Оповещение о синдроме Кесслера: 5,5-дневный обратный отсчет спутников

Тысячи спутники плотно упакованы в низкая околоземная орбитаа перенаселенность только растет.

Ученые создали простой система предупреждения назвал АВАРИЯ Часы это отвечает на основной вопрос: если спутники внезапно перестанут вращаться вокруг друг друга, сколько времени пройдет, прежде чем произойдет крушение на орбите? Их текущий ответ: 5,5 дней.

Метрика CRASH Clock была введена в статья, первоначально опубликованная на сервере препринтов физики Arxiv в декабре и в настоящее время рассматривается для публикации. Исследование команды показывает, насколько быстро может произойти катастрофическое столкновение, если операторы спутников потеряют способность маневрировать – будь то из-за солнечная буряа сбой программного обеспеченияили какой-то другой катастрофический сбой.

Чтобы внести ясность, говорят ученые из CRASH Clock, низкая околоземная орбита не станет новым царством столкновений, которое скоро станет непригодным для использования. Но то, что они показали, согласуется с недавние исследования и общественный резонансзаключается в том, что текущая стабильность низкой околоземной орбиты требует совершенных решений со стороны ряда спутниковых операторов по всему миру каждый день. Несколько ошибок, сделанных не в то время и не в том месте на орбите, могут привести к хаосу.

Но самая большая скрытая угроза – это не всегда обломки, которые можно увидеть с земли или с помощью радиолокационных систем. Скорее, тысячи кусков мусора, слишком маленьких, чтобы их можно было отследить, но достаточно больших, чтобы нарушить работу спутника, в наши дни являются кошмаром спутниковых операторов.. Что еще хуже, SpaceX по сути, запирая одну из самых ценных высот своими Старлинк спутниковая мегагруппировка, заставляющая Китайские конкуренты будут летать выше сквозь облака старых обломков после столкновений осталось от предыдущих аварий.

IEEE-спектр поговорил с астрофизиками Сара Тиле (аспирант в Принстонский университет), Аарон Боли (профессор физики и астрономия в Университет Британской Колумбии в Ванкувере, Канада), и Саманта Лоулер (доцент кафедры астрономии Университет Регины в Саскачеване, Канада) об их новой статье и о том, насколько близки на самом деле спутники друг к другу и почему вы не можете увидеть большинство космический мусори что происходит с электросеть когда все на орбите выходит из строя сразу.

Измеряет ли CRASH Clock синдром Кесслераили что-то другое?

Сара Тиле: Многие люди утверждают, что мы говорим, что до синдрома Кесслера осталось несколько дней, но наша работа говорит не об этом. Мы не делаем никаких заявлений о том, что это безудержный каскад столкновений. Мы смотрим только на шкалу времени до первого столкновения — мы не моделируем вторичные или третичные столкновения. Часы CRASH показывают, насколько мы зависим от безошибочных операций, и являются индикатором стресса на орбитальной среде.

Аарон Боли: Многие люди представляют себе синдром Кесслера как очень быстрый побег, а на самом деле это то, на что могут уйти десятилетия, чтобы по-настоящему сформироваться.

Тиле: Последние статьи обнаружили, что высоты от 520 до 1000 километров уже достигли этого потенциального порога убегания. Даже в этом случае временные рамки того, насколько медленно это происходит, очень велики. Речь идет больше о том, имеется ли на данной высоте значительное количество объектов, из-за которых становится сложно контролировать распространение мусора.

Понимание последствий CRASH Clock

Что на самом деле означает приближение к нулю часов CRASH Clock?

Тиле: Часы CRASH предполагают, что никаких маневров произойти не может — это наихудший сценарий, когда произошло какое-то катастрофическое событие, такое как солнечная буря. Нулевое значение будет означать, что если вы потеряете способность маневрировать, вы, скорее всего, сразу же столкнетесь с столкновением. Можно достичь насыщения, когда любой маневр вызывает другой маневр, и у вас есть бесконечный рой маневров, где уклонение больше ничего не значит.

Боли: Я думаю о часах CRASH как об оценке стресса на орбите. Когда вы приближаетесь к нулю, вероятность ошибки становится очень низкой. Если произошел случайный взрыв — будь то взорванная батарея или обломки, попавшие в спутник, — риск побочных эффектов возрастает. Это не означает побега, но последствия могут быть все еще плохими с оперативной точки зрения. Это означает гораздо более высокие затраты – как экономические, так и экологические – поскольку компаниям приходится чаще заменять спутники. Чем больше запусков, тем больше спутников поднимается и падает. Орбитальный скоплениеатмосферный загрязнениевсе это усиливается.

Становятся ли работающие спутники друг для друга большей опасностью, чем обломки?

Боли: Самый большой риск на орбите — это смертоносные неотслеживаемые обломки — это средняя область, где вы не можете отследить их, они не вызовут взрыва, но могут вывести из строя космический корабль в случае попадания. Эта популяция очень велика по сравнению с тем, что мы на самом деле отслеживаем. Мы часто говорим о синдроме Кесслера с точки зрения плотности числа, но на самом деле, что также важно, так это область столкновения на орбите. Увеличивая площадь за счет количества активных спутников, вы увеличиваете вероятность взаимодействия с более мелкими обломками.

