Звездное затмение: как будет выглядеть небо в ближайшем будущем
В космосе становится тесно. Современные спутники легки и компактны, так что их отправляют на орбиту десятками за один запуск (рекорд составляет 83 аппарата). Да и стоимость выведения в последние годы упала благодаря агрессивным и успешным действиям компании SpaceX. Нагружая свои многоразовые ракеты-носители, она быстро наращивает флотилию для будущей собственной системы Starlink. Первые 60 аппаратов были доставлены на орбиту весной 2019 года, а к середине лета 2020-го их число приблизилось к 600. Планируется, что в начале 2022 года, когда Starlink начнет предоставлять услуги глобального спутникового доступа в интернет, группировка достигнет 1600 аппаратов — и продолжит расти. На следующих этапах развития системы их количество увеличится до 12 000, а затем и до 42 000.
Не дремлют и конкуренты Starlink: ради широкополосного доступа в Сеть на орбите должны быть развернуты тысячи новых спутников OneWeb, Amazon Kuiper и Telesat. Их отечественный аналог, система «Сфера», к 2030 году будет насчитывать около 640 аппаратов. Но именно Starlink, как первый, самый масштабный и амбициозный из таких проектов, сделался главным объектом критики со стороны многих астрономов. Ученые составляют обращения, выступают в социальных сетях и с публичными лекциями, а петиция «Остановите SpaceX» на портале Change. оrg набрала уже почти 20 тыс. подписей. Ее авторы ссылаются на 9-ю статью международного Договора о космосе, который гласит, что если активность создает «вредные помехи деятельности в деле мирного исследования и использования космического пространства», то на этот счет требуется как минимум провести международные консультации.
Все новые спутники Starlink должны оснащаться системой VisorSat — полупрозрачными панелями, затемняющими панели солнечных батарей и антенны — части космических аппаратов, которые блестят особенно ярко.
Постановка проблемы
До сравнительно недавнего времени разработчики спутников вряд ли думали такими большими масштабами. За всю историю космонавтики на орбиту было выведено около 9000 аппаратов, из которых сегодня там остается чуть больше 5000. Среди них встречаются довольно крупные флотилии: скажем, компания Planet Labs эксплуатирует больше 200 спутников дистанционного зондирования Земли, Intelsat использует 60 телекоммуникационных аппаратов, а системы навигации GPS, Galileo и ГЛОНАСС — плюс-минус по 24: все не такие громадные цифры.
Отблески всех этих спутников, безусловно, влияют на работу наземных телескопов. Однако их траектории легко предсказывать и учитывать при проведении наблюдений. К тому же большинство из этих спутников находятся достаточно далеко (на геостационарной орбите) или близко (на низкой околоземной), где не слишком мешают чувствительным инструментам. В отличие от них, орбиты Starlink пролегают на неудобной высоте около 550 км. По существующим оценкам, блеск аппаратов на этой орбите достигает +5 звездной величины — ярче подавляющего большинства объектов на небе. Более того, рассчитать заранее точное положение каждого участника многотысячной группировки вряд ли получится: траектории Starlink будут постоянно корректироваться для предотвращения столкновений с другими спутниками и космическим мусором. Когда флотилия достигнет минимальной рабочей численности, она будет двигаться 72 «составами» по 22 спутника в каждом, перечеркивая темное небо сияющими пунктирами.
Энтузиасты из разных стран уже делятся друг с другом такими снимками — первыми свидетельствами того, что уже через пару лет скоростной интернет будет доступен практически в любой точке планеты. Однако астрономы рассматривают эти фотографии без особой радости: они имеют все основания считать, что уже вскоре спутники сильно затруднят наблюдения, а для телескопов с широким полем сделают их и вовсе невозможными. В SpaceX соглашаются и уверяют, что полностью разделяют опасения ученых. «Так или иначе, но мы добьемся того, чтобы Starlink не мешал новым открытиям и не влиял на облик ночного неба», — написал Илон Маск в своем микроблоге на Twitter. Однако кластерные запуски новых спутников продолжаются.
Спутники Starlink на снимке Межамериканской обсерватории Серро-Тололо (CTIO). Фото сделано 18 ноября 2019 года.
Технические решения
Такое противоречие не могло не привлечь внимания петербуржца Влада Пашковского. Окончив Университет телекоммуникаций имени профессора Бонч-Бруевича, он не только работал по инженерной специальности, но и руководил командой, которая занималась разрешением различных социальных конфликтов — например, помогая сообществам жителей отстаивать свои интересы в спорах со строительными компаниями. Неудивительно, что проблема светового загрязнения оказалась одной из «горячих точек», которые невольно привлекли внимание Влада. «Попытки просто примирить противоположные позиции не всегда дают долговременный эффект, — сказал он в интервью «ПМ». — Я мыслю как инженер, поэтому уверен, что всегда надежно работают только технические решения».
