Астрономы и мегасозвездия учатся ладить друг с другом

Переиздано Платоном

Читают: 0

В последний раз, когда Патрисия Купер присутствовала на собрании Американского астрономического общества, она не была уверена, во что ввязывается.

Это был январь 2020 года, и Купер, в то время вице-президент SpaceX, согласился представлять компанию на групповой дискуссии на конференции, посвященной помехам, которые группировки спутников могут создать астрономам.

Эта дискуссия была вызвана первым запуском SpaceX 60 спутников Starlink чуть более шести месяцев назад, которые были широко видны в ночном небе и вызвали тревогу у астрономов, которые опасались того, что десятки тысяч таких спутников сделают с их наблюдениями. «Термин, который я постоянно слышала, был «в ров льва», — вспоминает она о подготовке к дискуссии. «Мы не знали, что будет: вилы, гнилые помидоры?»

Несмотря на общественный резонанс, подогреваемый социальными сетями, дискуссия на заседании Американского астрономического общества (ААС) была вежливой и конструктивной. «Это было предвестником того, как мы работаем сейчас», — сказал Купер, ныне консультант, во время сессии на последнем заседании AAS 10 января в Новом Орлеане.

За четыре года, прошедшие с момента этого первоначального обсуждения, астрономическое сообщество сотрудничало со SpaceX и другими компаниями над способами смягчения воздействия мегасозвездий на оптическую и радиоастрономию в ближайшем будущем, одновременно ища долгосрочные нормативные решения.

Разрушение печных труб

Проблема спутникового вмешательства в астрономию не решена, заявили астрономы на заседании AAS. «Есть и не очень хорошие новости, и некоторые хорошие новости», — сказала Конни Уокер, содиректор Центра защиты темного и тихого неба от помех созвездий спутников (CPS) Международного астрономического союза. Не очень хорошая новость, по ее словам, заключается в том, что количество спутников «растет в геометрической прогрессии».

«Хорошая новость заключается в том, что компании все больше осознают ситуацию», — продолжила она. «Некоторые из этих компаний готовы применить подходы к смягчению последствий, чтобы свести к минимуму уровень ниже седьмой магнитуды». Такая яркость делает спутники невидимыми для невооруженного глаза и снижает их воздействие на чувствительные астрономические инструменты.

Эти усилия стали результатом «большого всплеска академических исследований и технического анализа», сказал Купер, после первоначальных опасений по поводу Starlink. Большая часть этой работы координировалась CPS, созданной в 2022 году и работающей над разрушением дымовых труб, разделявших астрономическую и аэрокосмическую области. «Это часть работы, направленная на то, чтобы попытаться понять это, потому что это помогает нам перейти к конкретным шагам».

В SpaceX это означало работу над изменениями в конструкции спутников Starlink, чтобы уменьшить количество солнечного света, который они отражают на землю. Компания начала с экспериментального «DarkSat» с черной краской. «Просто покрась все в черный цвет, дурачок», — было одно из сообщений, которые мы получили», — вспоминает она. «Мы знали, что это не поможет решить проблемы с температурой».

SpaceX последовала за этим, выпустив VisorSats с козырьками, которые не позволяли солнечному свету достигать наиболее отражающих частей спутников. Более 4,500 спутников Starlink были оснащены этими козырьками, что, по ее словам, является важной вехой, которую некоторые не оценили. «Когда возникает ощущение, что компании не заинтересованы в своих обязательствах, возможно, неправомерно пропускать такие масштабные промышленные инвестиции».

Однако козырьки мешают лазерной межспутниковой связи на новых спутниках Starlink, поэтому SpaceX заменила их диэлектрическими зеркалами, которые прикрепляются к спутникам как наклейки, чтобы отражать солнечный свет от земли. Компания, добавила она, предлагает эти наклейки на зеркала, а также специальную черную краску по себестоимости другим компаниям. «Я видел несколько спутниковых компаний, которые этим занимаются».

Астрономы признают усилия, которые такие компании, как SpaceX, предпринимают на добровольной основе. «Чтобы внести ясность, промышленность не должна играть с нами хорошо», — сказала Келси Джонсон, астроном из Университета Вирджинии и президент ААС. «Они вложили реальное время, реальные деньги и усилия в работу с нами, хотя им это не нужно».

