Спутниковые группировки могут запустить неконтролируемый рост космического мусора
Спутниковые группировки могут достигать критического размера, после которого столкновения начнут приводить к неконтролируемому росту космического мусора. К такому выводу пришёл Хью Льюис из Бирмингемского университета, разработав математическую модель для оценки устойчивости крупных группировок спутников.
На сегодняшний день на орбиту Земли выведено около 30 000 спутников. В последние пять лет их количество быстро растёт из-за развития коммерческих спутниковых сетей, предназначенных прежде всего для предоставления интернет-доступа и других услуг. Регуляторы уже получили заявки более чем на миллион новых аппаратов, а при реализации всех существующих планов общее количество спутников в группировках может достичь примерно 1,7 миллиона.
Столкновение спутников способно разрушить аппараты и создать тысячи обломков. Каждый из них может стать причиной новых столкновений, запуская цепную реакцию. При этом существующие оценки безопасности в основном рассматривают риск для отдельных спутников и недостаточно учитывают совокупный эффект от целых группировок.
Для оценки этого риска Льюис создал математическую модель, которая рассчитывает частоту прохождения спутников и обломков через определённые области космоса. В расчётах учитывались способность аппаратов уклоняться от столкновений и скорость, с которой спутники после завершения эксплуатации покидают орбиту. Модель была применена к 16 спутниковым группировкам, находящимся на разных стадиях разработки или уже работающим на орбите.
Шесть из 16 группировок превысили критический порог, после которого количество космического мусора может расти без контроля. В их число вошли крупные проекты США и Китая. Ещё три группировки оказались в промежуточной нестабильной зоне, где мусор продолжает накапливаться, хотя процесс ещё не переходит в неконтролируемый режим.
Опасность зависит не только от количества спутников. В одной из группировок, насчитывающей всего несколько сотен аппаратов, нестабильность возникла из-за особенностей расположения орбит. Другая группа небольших спутников оказалась подвержена быстрому накоплению обломков из-за отсутствия двигателей для маневрирования и предотвращения столкновений.
По расчётам исследователя, часть рисков можно снизить изменением конструкции спутников. Например, увеличение аэродинамического сопротивления позволит аппаратам быстрее сходить с орбиты после завершения работы. Продление срока эксплуатации также может уменьшить количество запусков новых спутников для замены вышедших из строя.
Исследователь предлагает использовать подобную оценку ещё до запуска новых группировок. Это позволит заранее определить проекты, способные создать повышенный риск образования космического мусора, и установить требования к их конструкции и эксплуатации.
Работа показывает, что при дальнейшем росте числа спутников безопасность орбитального пространства необходимо оценивать не только для отдельных аппаратов, но и для группировок в целом. Без дополнительных требований некоторые из них могут перейти порог, после которого столкновения и образование обломков начнут усиливать друг друга.
Исследование на сервере препринтов arXiv.