Парниковые газы угрожают будущему спутников на околоземных орбитах

Космос велик, но его объем вокруг Земли, который мы можем использовать для работы спутников, довольно ограничен. Мы можем разместить там только ограниченное число объектов на высоте от 200 до 1000 километров, прежде чем риск их столкновения друг с другом не станет критическим.

В определенный момент в околоземном пространстве станет так тесно, что столкновения будут неизбежны; эти столкновения будут разбивать и дробить сталкивающиеся объекты, наполняя регион все большим количеством космического мусора, движущегося по неуправляемым и непредсказуемым траекториям, которые, в свою очередь, будут делать низкую околоземную орбиту все более и более нестабильной. Этот сценарий известен как каскад Кесслера (или синдром Кесслера).

О низком околоземном пространстве мы знаем: его вместительность зависит от факторов, влияющих на атмосферу Земли. Например, во время солнечного максимума, когда на Солнце бушуют вспышки и извержения, спутникам труднее удержаться в небе. Это происходит потому, что увеличение энергии Солнца раздувает атмосферу, увеличивая сопротивление, которое испытывают спутники на низкой околоземной орбите.

Последствия огромного объема антропогенных парниковых выбросов для низкой околоземной орбиты детально не изучались. Но мы знаем, что эти газы вызывают разряжение термосферы — слоя атмосферы между высотами примерно 85 и 600 километров.

Паркер и его коллеги использовали атмосферное моделирование и показали, что уменьшение плотности термосферы, уменьшает и сопротивление, испытываемое спутниками.

Сила сопротивления оказывает постоянное воздействие на спутники, в результате чего их высота постепенно уменьшается. Для исправного спутника это означает необходимость корректировки высоты, поэтому меньшее сопротивление — это хорошо. С другой стороны, сопротивление, которое испытывает космический мусор заставляет его медленно падать на Землю.

Если спутник отслужил свой срок, инженеры спокойно о нем забывают, потому что торможение в термосфере приведет к его падению в атмосферу Земли, где он безвредно сгорит. Но при уменьшении сопротивления этот процесс будет происходить гораздо дольше, в результате чего отслуживший свое спутник будет дольше находиться на низкой околоземной орбите, представляя опасность для других объектов.

Согласно модели, построенной учеными, умеренные или высокие выбросы углекислого газа резко сократят количество сходящих с орбиты спутников, оставляя низкую околоземную орбиту заполненной мусором и ограничивая возможность выводить новые спутники.

При наихудшем сценарии выбросов в диапазоне высот от 400 до 1000 километров к 2100 году произойдет 60-процентное снижение сопротивления в период солнечного максимума и 82-процентное снижение сопротивления в период солнечного минимума.

Мы еще не приблизились к состоянию, которое вызовет каскад Кесслера. Расчеты команды показывают, что миллионы спутников могут безопасно работать на низких орбитах, не вызывая каскад Кесслера. На момент написания статьи на околоземной орбите работает 11 901 спутник, и там же находится примерно 20 000 единиц космического мусора.

Но с учетом нынешних усилий по заполнению неба Земли роями спутников, нам стоит задуматься об этой проблеме до того, как она возникнет, говорят исследователи: «Учитывая стремительное увеличение числа спутников на низкой околоземной орбите, понимание изменчивости окружающей среды и ее влияния на устойчивую работу необходимо для предотвращения чрезмерной эксплуатации ближнего космоса».