Уроки, извлеченные для Койпера

Хотя SpaceX, крупнейший оператор спутников, остается самой большой проблемой для астрономов, другие созвездия находятся в стадии разработки. Сюда входит проект Amazon Project Kuiper, который в октябре запустил свои первые два прототипа спутника KuiperSat и готовится к развертыванию группировки из более чем 3,200 космических аппаратов.

Крис Хофер, руководитель международной группы Project Kuiper в Amazon, заявил на встрече AAS, что компания следует по пути, проложенному Starlink в борьбе с астрономическими помехами. «Время возникновения этой проблемы для Amazon было удачным», — сказал он. «Мы все еще находились на стадии проектирования спутников».

По его словам, Amazon изначально разработала солнцезащитный козырек, подобный козырькам Starlink, но решила не заниматься этим. Сейчас компания работает с несколькими поставщиками диэлектрических зеркальных пленок. Компания установила эти зеркала на один из двух прототипов спутников, но оставила другой немодифицированным, чтобы проверить, насколько эффективным было это смягчение.

Астрономы следят за двумя спутниками KuiperSat с момента их запуска в октябре, но в январе Хофер заявил, что еще преждевременно оценивать, насколько хорошо он работает. Тем временем компания продвигала другие изменения в конструкции космических кораблей, чтобы уменьшить их яркость. «Мы уже вносим внутренние изменения и улучшения в солнечные панели и некоторые другие вещи, которые мы обнаруживаем», — сказал он.

Хофер — один из руководителей «отраслевого центра» CPS, который способствует сотрудничеству между астрономами и разработчиками спутников. «Есть золотая середина в том, когда уместно обратиться к компании», — сказал он, связавшись с ними после того, как они начали работу над дизайном спутников, но до того, как они перейдут в полномасштабное производство, и уже слишком поздно вносить изменения. .

Отсутствие правил

Хотя многие компании добровольно сотрудничают с астрономами, они не обязаны делать это. Особую озабоченность вызывают две китайские мегагруппировки, Guowang и G60 Starlink, которые в совокупности предполагают разместить на орбите 25,000 XNUMX спутников. Существует мало информации о том, какие меры (если таковые вообще предпринимаются) эти созвездия принимают для снижения своей яркости.

«Это тема, которую мы немного обсуждали в рамках CPS», — сказал Купер, когда его спросили об обсуждениях с китайскими созвездиями. «Роспотребнадзору придется разработать стратегию решения этой проблемы».

Даже внутри страны астрономы мало что могут сделать со спутниками, которые мешают их наблюдениям. Примером может служить BlueWalker 3, спутник для демонстрации технологий, запущенный компанией AST SpaceMobile в конце 2022 года. После того, как на нем была развернута большая фазированная антенная решетка, его яркость временами увеличивалась до нулевой звездной величины, что сравнимо с яркостью самых ярких звезд на ночном небе.

BlueWalker 3 — это прототип созвездия еще более крупных спутников. «В нормативно-правовой базе нет ничего, что могло бы помешать какой-либо компании запустить тысячи или десятки тысяч подобных спутников», — сказал Джонатан Макдауэлл из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. «Мы должны подумать о том, что будет дальше».

Кадр из видео, выпущенного SpaceX в сентябре, чтобы продемонстрировать диэлектрическую зеркальную пленку, добавленную к спутникам Starlink второго поколения для рассеивания солнечного света от Земли и уменьшения помех для наземной астрономии. Кредит: SpaceX через X

Любые правила, национальные или международные, направленные на борьбу с вмешательством спутниковых группировок в астрономию, потребуют долгосрочных усилий. Одна из проблем, по словам Ричарда Грина из Университета Аризоны, одного из руководителей политического центра CPS, заключается в выяснении того, какими должны быть эти правила в развивающейся отрасли.

«Мы не можем даже выступать за набор правил, таких как яркость 7.0 звездной величины, если ни одна компания не может достичь этой величины», — сказал он. «Нам нужен этап, на котором мы сможем каким-то образом систематизировать лучшие усилия и, в конечном итоге, ввести некоторые правила, которые можно будет соблюдать».

