Часы до катастрофы: новое исследование показывает, как быстро орбита может стать непроходимой

Сколько времени потребуется спутникам, чтобы начать сталкиваться с космическим мусором и друг с другом, если они внезапно потеряют способность избегать столкновений?

Новое исследование показывает, что при нынешнем огромном количестве объектов, несущихся по земной орбите, первое столкновение может произойти менее чем за три дня. Это потенциально способно запустить опасную цепную реакцию (каскад столкновений), которая может быстро сделать пространство вокруг планеты непригодным для использования.

Исследование, опубликованное в онлайн-архиве препринтов arXiv, ещё не прошло рецензирование, предупреждают авторы, но оно поднимает серьёзные вопросы об устойчивости освоения космоса человечеством. Исследователи называют этот ожидаемый временной интервал до первого столкновения «Часами Судного дня» (Crash Clock). Они рассчитали его, запустив модель всех известных объектов в космосе и определив среднюю частоту столкновений для различных орбитальных областей при отсутствии манёвров уклонения.

Они выяснили, что в регионах низкой околоземной орбиты (НОО) на высоте около 500 километров, где находится большинство спутников мегасозвездий, таких как Starlink компании SpaceX, столкновение может произойти всего за 2,8 дня. Для сравнения команда провела идентичное моделирование с данными о количестве спутников и космического мусора на орбите по состоянию на 2018 год. В то время первое столкновение произошло бы через 128 дней, сообщила Space.com Саманта Лоулер, доцент астрономии Университета Реджайны в Канаде и один из авторов статьи.

«С 2018 года многое изменилось», — сказала Лоулер.

Идея о том, что спутники на орбите могут внезапно потерять способность избегать столкновений, — не научная фантастика. Каждый раз, когда Солнце выбрасывает в сторону Земли корональный выброс массы (КВМ) — облако намагниченной плазмы, — разреженная верхняя атмосфера нашей планеты становится плотнее. Спутники на НОО испытывают большее аэродинамическое сопротивление и замедляются, а их траектории становятся непредсказуемыми.

Например, в 2003 году, после «Хэллоуинской бури» — одного из самых интенсивных событий космической погоды за последние три десятилетия — операторы спутников потеряли возможность отслеживать положение своих аппаратов на несколько дней. В то время на орбите находилось несколько сотен рабочих спутников, и столкновения не произошло. При этом «Хэллоуинская буря» была лишь тенью того, на что способно Солнце. Более мощная солнечная буря, возможно, такая же сильная, как Кэррингтонское событие 1859 года (самая интенсивная зарегистрированная солнечная буря в истории человечества), будет утихать неделю или больше.

«В начале солнечной бури происходит огромный скачок плотности атмосферы, и объекты начинают „падать“ вниз», — объяснила Space.com Сара Тиле, исследователь астрофизики из Принстонского университета и ведущий автор статьи. «Пока ситуация не вернётся к норме, неопределённость в положении спутников достигает нескольких километров. Становится невозможно рассчитать, где объекты окажутся в будущем, а следовательно, невозможно предсказать столкновения и выполнить манёвры уклонения».

Данные «Часов Судного дня» показывают, что в 2018 году околоземное пространство, скорее всего, успело бы восстановиться после самой экстремальной солнечной бури до первого столкновения. Однако в 2025 году орбитальная авария была бы почти неизбежна. Такое столкновение создало бы тысячи обломков, угрожающих всему на своём пути, и потенциально запустило бы неостановимую цепь событий. С каждой последующей катастрофой поражённый регион орбиты становился бы всё опаснее — это кошмарный сценарий, известный как синдром Кесслера.

«2,8 дня — это среднее ожидаемое значение времени до первого столкновения», — уточнила Тиле. «Это вероятностная оценка. Мы не утверждаем, что это точно произойдёт ровно через это время. Это то, чего можно ожидать».

В настоящее время, по данным Европейского космического агентства, на орбите находится около 13 000 функционирующих спутников, а также более 43 500 единиц космического мусора (отработавшие спутники, ступени ракет и обломки столкновений), достаточно крупных, чтобы их можно было отслеживать. Эти объекты движутся вокруг планеты со скоростью около 7,8 километров в секунду, и их траектории часто пересекаются. Компании по мониторингу космической обстановки, Космическое командование США и другие агентства прогнозируют траектории спутников и предупреждают операторов о необходимости выполнения манёвров уклонения при опасном сближении. Starlink, безусловно крупнейшее на сегодня созвездие, насчитывающее около 9000 рабочих спутников, выполнил 145 000 манёвров уклонения за шесть месяцев до июля 2025 года, что эквивалентно примерно четырём манёврам на каждый спутник в месяц.

Однако мировая космическая отрасль далека от завершения развёртывания спутниковых созвездий. По оценкам аналитиков, к 2035 году на околоземную орбиту могут быть добавлены десятки тысяч новых спутников. Таким образом, в не столь отдалённом будущем ситуация может стать гораздо более опасной.

Лоулер и Тиле отказались оценить, насколько могут сократиться «Часы Судного дня», если спутников на орбите Земли станет в шесть или десять раз больше, чем сейчас.

По их словам, операторы спутников могут в некоторой степени повысить свои шансы пережить солнечный хаос, быстро сводя с орбиты старые аппараты и тщательно продумывая, сколько космических кораблей запускать на определённые высоты.

«То, что операторы спутников могут контролировать, — это количество спутников и их плотность», — сказала Лоулер.

Тиле добавила, что исследование подчёркивает, насколько хрупкой стала космическая среда всего за несколько лет.

«„Часы Судного дня“ показывают, насколько мы зависим от безошибочной работы систем», — сказала она. «Если всё работает так, как должно, и всегда, тогда мы в безопасности».

Рано или поздно, однако, произойдёт ещё одна солнечная буря масштаба Кэррингтона. Вопрос в том, будут ли к ней готовы операторы спутников. В 2025 году количество мировых космических запусков впервые в истории превысило 300, и отрасль не показывает признаков замедления. Эта гонка за освоение околоземного пространства, если не будет сопровождаться глобальными соглашениями по ограничению загрязнения орбит и созданию эффективных систем утилизации мусора, ведёт к точке невозврата. Исследование служит тревожным сигналом: наша технологическая инфраструктура в космосе построена на зыбком фундаменте, который одна мощная солнечная вспышка может обратить в хаос, отбросив развитие связи, навигации и наблюдения за Землёй на десятилетия назад.