Екологи темного неба

Навчання 02 серпня 2022 Перегляди: 64

Вдивляючись у нічне небо, ми з радістю відзначаємо кожен супутник, який пролітає на тлі нерухомих зірок. Але останнім часом радості поменшало: ще трохи — і на орбіті опиниться стільки апаратів, що ми ризикуємо зовсім забути, як виглядає чисте нічне небо.

У космосі стає тісно. Сучасні супутники легкі і компактні, тож їх відправляють на орбіту десятками за один запуск (рекорд становить 83 апарати). Та й вартість виведення в останні роки впала завдяки агресивним і успішним діям компанії SpaceX. Навантажуючи свої багаторазові ракети-носії, вона швидко нарощує флотилію для майбутньої власної системи Starlink. Перші 60 апаратів були доставлені на орбіту навесні 2019 року, а до середини літа 2020-го їх число наблизилося до 600. Планується, що на початку 2022 року, коли Starlink почне надавати послуги глобального супутникового доступу в інтернет, угруповання досягне 1600 апаратів — і продовжить рости. На наступних етапах розвитку системи їх кількість збільшиться до 12 000, а потім і до 42 000.

Не дрімають і конкуренти Starlink: заради широкосмугового доступу в Мережу на орбіті повинні бути розгорнуті тисячі нових супутників OneWeb, Amazon Kuiper і Telesat. Їх вітчизняний аналог, система «Сфера», до 2030 року налічуватиме близько 640 апаратів. Але саме Starlink, як перший, наймасштабніший і найамбітніший з таких проектів, зробився головним об’єктом критики з боку багатьох астрономів. Вчені складають звернення, виступають у соціальних мережах і з публічними лекціями, а петиція «Зупиніть SpaceX» на порталі Change.org набрала вже майже 20 тис. підписів. Її автори посилаються на 9-ту статтю міжнародного Договору про космос, який свідчить, що якщо активність створює «шкідливі перешкоди діяльності в справі мирного дослідження і використання космічного простору», то з цього приводу потрібно як мінімум провести міжнародні консультації.

Всі нові супутники Starlink повинні оснащуватися системою VisorSat — напівпрозорими панелями, що затемнюють панелі сонячних батарей і антени — частини космічних апаратів, які блищать особливо яскраво

Встановлення проблеми

До порівняно недавнього часу розробники супутників навряд чи думали такими великими масштабами. За всю історію космонавтики на орбіту було виведено близько 9000 апаратів, з яких сьогодні там залишається трохи більше 5000. Серед них зустрічаються досить великі флотилії: скажімо, компанія Planet Labs експлуатує більше 200 супутників дистанційного зондування Землі, Intelsat використовує 60 телекомунікаційних апаратів, а системи навігації GPS, Galileo і ГЛОНАСС — плюс-мінус по 24: всі не такі величезні цифри.

Відблиски всіх цих супутників, безумовно, впливають на роботу наземних телескопів. Однак їх траєкторії легко передбачати і враховувати при проведенні спостережень. До того ж більшість з цих супутників знаходяться досить далеко (на геостаціонарній орбіті) або близько (на низькій навколоземній), де не надто заважають чутливим інструментам. На відміну від них, орбіти Starlink пролягають на незручній висоті близько 550 км. За існуючими оцінками, блиск апаратів на цій орбіті досягає + 5 зоряної величини — яскравішої більшості об’єктів на небі. Більше того, розрахувати заздалегідь точне положення кожного учасника багатотисячного угруповання навряд чи вийде: траєкторії Starlink будуть постійно коректуватися для запобігання зіткнень з іншими супутниками і космічним сміттям. Коли флотилія досягне мінімальної робочої чисельності, вона рухатиметься 72 «складами» по 22 супутники в кожному, перекреслюючи темне небо сяючими пунктирами.

Ентузіасти з різних країн вже діляться один з одним такими знімками — першими свідченнями того, що вже через пару років швидкісний інтернет буде доступний практично в будь-якій точці планети. Однак астрономи розглядають ці фотографії без особливої радості: вони мають всі підстави вважати, що вже незабаром супутники сильно ускладнять спостереження, а для телескопів з широким полем зроблять їх і зовсім неможливими. У SpaceX погоджуються і запевняють, що повністю поділяють побоювання вчених. «Так чи інакше, але ми доб’ємося того, щоб Starlink не заважав новим відкриттям і не впливав на вигляд нічного неба», — написав Ілон Маск у своєму мікроблозі на Twitter. Однак кластерні запуски нових супутників тривають.

Супутники Starlink на знімку Міжамериканської обсерваторії Серро-Тололо (CTIO). Фото зроблене 18 листопада 2019 року

Технічні рішення

Таке протиріччя не могло не привернути уваги петербуржця Влада Пашковського. Закінчивши Університет телекомунікацій імені професора Бонч-Бруєвича, він не тільки працював за інженерною спеціальністю, а й керував командою, яка займалася вирішенням різних соціальних конфліктів — наприклад, допомагаючи спільнотам жителів відстоювати свої інтереси в суперечках з будівельними компаніями. Не дивно, що проблема світлового забруднення виявилася однією з «гарячих точок», які мимоволі привернули увагу Влада. «Спроби просто примирити протилежні позиції не завжди дають довготривалий ефект, — сказав він в інтерв’ю» ПМ «. — Я мислю як інженер, тому впевнений, що завжди надійно працюють тільки технічні рішення».