«Темное небо позволяет видеть Вселенную, поэтому у человечества есть потребность в темноте, — продолжает Влад. — Кроме того, в ней нуждаются и перспективные каналы оптической связи, которые будут работать в том числе и в видимом диапазоне». Но с этим конфликтует потребность людей в освещении, благо с распространением светодиодов оно сделалось по‑настоящему дешевым. Примирить эти интересы позволяет концепция DarkSkyProtector, над которой Влад Пашковский и Станислав Карпиков работают с 2019 года. Идея состоит в том, чтобы синхронизировать работу освещения в глобальном масштабе. Включенные светодиоды не испускают постоянный поток, а мерцают с частотой от 300 Гц и выше. Такая пульсация недоступна человеческому зрению, однако для техники ее может быть достаточно.
В конце июня 2020 года Американское астрономическое общество (AAS) опубликовало установочный документ по мерам для защиты от околоземных спутников. В числе рекомендованных средств в нем рассказывается и о системе StealthTransit.
Если все осветительные приборы будут вспыхивать и гаснуть одновременно, то мы по-прежнему ничего не заметим, но телескопы и лазеры, включаясь строго в нужные промежутки времени, смогут пользоваться этими миллисекундами темноты, следя за небом или передавая пакеты данных. Конечно, DarkSkyProtector потребует массовой модернизации не только телескопов, но и ламп и целых систем освещения, так что вряд ли стоит ожидать быстрого внедрения технологии. Поэтому другой проект Пашковского и Карпикова нацелен на более доступный источник загрязнения — спутники. «StealthTransit устанавливается на телескоп и закрывает камеру быстрым затвором каждый раз, когда космический аппарат проходит через поле зрения, — поясняет Влад. — Для этого система постоянно получает из Сети телеметрические данные служб, которые следят за движением спутников на орбите. Пока затвор работает, фотоматрица камеры остается в режиме накопления. Это позволяет отсекать спутники, не повреждая изображения и не внося помех».
Стратегические решения
Инженеры проектируют различные варианты реализации системы StealthTransit — как для частных пользователей, энтузиастов астрономии, которые смогут приобретать готовые комплекты или программное обеспечение для своих телескопов, так и для больших обсерваторий. Ученые из Кавказской горной обсерватории ГАИШ МГУ уже выразили заинтересованность в испытаниях системы на своих инструментах. «Хотя технология и защищена патентом, это скорее лайфхак, простой и быстрый в воплощении, — говорит Пашковский. — Его трудно назвать окончательным стратегическим решением. Но найти такое решение рано или поздно придется: альтернативы спутниковому интернету у человечества все равно нет».
Система StealthTransit автоматически отслеживает проходящие через поле телескопа спутники и временно закрывает окуляр, позволяя возобновить наблюдения, как только аппараты удалятся.
«По моим оценкам, StealthTransit снимает проблему не менее чем на 50%, — говорит Влад, — но, когда количество спутников достигнет десятков тысяч, такой системы будет недостаточно». Для окончательного решения конфликта требуются технические меры на стороне самих операторов спутниковой связи — например, увеличение интервалов между прохождениями аппаратов. Возможно, им стоит также и компенсировать затраты обсерваторий на адаптацию телескопов к новым реалиям наблюдений.
Нельзя сказать, что создатели орбитальных флотилий этого не понимают. SpaceX начала консультации с учеными из американской Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) и уже испытала в полете аппарат с экспериментальным затемняющим покрытием. Кроме того, один из спутников, стартовавших в июне 2020 года, оснащен экспериментальной системой светопоглощающих панелей VisorSat. Сделанные из темного, но прозрачного для радиоволн пластика, они должны затенять блестящие части аппарата (антенны и панели солнечных батарей) от попадания прямых лучей Солнца. Ожидается, что благодаря этому видимая яркость спутников не будет превышать 7-й звездной величины, и они станут практически невидимы невооруженным глазом.
А поговорить?
Однако и это решение вряд ли можно назвать окончательным. Даже если SpaceX полностью выполнит свои обещания и уже вскоре все аппараты Starlink будут оснащены средствами затемнения, никто не гарантирует, что этому примеру последуют остальные разработчики. Несмотря на цитаты из Договора о космосе, у астрономического сообщества не существует реальных юридических инструментов, позволяющих повлиять на эту ситуацию. Похоже, придется договариваться с бизнесом для выхода из конфликта. Глава Международной ассоциации темного неба (IDA) Раскин Хартли уже озвучил условия возможного «мирового соглашения». В 2019 году, выступая на конференции Американского общества астрофизики (AAS), Хартли перечислил пункты, которые могут обеспечить долговременное и стратегическое решение проблемы. Согласно его предложениям яркость всех выводимых на орбиту аппаратов должна оставаться ниже уровня, доступного невооруженному глазу (хотя возможны и исключения). Кроме того, операторы обязаны предоставлять полную и оперативную информацию об их запусках и орбитальном движении. Наконец, Хартли призывает бизнес осознать общую ответственность за состояние звездного неба и действовать в соответствии. Пока технического решения проблемы нет. Остается надеяться, что стороны договорятся хотя бы на словах.