Саманта Лоулер: Starlink только что опубликовал отчет о соединении— они делают одно предотвращение столкновений маневрируют в среднем каждые две минуты в своем мегасозвездии.

В частности, орбита на высоте 550 километров плотно заполнена Старлинк спутники. Это правда?

Лоулер: То, что Starlink занял 550 км и заполнил его до очень высокой плотности, означает, что любой, кто хочет использовать орбиту с большей высотой, должен пройти через эту действительно плотную оболочку. Мегасозвездия Китая все они находятся на больших высотах, поэтому им приходится проходить через Starlink. Пару недель назад был заголовок о том, что спутник Starlink чуть не врезался в китайскую ракету. Эти проблемы происходят сейчас. Старлинк недавно объявлено они опускаются до высоты 350 км, переводя спутники на еще более низкие орбиты. На самом деле через это должен пройти каждый, в том числе и МКСвключая космонавты.

Тиле: 550 км имеет самую высокую плотность активной полезной нагрузки. Есть и другие орбиты, вызывающие беспокойство, около 800 километров — высота [2007] Испытание китайской противоспутниковой ракеты и [2009] Столкновение Космоса и Иридия. На высоте более 600 км атмосферному сопротивлению требуется очень много времени, чтобы сбить объекты. Ниже 600 км сопротивление действует как естественный механизм очистки. В полосе от 800 до 900 км много обломков, которые будут оставаться там веками.

Последствия столкновений на высоте 550 километров

Что произойдет, если произойдет столкновение на высоте 550 км? Станет ли эта орбита непригодной для использования?

Тиле: Нет, оно не станет непригодным для использования. Сценарий фильма «Гравитация». Любое катастрофическое столкновение – это резкий выброс обломков. Вы по-прежнему сможете использовать эту высоту, но ваши условия эксплуатации изменятся. Вам придется совершить гораздо больше маневров по предотвращению столкновений. Поскольку высота ниже 600 км, эти обломки упадут в течение нескольких лет. Но в то же время вы сталкиваетесь с гораздо большей опасностью, особенно потому, что на этой высоте самая высокая плотность спутников Starlink.

Лоулер: Я не знаю, как быстро Starlink сможет отреагировать на новые выбросы мусора. На то, чтобы отследить, каталогизировать и опубликовать обломки, уходят дни или недели. Я надеюсь, что у Starlink будет доступ к более быстрым услугам, потому что в то же время это очень большой риск.

Как солнечные бури повлияет на орбитальную безопасность?

Лоулер: Солнечные бури вызывают раздувание атмосферы — частицы высокой энергии врезаются в атмосферу. Сопротивление может измениться очень быстро. Во время Солнечная буря в мае 2024 годаорбитальная неопределенность составляла километры. Это ужасно, когда предметы движутся со скоростью 7 километров в секунду. Все маневрирует одновременно, что добавляет неопределенности. Вы хотите иметь право на ошибку и время на восстановление после события, которое меняет множество орбит. Мы вышли из солнечного максимумано в течение следующих нескольких лет, весьма вероятно, нас ждут еще более мощные солнечные бури.

Тиле: Риск столкновения в первые несколько дней солнечной бури намного выше, чем при нормальных условиях эксплуатации. Даже если вы все еще можете общаться со своим спутником, ваши позиции очень неопределенны, когда все движется из-за атмосферного сопротивления. Когда у вас высокая плотность объектов, вероятность столкновения становится намного более заметной.

Канадские и американские исследователи смоделировали орбиты спутников на низкой околоземной орбите, создав показатель CRASH Clock, который измеряет количество дней до того, как начнутся столкновения, если маневры по предотвращению столкновений прекратятся. Сара Тиле, Скай Р. Хейланд и др.

Между первым и вторым черновиками вашей статьи, которые были загружены на сервер препринтов, ваш ключевой показатель, результат CRASH Clock, был обновлен с 2,8 дней до 5,5 дней. Можете ли вы объяснить ревизию?

Тиле: Мы обновили игру, основываясь на отзывах сообщества, и это было превосходно. Новые цифры составляют 164 дня для 2018 года и 5,5 дней для 2025 года. Документ представлен и, надеюсь, будет принят. экспертная оценка.

Лоулер: Это был очень интересный процесс — разместить это на Arxiv и получить отзывы сообщества. У меня такое ощущение, что она почти прошла рецензирование — мы получили действительно хорошие отзывы от ведущих экспертов, которые улучшили статью. Сара поставила пометку «обратная связь приветствуется», и мы получили очень полезные отзывы. Иногда Интернет работает хорошо. Если вы думаете, что 5,5 дней — это нормально, а 2,8 дня — нет, вы упустили суть статьи.

Тиле: Статья носит весьма междисциплинарный характер. Я надеялся объединить астрофизиков, операторов отрасли и политиков — дать людям структуру для оценки космической безопасности. Все эти разные заинтересованные стороны используют пространство по разным причинам, поэтому работа, имеющая междисциплинарную связь, может положить начало диалогу между этими разными областями.