Angliškas posakis „house of cards“ (kortų namelis) – puikus vaizdinys, šiandien daugeliui pirmiausia primenantis „Netflix“ politinę dramą. Tačiau jo pirminė reikšmė – iš esmės nestabili sistema, kuri gali sugriūti nuo menkiausio sukrėtimo.
Būtent šį terminą savo naujame straipsnyje, paskelbtame arXiv kaip parengtinis leidinys, pavartojo Sarah Thiele – iš pradžių Britų Kolumbijos universiteto doktorantė, dabar dirbanti Princetone – ir jos bendraautoriai, apibūdindami dabartinę palydovų megažvaigždynų (megakonsteliacinių sistemų) padėtį žemųjų Žemės orbitų (LEO) erdvėje.
LEO megažvaigždynai: kortų namelis virš mūsų galvų
Autoriai turi rimtą pagrindą tokiai metaforai. Apskaičiuota, kad tarp visų žemųjų Žemės orbitos megažvaigždynų artimas prasilenkimas – kai du palydovai priartėja arčiau nei 1 kilometrą – įvyksta kas 22 sekundes. Vien tik „Starlink“ sistemoje toks priartėjimas fiksuojamas maždaug kas 11 minučių.
Kitas gerai žinomas „Starlink“ rodiklis – vidutiniškai kiekvienas iš tūkstančių šios sistemos palydovų per metus turi atlikti apie 41 manevrą, kad išvengtų susidūrimo su kitais orbitoje esančiais objektais.
Iš pirmo žvilgsnio tai gali atrodyti kaip gerai suprojektuota, efektyviai veikianti sistema, dirbanti taip, kaip ir numatyta. Tačiau bet kuris inžinierius pasakys, kad daugiausia problemų sukelia kraštiniai atvejai – reti, netipinėmis sąlygomis pasireiškiantys reiškiniai, kurie dažnai ir lemia sistemos žlugimą.
Saulės audros – pavojingas „kraštinis atvejis“
Straipsnio autoriai teigia, kad Saulės (geomagnetinės) audros yra vienas pagrindinių tokių pavojingų kraštinių atvejų palydovų megažvaigždynams.
Paprastai Saulės audros palydovų veikimą trikdo dviem pagrindiniais būdais.
1. Atmosferos įkaitimas ir didesnė trintis
Pirmiausia, Saulės audros įkaitina viršutinius atmosferos sluoksnius. Tai padidina atmosferos tankį ir trintį, todėl atsiranda didesnis palydovų stabdymas bei padidėja jų padėties neapibrėžtumas. Didesnė trintis verčia palydovus naudoti daugiau kuro orbitai palaikyti ir dažniau atlikti vengimo manevrus, jei kyla rizika, kad jų kelias gali susikirsti su kitais objektais.
Per vadinamąją „Gannon“ audrą 2024 m. gegužę (deja, ji pavadinta ne „Zeldos“ piktadario vardu), daugiau nei pusei visų žemųjų Žemės orbitos palydovų teko panaudoti bent dalį savo kuro tokio pobūdžio korekciniams manevrams.
2. Navigacijos ir ryšio sistemų sutrikimai
Antra – ir galbūt dar pavojingiau – Saulės audros gali išjungti ar smarkiai sutrikdyti pačių palydovų navigacijos ir ryšio sistemas. Tokiu atveju jie nebegali atlikti vengimo manevrų, o tai, kartu su padidėjusia trintimi ir orbitos neapibrėžtumu, gali sukelti neatidėliotiną katastrofą.
Kesslerio sindromas ir naujasis „CRASH“ laikrodis
Garsiausias tokios katastrofos scenarijus – Kesslerio sindromas, kai aplink Žemę susidariusi tanki nuolaužų „debesies“ zona padaro neįmanoma bet kokį naują startą į orbitą (ar toliau), nes nauji aparatai būtų greitai sunaikinti susidūrimų.
Vis dėlto Kesslerio sindromui išsivystyti prireiktų dešimtmečių. Norėdami parodyti, kokia neatidėliotina grėsmė gali kilti dėl Saulės audrų, straipsnio autoriai pasiūlė naują rodiklį – Collision Realization and Significant Harm (CRASH) Clock, pažodžiui – susidūrimo realizavimo ir reikšmingos žalos laikrodį.
