«Карточный домик» — прекрасное выражение, которое сейчас, по-видимому, ассоциируется в первую очередь с политическим сериалом от Netflix. Однако его первоначальное значение — система, которая является фундаментально нестабильной. Этот термин также используют Сара Тиле, бывшая аспирантка Университета Британской Колумбии, а ныне работающая в Принстоне, и её соавторы для описания нашей нынешней системы мегасозвездия спутников в новой статье, доступной в препринте на arXiv.

У них есть много оснований для использования этого термина. Расчёты показывают, что во всех спутниковых мегасозвездиях на низкой околоземной орбите «близкое прохождение», определяемое как прохождение двух спутников друг мимо друга на расстоянии менее 1 км, происходит каждые 22 секунды. Даже если брать одни только спутники Starlink, то они сближаются один раз каждые 11 минут. Ещё один известный показатель Starlink заключается в том, что в среднем каждый из тысяч спутников должен выполнять 41 манёвр в год, чтобы не столкнуться с другими объектами на своей орбите.

Всё это может показаться эффективно спроектированной системой, работающей так, как и должно быть, но, как скажет вам любой инженер, «крайние случаи» — вещи, которые не происходят в типичной среде, — являются причиной большинства сбоев системы. Согласно статье, солнечные бури являются одним из потенциальных крайних случаев для спутниковых мегасозвездий. Обычно солнечные бури влияют на работу спутников двумя способами.

Во-первых, они нагревают атмосферу, вызывая увеличение сопротивления, а также неопределённость положения некоторых спутников. Увеличение сопротивления заставляет их использовать больше топлива для поддержания орбиты, а также для выполнения манёвров уклонения, если их траектория может пересечься с траекторией другого спутника. Во время геомагнитной бури мая 2024 года более половины всех спутников на низкой околоземной орбите были вынуждены потратить хотя бы часть своего топлива на эти манёвры по изменению положения.

Во-вторых, солнечные бури могут вывести из строя навигационные и коммуникационные системы самих спутников, что будет, пожалуй, ещё более разрушительно. Это лишит их способности маневрировать, чтобы уйти от опасности, и в сочетании с увеличенным сопротивлением и неопределённостью, вызванными нагретой атмосферой, может привести к мгновенной катастрофе.

Синдром Кесслера — самое известное воплощение этой катастрофы, при котором облако мусора вокруг Земли сделает невозможным безопасные запуски чего-либо на орбиту (или за её пределы). Но для полного воплощения синдрома Кесслера требуются десятилетия. Чтобы продемонстрировать актуальность проблемы, которую могут вызвать эти солнечные бури, авторы придумали новый показатель — часы реализации столкновения и значительного ущерба (CRASH) [Collision Realization and Significant Harm Clock].

Согласно их расчётам, по состоянию на июнь 2025 года, если операторы спутников утратят возможность отправлять команды на манёвры уклонения, примерно через 2,8 дня произойдёт катастрофическое столкновение. Сравните это со сроком в 121 день, который, по их расчётам, был актуален в 2018 году, до эры спутниковых мегасозвездий — и вы поймёте, почему они обеспокоены. Ещё более тревожным является тот факт, что если операторы потеряют контроль даже на 24 часа, вероятность катастрофического столкновения, которое может стать началом длительного процесса синдрома Кесслера, который растянется на десятилетия, составит 30%.

К сожалению, о солнечных бурях предупреждения заранее не приходят — о них становится известно только за день или два. И даже когда они происходят, мы не всегда можем что-то с ними поделать, кроме как пытаться защитить спутники, на которые они могут повлиять. Но динамичная среда, которую они создают в атмосфере, требует обратной связи и контроля в режиме реального времени для эффективного управления этими спутниками. Согласно статье, если этот контроль в режиме реального времени выйдет из строя, у нас будет всего несколько дней, чтобы восстановить его, прежде чем весь карточный домик рухнет.

И это не пустые домыслы. Геомагнитная буря мая 2024 года был самой сильной за последние десятилетия, но нам известен ещё более сильный катаклизм — событие Каррингтона 1859 года. Это был самый сильный солнечный шторм за всю историю наблюдений, и если бы подобное событие произошло сегодня, оно лишило бы нас возможности управлять нашими спутниками на гораздо более длительный срок, чем 3 дня. По сути, одно-единственное событие, которое уже имело прецедент в истории, может уничтожить нашу спутниковую инфраструктуру и оставить нас привязанными к Земле на всё обозримое будущее человечества.

Это не похоже на будущее, в котором хотели бы жить наши читатели. И хотя существует компромисс между использованием технических возможностей, которые дают нам спутниковые мегасозвездия на низкой околоземной орбите, и риском, который они представляют для будущих космических проектов, лучше всего реалистично оценивать эти риски. Когда речь идёт о потенциальной потере доступа к космосу на несколько поколений из-за одной особенно сильной солнечной бури, лучше всего принимать по крайней мере обоснованные решения, и эта статья, безусловно, стремится в этом помочь.