Подальший викид парникових газів в атмосферу Землі може збільшити тривалість існування космічного сміття на низькій навколоземній орбіті, йдеться в новому дослідженні. За сценарієм високих викидів це може призвести до різкого скорочення кількості супутників, які зможуть безпечно працювати на низькій навколоземній орбіті до 2100 року. Це значно обмежить можливості людства запускати нові апарати, оскільки неконтрольовані зіткнення можуть спричинити ефект Кесслера – лавиноподібне збільшення кількості уламків у космосі.
“Зміни клімату та накопичення орбітального сміття є двома нагальними глобальними проблемами, що потребують спільних дій”, – пише команда під керівництвом авіаційного інженера Вільяма Паркера з Массачусетського технологічного інституту (MIT). “Розуміння впливу природного середовища на нашу здатність діяти на низькій навколоземній орбіті є критично важливим для її захисту для майбутніх поколінь”.
Попри те, що космос величезний, область навколо Землі, придатна для супутникових операцій, обмежена. Є певна межа кількості об’єктів, які можна розмістити на висотах від 200 до 1 000 км, перш ніж обставини стануть небезпечними. При перевищенні цієї межі зіткнення стають неминучими. Внаслідок зіткнень супутники та уламки розпадаються на дрібніші частини, які хаотично рухаються орбітою, підвищуючи ризик нових зіткнень та роблячи космос ще менш стабільним. Це явище відоме як синдром Кесслера.
Одним із факторів, що впливає на місткість низької навколоземної орбіти, є стан атмосфери Землі. Наприклад, під час сонячного максимуму, коли Сонце випромінює більше енергії, атмосфера розширюється, створюючи додатковий опір для супутників, що змушує їх швидше сходити з орбіти.
Сучасний стан клімату Землі є безпрецедентним. Вплив антропогенних парникових газів на низьку навколоземну орбіту раніше не досліджувався детально. Відомо, що ці гази сприяють скороченню термосфери – шару атмосфери на висоті 85–600 км. Паркер і його колеги вирішили заповнити цю прогалину в знаннях. Вони використали атмосферне моделювання для визначення максимальної кількості супутників, яку низька навколоземна орбіта зможе витримати у 2100 році за різних сценаріїв викидів.
Як парникові гази загрожують низькій навколоземній орбіті
Міжнародна космічна станція обертається на висоті 370–460 км
Згідно з дослідженням, зменшення щільності термосфери через зростання парникових викидів також знижує опір, що його відчувають супутники. Атмосферний опір діє на супутники як гальмуюча сила, поступово знижуючи їхню висоту. Функціональним супутникам потрібна корекція орбіти, тому менший опір – це позитивний фактор. Але цей же опір допомагає космічному сміттю поступово сходити з орбіти та згоряти в атмосфері.
Коли супутник виходить з ладу, інженери розраховують на те, що атмосферний опір зрештою приведе його до входу в атмосферу, де він безпечно згорить. Однак, якщо опір зменшиться, цей процес займе значно більше часу, залишаючи нефункціональні супутники на орбіті, де вони створюватимуть загрозу для інших об’єктів. За їхньою моделлю, при середньому та високому рівнях викидів вуглекислого газу кількість супутників, що сходять з орбіти, різко зменшиться. Це призведе до накопичення космічного сміття і обмежить можливість запуску нових супутників.
У найгіршому сценарії до 2100 року в діапазоні висот 400–1 000 км відбудеться скорочення місткості орбіти на 60% під час сонячного максимуму і на 82% під час сонячного мінімуму.
Поки що ми не досягли межі ефекту Кесслера. За розрахунками команди, на найнижчих орбітах можуть безпечно працювати мільйони супутників, не викликаючи нестабільності. Станом на сьогодні в орбіті Землі знаходиться 11 901 супутник і приблизно 20 000 уламків космічного сміття. Але з огляду на швидке зростання кількості супутників, дослідники попереджають, що варто замислитися над цією проблемою вже зараз.
“З урахуванням останніх тенденцій до масового запуску супутникових мегасузір’їв, необхідно розуміти вплив змін довкілля на сталу діяльність у космосі, щоб запобігти надмірному використанню низької навколоземної орбіти”, – пишуть вони. Дослідження опубліковано в журналі Nature Sustainability.