Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!
Многие современные оптические телескопы (примерно с середины 2010-х), равно как и модернизированные системы более ранней постройки, полагаются на адаптивную оптику. Она позволяет скорректировать возмущения, которые земная атмосфера вносит в поток света. Это радикально повышает разрешающую способность инструментов, но при этом требует сложнейших технических решений. И не только специальных деформируемых зеркал.
Чтобы определить, как турбулентные потоки воздуха в атмосфере изменяют волновой фронт, нужен источник света с неизменными и хорошо известными характеристиками. Например, яркая звезда — тогда, анализируя поток ее излучения, можно определить параметры искажений и внести корректировки. Но подходящих звезд мало, так что секторы обзора для использующих подобный ориентир телескопов получаются ограниченными. Решение есть — не искать природные яркие звезды, а создавать их вручную. Называется это «лазерная опорная звезда».
Принцип прост: в «поле зрения» телескопа светит лазер, который возбуждает рассеянные в верхних слоях атмосферы атомы и заставляет их ярко светиться. Длина волны излучения выбирается исходя из необходимой высоты появления такой опорной звезды. В большинстве современных систем используют желтые лазеры (589,2 нанометра), возбуждающие атомы натрия, которых сравнительно много на высоте от 80 до 105 километров (мезосфера) — гораздо выше наиболее турбулентных слоев. Мощность излучателей измеряется десятками ватт, поэтому они обязательно автоматически отключаются, если луч может встретиться с самолетом или спутником.
В случае авиации все просто: большинство воздушных судов оснащаются ответчиками ADS-B. Автоматика просто должна отслеживать трафик по открытым каналам. Тем более что обсерватории размещаются в регионах, где авиасообщение и так не слишком оживленное. Со спутниками немного сложнее: их орбитальные параметры непрерывно меняются, и нужно регулярно обновлять эфемериды. База данных для мониторинга объектов в околоземном пространстве, которые лучше не засвечивать лазером, называется Laser ClearingHouse (LCH). Ее используют не только астрономы, но и военные: они тоже иногда стреляют мощными лазерами куда-то туда. И если на пути луча оказывается не попавший в каталог спутник, то это уже его проблемы.
Как именно выглядят спутники Starlink второго поколения пока не до конца ясно. Номинально, первый их запуск состоялся в декабре 2022 года, но аппараты под обтекателем, судя по официальной онлайн-трансляции, визуально не отличались от поколения 1,5. Изначально предполагалось, что полноценное масштабное обновление «железа» группировки произойдет вместе с вводом системы Starship в строй. Потому что возможностей Falcon 9 банально не хватает для выведения более крупных и тяжелых спутников в больших количествах. В любом случае, для плотно скомпонованных аппаратов даже лишние 20-40 ватт энергии, доставленных лазером, могут быть критичной нагрузкой на систему терморегуляции. На фото: визуализация разведения спутников Starlink поколений 1 и 1,5 со второй ступени ракеты-носителя после выведения на опорную орбиту
Источник изображения: NASASpaceFlight, Mack Crawford
Поэтому заносить спутники в LCH — в интересах их владельцев. Но вопреки этой логике SpaceX теперь удалит оттуда все аппараты группировки Starlink. Это часть договоренности между космической компанией Илона Маска и Национальным научным фондом США (NSF). Теперь астрономы со всего мира получат возможность не прерывать наблюдения по несколько раз за ночь. Мощное подспорье и важный прецедент для других компаний, собирающихся или уже разворачивающих масштабные «созвездия» спутников на околоземной орбите.
Помимо такого разрешения «стрелять» по своим аппаратам лазером, SpaceX взяла на себя еще несколько обязательств. Например, спутники будут выключать передачу радиосигнала, когда находятся над районами расположения радиотелескопов. Вдобавок второе поколение аппаратов Starlink, несмотря на возросшие размеры, сохранит низкое альбедо (отражающую способность). Цель — чтобы спутники имели видимую звездную величину более 7 (чем меньше, тем ярче), то есть невооруженным глазом их не должно быть видно. Учитывая высоту орбиты, это даст астрономам не менее трех часов непрерывных наблюдений за ночь.
Напомним, эти обязательства практически полностью соответствуют пожеланиям Международного астрономического союза (IAU) и Международной ассоциации темного неба (IDA). О том, как эти организации пытаются призвать компании, владеющие спутниковыми группировками, учитывать интересы ученых, Naked Science писал в апреле 2021 года. То есть SpaceX сотрудничает с астрономическими организациями и выполняет их просьбы. Правда, как сообщил портал SpaceNews, IDA все равно подала в суд на Федеральную комиссию по связи США (FCC), которая частично одобрила запуск второго поколения спутников Starlink.
Претензия Международной ассоциации темного неба к регулятору состоит в том, что ведомство не проводило экологическую экспертизу обновленных аппаратов. Причем используется очень вольная трактовка законов, приравнивающая околоземное пространство к наземной окружающей среде. Иными словами, перспективы иска крайне туманные.
Что любопытно, соглашение между SpaceX и всеми астрономами мира в лице NSF лишь частично можно назвать вынужденным. Правовой основы для требований снизить заметность спутников нет и разработана она будет не скоро. Но выступая в качестве арбитра, FCC выдвинула компании Маска условие одобрения заявки на регистрацию спутников — начать переговоры с учеными и достигнуть каких-то договоренностей. Получается, SpaceX пошла дальше необходимого прямо сейчас и создает прецедент, который отразится на всех игроках отрасли в будущем. На фото: два из четырех телескопов обсерватории Very Large Telescope (VLT, диаметр зеркал — 8,2 метра) в пустыне Атакама (Чили) ведут наблюдения за центром нашей галактики
Источник изображения: ESO, Yuri Beletsky
Ранее другой провайдер спутниковой связи попытался задержать запуск первого поколения Starlink и апеллировал к тому, что экологическая экспертиза их влияния на атмосферу не проводилась. Суд отклонил претензию как буквально притянутую за уши. А новая тяжба будет базироваться на еще более шатком основании.
Одобрение FCC было опубликовано в минувшем декабре, регулятор разрешил SpaceX вывести на орбиту 7500 аппаратов второго поколения из почти 30 тысяч запланированных. С остальными компанию Илона Маска попросили подождать — мол, надо думать и о других компаниях, которым тоже необходимы спектры радиочастот и безопасное пространство между орбитами.
В целом такой подход никоим образом не портит планы по развертыванию Starlink, поскольку они и так регулярно меняются. Оборудование совершенствуется по итогам эксплуатации, в концепцию вносят корректировки — например, от дополнительного «слоя» аппаратов, работающих в V-диапазоне, SpaceX отказалась, имеющиеся платформы справляются.