Астрономический телескоп засёк 66-сантиметровый обломок разрушенного спутника на высоте 36 000 км
Учёные впервые применили астрономический радиотелескоп для детального отслеживания мелкого космического мусора на геостационарной орбите на высоте около 36 000 км. Специалисты зафиксировали фрагмент размером всего 66 см от взорвавшегося телекоммуникационного спутника Intelsat 33e и вычислили, что обломок совершает полный оборот вокруг своей оси за 15,6 секунды.
Коммерческий аппарат Intelsat 33e массой 6,6 тонны был запущен в 2016 году, а 19 октября 2024 года разрушился на геостационарной орбите. Наземные службы контроля зафиксировали около 500 крупных фрагментов, однако, по оценкам Отдела космического мусора ESA, в результате аварии образовалось около 16 000 частиц размером более 1 см. На высоте 36 000 км атмосфера практически отсутствует, поэтому неуправляемые обломки не сгорают и могут оставаться на орбите тысячи лет, создавая угрозу для действующих спутников.
Для обнаружения столь малого объекта на таком расстоянии исследователи использовали схему бистатического радара, при которой передатчик и приёмник разнесены на тысячи километров. Импульсы посылал радар Миллстоун-Хилл Лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института (MIT) возле Бостона, а отражённое эхо принимал 76-метровый радиотелескоп Ловелла в обсерватории Джодрелл-Бэнк в Великобритании. Разделение передатчика и приёмника позволило снизить общий уровень шума системы и существенно повысить её чувствительность без дополнительных финансовых затрат.
На расстоянии 36 000 км получить оптическую фотографию 50–60-сантиметрового обломка невозможно. Подобная обработка радарного сигнала позволяет не просто зафиксировать факт наличия космического мусора, а мгновенно определить точные физические параметры каждого фрагмента — его скорость, ускорение и траекторию, что необходимо для предотвращения столкновений с действующими спутниками.
Изображение 2 (Figure 2): Теоретическая модель (симуляция). Как алгоритм обработки должен «идеальным образом» обработать сигнал от двух разных обломков. Согласованный фильтр позволяет «отделить» слабый отражённый эхо-сигнал из мощного фона радиошумов. График 2(a) — Полный диапазон поиска: показывает теоретическую картинку отклика фильтра на широкий спектр возможных ускорений (от -10 до 10 м/с2). Из-за особенностей математической обработки сигнал от объектов даёт характерный узор с лучами (боковыми лепестками). График 2(b) — Увеличенный фрагмент: В приближении хорошо видно, что в центре находятся два чётких ярких пика. Первый объект находится в точке (0 м/с2, 0 м/с), а второй — в точке (0,15 м/с2, -1,3 м/с). Это демонстрация того, что фильтр способен разделять объекты, даже если они находятся близко друг к другу и движутся с разницей в скоростях.
Изображение 3: Результат обработки реального радарного сигнала показывает работу метода на практике при обработке реальных данных в момент времени 182,8 секунды от начала измерения. График 3(a) — Фактический результат фильтрации принятого радиолокационного эха. Синий — отфильтрованный шум, два красных сгустка — реальные отражения от двух обломков спутника. Цветовая шкала справа показывает мощность сигнала в децибелах (dB). График 3(b) — Выделение объектов на этапе обработки данных. Алгоритм кластеризации автоматически выявил центральные точки из графика 3(a) и передал их точные координатные маркеры (бирюзовый и синий).
Источник: D. Cerutti-Maori, C. Carloni, I. Maouloud, S. Mouret, F. Rosebrock, V. Karamanavis, F. Schlichthaber, J. Schroer
Из-за колоссального расстояния отражённый сигнал от 66-сантиметрового фрагмента оказался крайне слабым. По мере вращения обломка его грани отражали радиоволны с разной интенсивностью, создавая повторяющийся каждые 15,6 секунды паттерн изменений частоты и амплитуды. Объединив математические данные от множества отражений под разными углами, учёные сформировали профиль объекта по принципу работы медицинского компьютерного томографа, где вместо вращения сканера использовалось собственное вращение обломка.
Раньше для наблюдения за геостационарной орбитой применялись преимущественно оптические телескопы, однако радарные измерения дают важные дополнительные параметры: точную дальность, скорость и её изменение. Дополнительные наблюдения немецким космическим радаром TIRA (Tracking and Imaging Radar) в ноябре 2024 года также подтвердили способность радаров определять размеры и орбитальные параметры фрагментов облака Intelsat 33e размером 50–60 см, фиксируя до 5 объектов за 16 минут наблюдения.
Первые тестовые измерения фрагмента Intelsat 33e были проведены в феврале 2025 года, расшифровка данных заняла длительное время. Однако к 2026 году методику удалось модернизировать для обработки сигналов в режиме реального времени. В будущем объединение телескопа Ловелла с другими радиотелескопами и станциями связи в единую сеть позволит быстро выявлять новые облака обломков, рассчитывать их точные орбиты и предупреждать операторов спутников об опасности сближения.
Эксперимент доказал, что уже существующая научная инфраструктура для изучения галактик способна решать практические задачи защиты околоземного пространства. Использование бистатической радиолокации в связке с оптическими системами открывает возможность контролировать ранее невидимый мелкий мусор на геостационарной орбите и предотвращать каскадные столкновения космических аппаратов.
© iXBT