Были предприняты некоторые небольшие шаги, например, Федеральная комиссия по связи потребовала от лицензиатов некоторых созвездий заключить координационные соглашения с Национальным научным фондом о мерах по уменьшению помех в оптической и радиоастрономии. SpaceX заключила координационное соглашение с NSF в прошлом году, и Хофер сказал, что Amazon рассчитывает заключить аналогичное соглашение в этом году.

Международные усилия также продвигаются медленно. В прошлом году астрономы попытались включить этот пункт в повестку дня Комитета ООН по использованию космического пространства в мирных целях (КОПУОС), создав новую экспертную группу для изучения этой темы. КОПУОС действует на основе консенсуса, требуя от всех своих более ста государств-членов согласия включить эту тему на будущие встречи. Россия возразила, заявив, что не видит необходимости в новой экспертной группе, и предложение умерло.

Вместо этого астрономы придерживаются менее официального подхода: несколько стран созывают «Группу друзей» для поддержки дискуссий в КОПУОС. «Это своего рода правозащитная группа, частично находящаяся под эгидой ООН, которая собирается и проводит эти обсуждения», — сказал Райан Гульетта из Управления по вопросам космоса Государственного департамента на заседании AAS. «Надеюсь, цель состоит в том, чтобы внести это в процесс КОПУОС и создать этот пункт в повестке дня».

Грин сказал, что на данный момент основное внимание уделяется добровольному сотрудничеству с промышленностью. «Это можно сделать сейчас и задать весь тон дальнейшему развитию событий», — сказал он. «Лучшая отраслевая практика может стать ожиданием».

Как избежать кризисной усталости

Астрономы и инженеры космических аппаратов не решили проблему спутникового вмешательства в астрономию за последние четыре года. Но за тот же период небо не упало — и не было закрыто космическими кораблями — даже несмотря на то, что количество спутников резко увеличилось.

«Эта область созрела для усталости от кризиса», — сказал Джонсон, президент AAS. «Я думаю, что очень важно, чтобы мы старались, когда это возможно, думать об успехах, даже если они небольшие».

Эти успехи, по ее словам, включают в себя преданное ядро волонтеров, работающих над этой проблемой посредством таких усилий, как CPS, а также добровольное сотрудничество с промышленностью и координационные соглашения NSF.

«Это не панацея, и я не собираюсь утверждать, что это так, но это не пустяки», - сказал Джонсон о соглашениях NSF. «Иногда ничего лучше, чем ничего».

Однако ее комментарии проиллюстрировали двойственное отношение, которое многие астрономы до сих пор испытывают к спутниковым мегасозвездиям. Она признала, что связь, которую обещают предложить широкополосные мегасозвездия, принесет пользу обществу, отметив, что в заявлении о миссии AAS говорится, что организация будет «расширять и распространять научное понимание Вселенной человечеством».

«Если мы хотим, чтобы человечество участвовало в этом, ему нужен доступ к Интернету», — сказала она. «Мы должны быть привержены преодолению цифрового неравенства».

Однако она задалась вопросом, являются ли мегасозвездия, как они задуманы, лучшим способом сделать это. «Преодоление цифрового неравенства не требует десятков или сотен тысяч спутников», — сказала она, утверждая, что такие системы будут использоваться в основном для развлечений — так же, как и любая другая потребительская сеть. «Для меня это говорит о том, что мы движемся к антиутопическому будущему, где мы потеряли доступ к вселенной, чтобы люди могли сидеть в своих гостиных и смотреть экран на стене».

Купер мягко отверг эти аргументы. «Эти системы имеют ценность. Это не просто неприятности», — сказала она, отметив интерес правительств к созвездиям для удовлетворения своих собственных нужд.

«Я собираюсь дать отпор обреченности и мраку, потому что это парализует вас», — добавила она. «Что нам действительно нужно сделать, так это посмотреть, какие вещи возможны и какие шаги нам нужно сделать, чтобы этого добиться».

Она пришла к выводу, что усилия по решению проблемы вмешательства спутниковых группировок в астрономию все еще находятся на ранней стадии. «Неудивительно, что мы не решили эту проблему уже четыре с половиной года. Я не думала, что мы это сделаем», — сказала она. «Для меня главное внимание не на призыве к тревоге, а на пути к сосуществованию».

Эта статья впервые появилась в февральском номере журнала SpaceNews за 2024 год.