Непередбачувана сонячна активність змушує супутники падати на Землю

Минулого тижня в атмосфері Землі згоріли три крихітні австралійські супутники космічної програми Binar Університету Кертіна. Це завжди мало статися. Насправді Binar означає «вогняна куля» на мові нунгарів, корінних жителів Перту. Коли супутник перебуває на низькій навколоземній орбіті (2 000 км або менше), він зазнає орбітального розпаду, коли він наближається до поверхні, і врешті-решт згорає.

Але ці кубічні супутники (CubeSat), відомі як Binar-2, 3 і 4, увійшли в атмосферу набагато раніше, ніж планувалося спочатку. Вони пропрацювали лише два місяці — третина від очікуваного терміну. Це значно скоротило дорогоцінний час для науки і тестування нових систем.

У чому причина їх передчасної загибелі? Наше Сонце перейшло на підвищену потужність, і супутники Binar — далеко не єдина його жертва. Нещодавня висока сонячна активність стала несподіваним головним болем для супутникових операторів в останні кілька років, і вона лише посилюється.

Чому Сонце таке активне?

Сонячна активність включає в себе такі явища, як сонячні плями, сонячні спалахи і сонячний вітер — потік заряджених частинок, який рухається до Землі. Ця активність є продуктом постійно мінливого магнітного поля Сонця, і приблизно кожні 11 років воно повністю змінюється. У середині цього циклу сонячна активність є найвищою.

Хоча цей цикл відомий, конкретну сонячну активність важко передбачити — динаміка складна, а прогнозування сонячної активності перебуває в зародковому стані. В останні кілька місяців показники сонячної активності більш ніж у півтора раза перевищували прогнози для цієї точки поточного циклу, позначеного як 25-й сонячний цикл.

Вплив космічної погоди

Космічна погода — це вплив на навколишнє середовище, який походить ззовні нашої атмосфери (здебільшого від Сонця). Вона впливає на нас на Землі різними помітними і непомітними способами.

Найочевиднішим є наявність полярних сяйв. В останні кілька місяців полярні сяйва спостерігаються набагато інтенсивніше і ближче до екватора, ніж за останні два десятиліття. Це прямий результат підвищеної сонячної активності. Космічна погода, і сонячна активність зокрема, також створює додаткові виклики для супутників і супутникових операторів.

Підвищена сонячна активність означає більше сонячних спалахів і сильніший сонячний вітер, що призводить до збільшення потоку заряджених частинок, які можуть пошкодити або вивести з ладу електричні компоненти на супутниках. Це також означає збільшення іонізуючого випромінювання, що призводить до збільшення дози опромінення для астронавтів і пілотів, а також до потенційних перебоїв у дальньому радіозв’язку.

Але для супутників на низькій навколоземній орбіті найпослідовнішим наслідком сонячної активності є те, що додаткова енергія поглинається зовнішньою атмосферою, що призводить до її роздування назовні.

В результаті всі супутники, що знаходяться на відстані менше 1000 км від Землі, відчувають значне збільшення атмосферного опору. Це сила, яка порушує їхню орбіту і змушує їх падати до поверхні планети. До помітних супутників у цьому регіоні належать Міжнародна космічна станція та сузір’я Starlink. Ці супутники мають двигуни для протидії цьому ефекту, але такі корекції можуть бути дорогими.

На низькій навколоземній орбіті також знаходиться багато університетських супутників, таких як Binar CubeSats. Кубічні супутники рідко обладнані інструментами, які можуть коригувати їхню висоту, тому вони повністю залежать від космічної погоди.

Що сталося з Binar?

Космічна програма Binar — це програма супутникових досліджень, що працює в Університеті Кертіна. Вона має на меті поглибити наше розуміння Сонячної системи та знизити бар’єр для роботи в космосі.

Програма розпочала роботу з першим супутником, Binar-1, у вересні 2021 року. Це сталося менш ніж за рік до початку 25-го сонячного циклу, коли сонячна активність була відносно низькою. За таких умов супутник розміром 10 см стартував на висоті 420 км і пропрацював на орбіті 364 дні.

Наступні місії програми — Binar-2, 3 і 4 — були трьома однаковими за розміром супутниками CubeSat. Очікувалося, що вони пропрацюють приблизно шість місяців завдяки додатковій площі поверхні від нових розгорнутих сонячних батарей і прогнозованому зростанню сонячної активності.

Натомість вони пропрацювали лише два місяці і згоріли. Хоча місії кубічних супутників відносно дешеві, передчасне завершення місії завжди буде дорого коштувати. Це ще більше стосується комерційних супутників, що підкреслює необхідність більш точного прогнозування космічної погоди. Хороша новина полягає в тому, що Сонце знову заспокоїться. Незважаючи на поточну несподівано високу сонячну активність, вона, ймовірно, сповільниться до 2026 року і, як очікується, повернеться до сонячного мінімуму в 2030 році.

Хоча це не було чітко визначеною метою місії, космічна програма Binar наочно продемонструвала драматичний вплив сонячної активності на космічні операції. Хоча передчасна втрата Binar-2, 3 і 4 була прикрою, робота над майбутніми місіями вже розпочалася. Очікується, що вони будуть запущені в набагато сприятливішу космічну погоду.