую околоземную орбиту. В настоящее время многие компании пытаются обеспечить всемирное покрытие 5G из космоса; человечество начинает вступать в эпоху спутниковых мегасозвездий.

Однако на сегодняшний день, в 2023 году, насчитывается около 9000 активных спутников, причём большинство из них составляют «старлинки»: 4755 из 8647 активных спутников, или 55%. Хотя освещение в средствах массовой информации до сих пор в основном сосредоточено только на одном пагубном эффекте — ущербе, который эти спутники уже нанесли и продолжают наносить астрономии, — есть второе последствие, которое может быть куда более катастрофическим в долгосрочной перспективе: синдром Кесслера. Когда на орбите находятся десятки или даже сотни тысяч спутников, одно столкновение может вызвать цепную реакцию. Учитывая реалии солнечных вспышек, корональных выбросов массы и других форм космической погоды, эра мегасозвездий может открыть новый тип стихийных бедствий, сделав орбиту Земли непроходимой для всех будущих космических миссий.

Идея синдрома Кесслера проста: если вокруг Земли слишком много спутников, неудачное столкновение любых двух из них может привести к образованию такого количества мусора, что новое столкновение станет неизбежным. Хотя нет единого мнения о том, когда эта точка будет достигнута, широко признано, что большее количество более крупных спутников значительно увеличивает этот риск. Поскольку только «Старлинк» обещает в общей сложности 42 000 спутников в трёх различных орбитальных оболочках, а многие другие компании работают над этим, опасность синдрома Кесслера может возрасти на порядки в течение текущего десятилетия.

В предыдущие годы спутники запускались на орбиты, которые отслеживались и были известны, при этом случайные столкновения происходили только из-за неактивных спутников, орбиты которых разрушались из-за сопротивления атмосферы. Однако при наличии мегасозвездий движение этих орбитальных спутников больше не будет контролироваться вручную людьми. Теперь на сцену вышел искусственный интеллект, полностью автоматизирующий проблему предотвращения столкновений. Хотя многие считают это огромным достижением, на самом деле это новая катастрофическая опасность для всех наших текущих космических исследований и космических научных миссий, от спутников наблюдения за Землёй до исследования планет и многого другого.

При таком большом количестве объектов на орбите на одной высоте искусственный интеллект потребуется, чтобы постоянно использовать бортовые двигатели для достижения трёх основных целей:

• формировать правильное и постоянное расположение спутников для обеспечения необходимого интернет-покрытия;

• для ускорения любых спутников, испытывающих последствия распада орбиты, компенсируя сопротивление земной атмосферы;

• выполнять любые необходимые разгоны или изменения орбиты, чтобы избежать столкновений с другими спутниками, включая других членов того же мегасозвездия, а также с любыми другими спутниками или космическими кораблями, которые проходят через эти орбитальные оболочки.

Этот последний пункт абсолютно важен. У любых двух орбит, находящихся на одной и той же высоте, всегда есть две точки, где они пересекутся, и дрейф спутников делает такое столкновение неизбежным при наличии достаточного времени. Только заставив спутники корректировать свои собственные курсы в режиме реального времени, операторы этих спутников могут обеспечить сценарий без столкновений, и это будет работать только при бесперебойной, 100% непрерывной работе этих систем предотвращения столкновений.

Вот почему нынешний план по предотвращению столкновений спутников предполагает потенциально катастрофический сценарий: что, если из-за какого-то события спутники перестанут реагировать? Если необходимы постоянные корректировки орбит во избежание столкновений с другими спутниками, то худшее, что может случиться, — это сценарий, который парализует спутники и сделает их неспособными реагировать не только на бортовые системы искусственного интеллекта, но и на любые отправляемые им команды.

В космосе, даже на низкой околоземной орбите, атмосфера не обеспечивает никакой защиты, и наше общепланетное магнитное поле не даёт никаких гарантий перенаправления солнечных частиц от любых спутников, которые могут находиться на любой высоте: на геостационарной орбите, средней околоземной орбите, или самой густонаселенной низкой околоземной орбите. Частицы солнечной энергии (энергетические протоны) могут проникать в спутниковую электронику и вызывать электрические неисправности. Эти энергичные частицы также блокируют радиосвязь в высоких широтах во время солнечных радиационных бурь.

Прямо сейчас Солнце постепенно приближается к пику своего периодического цикла. Количество солнечных пятен, солнечных вспышек и других явлений космической погоды растёт.

Для спутников возникает огромная опасность всякий раз, когда на них воздействует такая космическая погода, состоящая из энергичных заряженных частиц, состоящих либо из голых протонов, либо из более сложных атомных ядер. Энергичные протоны, проходя через электронные компоненты спутника, могут:

• наводить токи;

• вызывать короткое замыкание;

• довольно легко вызывать различные типы электрических сбоев.

Если это произойдёт со спутником спонтанно, если не были приняты меры предосторожности до того, как на него повлияет событие космической погоды, он не сможет полностью скорректировать свой курс с помощью искусственного интеллекта или каких-либо других средств. Если они не смогут скорректировать свой курс, вопрос о столкновении любых двух из этих спутников станет похожей на русскую рулетку игрой, где, вероятно, произойдёт серия промахов перед неизбежным – столкновением в космосе. При наличии достаточного количества спутников и достаточного времени этого невозможно избежать.

Каждое столкновение будет создавать новые обломки, увеличивая вероятность и частоту столкновений на орбите. Кошмарный сценарий синдрома Кесслера заключается в том, что в короткие сроки, возможно, всего через несколько недель или месяцев после первого столкновения, регион вокруг Земли превратится в поле обломков, при этом значительный процент существующих спутников будет уничтожен в результате серии столкновений.

Самая большая опасность, которую сегодня представляет Солнце для Земли, — это крупномасштабный выброс корональной массы, который — если он направится прямо к нам с неправильной ориентацией магнитного поля — может привести к широкомасштабной электрической катастрофе, которая может вывести из строя все энергосети над Землей, вызывая пожары и нанося ущерб нашей инфраструктуре на миллиарды и триллионы.

Чтобы гарантировать, что солнечная вспышка не приведет к синдрому Кесслера, следующие меры предосторожности могут предотвратить неизбежную в противном случае катастрофу.

Когда происходит солнечная вспышка, все мегасозвездия спутников должны выйти на заранее запланированную орбиту «безопасного маршрута». Эти «безопасные маршруты» будут представлять собой пассивные орбиты, которые специально предназначены для максимального увеличения расстояния между спутниками на максимальное время в будущем.

Такое вмешательство могло бы дать, по крайней мере, годы времени, пока не произойдет столкновение: достаточно времени, чтобы даже в худшем случае мы могли запустить экстренную миссию по перехвату и выводу с орбиты любых вышедших из строя спутников.

Однако такая отказоустойчивость изначально не была встроена в инфраструктуру ни одной спутниковой мегагруппировки. «Безопасного режима» не существует, и поэтому, пока он не будет введен в действие, эксплуатация этих спутников в статус-кво всегда будет сопровождаться риском столкновения, вызванного событиями космической погоды, или цепной реакции столкновений.

Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный Telegram-канал