Jų skaičiavimais, 2025 m. birželį, jei palydovų operatoriai staiga prarastų galimybę siųsti komandas vengimo manevrams, katastrofiškas susidūrimas įvyktų maždaug po 2,8 dienos.
Palyginimui, 2018 m., dar iki megažvaigždynų eros, toks pats scenarijus būtų reiškęs maždaug 121 dieną iki pirmos rimtos avarijos. Šis skirtumas aiškiai parodo, kodėl mokslininkai kelia aliarmą.
Dar labiau neramina tai, kad praradus palydovų kontrolę vos 24 valandoms, anot skaičiavimų, yra apie 30 procentų tikimybė, jog įvyks katastrofiškas susidūrimas. Toks įvykis galėtų tapti pradiniu tašku ilgam Kesslerio sindromo vystymuisi.
Trumpas perspėjimo laikas ir realaus laiko kontrolės būtinybė
Saulės audras sunku prognozuoti iš anksto – dažniausiai turime daugiausia vieną ar dvi dienas įspėjimo laiko. Net ir gavę perspėjimą, nelabai galime ką nors padaryti, išskyrus bandymus apsaugoti palydovus ir valdyti riziką.
Vis dėlto kintanti, audrų smarkiai sujaukta atmosfera reikalauja nuolatinio, realiu laiku veikiančio grįžtamojo ryšio ir kontrolės sistemų, kad palydovų valdymas būtų efektyvus. Jei ši realaus laiko kontrolė dingsta, anot straipsnio autorių, turime tik kelias dienas atkurti sistemų veikimą, kol visas „kortų namelis“ nepradeda griūti.
Istoriniai precedentai: nuo „Gannon“ iki Carringtono įvykio
Visa tai nėra teorinis išsigalvojimas. 2024 m. „Gannon“ audra buvo stipriausia per kelis dešimtmečius, tačiau žmonija jau yra patyrusi dar galingesnę – 1859 m. užfiksuotą Carringtono įvykį. Tai buvo stipriausia žinoma Saulės audra istorijoje.
Manoma, kad panašaus stiprumo audra šiandien ne tik smarkiai sutrikdytų elektros ir ryšių infrastruktūrą Žemėje, bet ir gerokai ilgesniam nei trijų dienų laikotarpiui atimtų galimybę kontroliuoti palydovus. Tai sudarytų sąlygas virtinei susidūrimų ir ilgalaikei erdvės šiukšlių krizei.
Vienas įvykis gali palikti žmoniją „pririštą“ prie Žemės
Iš esmės vienintelis itin stiprus Saulės audros epizodas – kurio analogą jau turime istoriniuose įrašuose – gali sugriauti mūsų palydovų infrastruktūrą ir ilgam laikui palikti žmoniją „įkalintą“ Žemėje, be realių galimybių vykdyti saugias kosmines misijas.
Toks scenarijus vargiai skamba patraukliai bet kuriam, besidominčiam kosmoso tyrinėjimais ir žmonijos ateitimi už Žemės ribų. Nors žemųjų Žemės orbitų megažvaigždynai suteikia didžiulį techninį ir ekonominį potencialą – nuo globalaus interneto iki stebėjimo sistemų – jie taip pat kelia ir labai rimtą riziką visoms ateities kosmoso programoms.
Reikia sąmoningų ir informuotų sprendimų
Vertinant galimą kainą – prarastą galimybę naudotis kosmosu ištisoms kartoms dėl vienos ypač stiprios Saulės audros – būtina priimti sprendimus remiantis kuo tikslesniu rizikos vertinimu.
Sarah Thiele ir jos kolegų darbas padeda tokį vertinimą atlikti. Jis ne tik pabrėžia būtinybę griežtinti orbitų valdymo taisykles bei gerinti tarptautinį koordinavimą, bet ir kviečia rimtai susimąstyti, kokia trapi šiuo metu yra mūsų erdvinė infrastruktūra – tikras „kortų namelis“ kosmose.
