Супутники Starlink можуть стати своєрідними датчиками верхніх шарів атмосфери Землі. Дослідники проаналізували орбітальні дані приблизно 1 200 апаратів Starlink і за їхньою поведінкою змогли оцінити зміни щільності атмосфери на висоті близько 482 кілометрів над поверхнею планети. Про це пише Sciencetimes.
Як Starlink допоможе досліджувати атмосферу?
Йдеться про регіон, який складно досліджувати безпосередньо. На таких висотах атмосфера вже надзвичайно розріджена, однак навіть невелика кількість газу здатна впливати на рух космічних апаратів.
Запропонований метод базується на аналізі атмосферного опору. Коли супутник рухається крізь залишки атмосфери, газ створює дуже слабке гальмування. Воно поступово змінює параметри орбіти апарата.
Саме ці крихітні зміни траєкторії дослідники можуть використовувати для визначення щільності атмосфери. Зібравши інформацію від великої кількості супутників, науковці змогли створити двовимірну карту термосфери – одного з найвищих шарів атмосфери Землі.
Особливо важливо, що отримані результати добре узгодилися з даними наукових супутників Swarm Європейського космічного агентства. Це свідчить про те, що інформація від комерційних супутників може доповнювати спеціалізовані наукові місії.
Чому навіть розріджена атмосфера важлива для супутників?
Може здаватися, що на висоті майже 500 кілометрів атмосфера вже не здатна суттєво впливати на космічні апарати. Насправді залишки газу на низькій навколоземній орбіті створюють опір, який поступово змінює рух супутників.
Коли щільність верхньої атмосфери збільшується, космічний апарат швидше втрачає орбітальну енергію. Через це його траєкторія може змінюватися, а висота орбіти – поступово зменшуватися.
Ситуацію додатково ускладнює космічна погода. Сонячна активність і геомагнітні бурі здатні нагрівати верхні шари атмосфери. Внаслідок цього вони розширюються, а щільність газу на висотах, де перебувають супутники, зростає. Для операторів супутників такі зміни мають практичне значення. Точніші дані про щільність атмосфери дозволяють краще прогнозувати зміни орбіт, планувати корекції траєкторій і оцінювати ризики небезпечного зближення космічних апаратів.
Це особливо актуально в умовах стрімкого збільшення кількості супутників на низькій навколоземній орбіті.
Чи можуть супутники Starlink повністю замінити наукові апарати?
Поки що ні. Використання Starlink для дослідження атмосфери має низку обмежень.
Метод значною мірою залежить від точності орбітальних даних. Крім атмосферного опору, на рух супутника впливають інші фактори. Дослідникам необхідно враховувати орієнтацію космічного апарата, особливості його конструкції та обладнання, а також інші сили, здатні змінювати траєкторію.
Є й інше обмеження – отримані дані дають лише часткову картину стану верхньої атмосфери. Дослідження було зосереджене на конкретній висоті близько 482 кілометрів, тоді як атмосферні умови змінюються залежно від місця, часу доби, сезону та рівня сонячної активності.
Тому одного набору даних від Starlink недостатньо для повного опису термосфери. Дослідникам доведеться продовжувати порівнювати отримані результати з інформацією від спеціалізованих наукових супутників. Такі порівняння допоможуть визначити точність нового методу та зрозуміти, наскільки надійно його можна використовувати для регулярного моніторингу атмосфери.
Що це змінить для безпеки космічних апаратів?
Результати показують потенціал комерційних супутникових угруповань як джерела наукових даних. Для цього не обов'язково встановлювати на кожен апарат спеціальні сенсори – інформацію можна отримувати, аналізуючи те, як супутники реагують на атмосферний опір.
Такий підхід може стати особливо цінним у майбутньому, коли низька навколоземна орбіта стане ще більш завантаженою. Кращі дані про стан верхньої атмосфери дозволять операторам точніше прогнозувати зміни орбіт і моменти повернення супутників в атмосферу. Вони також можуть допомогти планувати маневри та оцінювати ймовірність зіткнень між космічними апаратами.
Однак перетворення Starlink та інших комерційних супутникових угруповань на повноцінний інструмент космічної безпеки поки що потребує додаткових досліджень. Необхідні подальші перевірки, зіставлення з науковими місіями та розвиток методів обробки даних у режимі, наближеному до реального часу.
Якщо точність такого підходу підтвердиться, велика кількість комерційних супутників може виконувати неочікувану додаткову функцію – допомагати вченим стежити за атмосферою Землі та робити навколоземний космічний простір безпечнішим.