«Темне небо дозволяє бачити Всесвіт, тому людство потребує темряви, — продовжує Влад. — Крім того, його потребують і перспективні канали оптичного зв» язку, які працюватимуть у тому числі і у видимому діапазоні «. Але з цим конфліктує потреба людей у освітленні, благо з поширенням світлодіодів воно зробилося по — справжньому дешевим. Примирити ці інтереси дозволяє концепція DarkSkyProtector, над якою Влад Пашковський і Станіслав Карпіков працюють з 2019 року. Ідея полягає в тому, щоб синхронізувати роботу освітлення в глобальному масштабі. Увімкнені світлодіоди не випускають постійний потік, а мерехтять з частотою від 300 Гц і вище. Така пульсація недоступна людському зору, однак для техніки її може бути достатньо.

Якщо всі освітлювальні прилади будуть спалахувати і гаснути одночасно, то ми як і раніше нічого не помітимо, але телескопи і лазери, включаючись строго в потрібні проміжки часу, зможуть користуватися цими мілісекундами темряви, стежачи за небом або передаючи пакети даних. Звичайно, DarkSkyProtector вимагатиме масової модернізації не тільки телескопів, але і ламп і цілих систем освітлення, так що навряд чи варто очікувати швидкого впровадження технології. Тому інший проект Пашковського і Карпікова націлений на більш доступне джерело забруднення — супутники. «StealthTransit встановлюється на телескоп і закриває камеру швидким затвором щоразу, коли космічний апарат проходить через поле зору, — пояснює Влад. — Для цього система постійно отримує з Мережі телеметричні дані служб, які стежать за рухом супутників на орбіті. Поки затвор працює, фотоматриця камери залишається в режимі накопичення. Це дозволяє відсікати супутники, не пошкоджуючи зображення і не вносячи перешкод «.

Наприкінці червня 2020 року Американське астрономічне товариство (AAS) опублікувало установчий документ щодо заходів для захисту від навколоземних супутників. Серед рекомендованих коштів у ньому розповідається і про систему StealthTransit

Стратегічні рішення

Інженери проектують різні варіанти реалізації системи StealthTransit — як для приватних користувачів, ентузіастів астрономії, які зможуть купувати готові комплекти або програмне забезпечення для своїх телескопів, так і для великих обсерваторій. Вчені з Кавказької гірської обсерваторії ГАІШ МДУ вже висловили зацікавленість у випробуваннях системи на своїх інструментах. «Хоча технологія і захищена патентом, це швидше лайфхак, простий і швидкий у втіленні, — говорить Пашковський. — Його важко назвати остаточним стратегічним рішенням. Але знайти таке рішення рано чи пізно доведеться: альтернативи супутниковому інтернету у людства все одно немає «.

«За моїми оцінками, StealthTransit знімає проблему не менш ніж на 50%, — говорить Влад, — але, коли кількість супутників досягне десятків тисяч, такої системи буде недостатньо». Для остаточного вирішення конфлікту потрібні технічні заходи на боці самих операторів супутникового зв’язку — наприклад, збільшення інтервалів між проходженнями апаратів. Можливо, їм варто також і компенсувати витрати обсерваторій на адаптацію телескопів до нових реалій спостережень.

Система StealthTransit автоматично відстежує супутники, що проходять через поле телескопа, і тимчасово закриває окуляр, дозволяючи відновити спостереження, як тільки апарати видаляться

Не можна сказати, що творці орбітальних флотилій цього не розуміють. SpaceX почала консультації з ученими з американської Національної радіоастрономічної обсерваторії (NRAO) і вже випробувала в польоті апарат з експериментальним затемнюючим покриттям. Крім того, один із супутників, що стартували в червні 2020 року, оснащений експериментальною системою світлопоглинаючих панелей VisorSat. Зроблені з темного, але прозорого для радіохвиль пластику, вони повинні затіняти блискучі частини апарату (антени і панелі сонячних батарей) від попадання прямих променів Сонця. Очікується, що завдяки цьому видима яскравість супутників не буде перевищувати 7-ї зоряної величини, і вони стануть практично невидимі неозброєним оком.

А поговорити?

Однак і це рішення навряд чи можна назвати остаточним. Навіть якщо SpaceX повністю виконає свої обіцянки і вже незабаром всі апарати Starlink будуть оснащені засобами затемнення, ніхто не гарантує, що до цього прикладу підуть інші розробники. Незважаючи на цитати з Договору про космос, у астрономічної спільноти не існує реальних юридичних інструментів, що дозволяють вплинути на цю ситуацію. Схоже, доведеться домовлятися з бізнесом для виходу з конфлікту. Голова Міжнародної асоціації темного неба (IDA) Раскін Хартлі вже озвучив умови можливої «мирової угоди». У 2019 році, виступаючи на конференції Американського товариства астрофізики (AAS), Хартлі перерахував пункти, які можуть забезпечити довготривале і стратегічне вирішення проблеми. Згідно з його пропозиціями яскравість всіх виведених на орбіту апаратів повинна залишатися нижче рівня, доступного неозброєному оку (хоча можливі і винятки). Крім того, оператори зобов’язані надавати повну та оперативну інформацію про їх запуски та орбітальний рух. Нарешті, Хартлі закликає бізнес усвідомити спільну відповідальність за стан зоряного неба і діяти відповідно. Поки технічного вирішення проблеми немає. Залишається сподіватися, що сторони домовляться хоча б на словах.