В течение многих лет коммерческий космический сектор был в восторге от перспективы появления на околоземной орбите спутниковых "суперсозданий". Эти спутники могли бы обеспечить все - от связи и навигации до широкополосного доступа в Интернет.
Между тем, разработки в области малых спутников (они же. Программы CubeSats) и rideshare сделали космос более доступным для научно-исследовательских институтов, университетов и организаций. Учитывая, что на орбите находится так много спутников, многие обеспокоены тем, какое влияние это может оказать на космический мусор и астрономию.
Радиоастрономия, которая наблюдает чрезвычайно слабые излучения от астрономических объектов, может пострадать из-за появления на орбите новых спутников. Об этом говорится в недавней статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv международной группой исследователей, которые рассматривали влияние мегасоединений на радиоастрономию.
Хотя многие ученые выступают за создание радиообсерваторий на обратной стороне Луны, необходимо более полное понимание воздействия спутниковых передач на радиотелескопы, чтобы обеспечить будущий доступ к "темному" и "тихому небу".
Исследованием руководил Майк Пил, научный сотрудник лаборатории Блэкетта в Имперском колледже Лондона и соруководитель Sathub, входящего в состав Центра МАС по защите темного и тихого неба от помех спутниковой группировки (CPS). К нему присоединились коллеги из лаборатории Блэкетта и исследователи из Иллинойского университета в Урбана-Шампейн, Вашингтонского университета и обсерватории массива квадратный километр (SKA). Документ, описывающий их выводы, был представлен на 9-й Европейской конференции по космическому мусору и опубликован на веб-сайте материалов конференции.
Чтобы разобраться в этом, радиоастрономия использует множество различных типов антенн и приемников для наблюдения за небом в различных разрешениях и на разных частотах. Эти наблюдения позволяют астрономам увидеть "скрытую вселенную", где присутствие межзвездной пыли и мусора заслоняет оптический свет. Традиционно радиотелескопы работают пассивно, чтобы сосуществовать с другими объектами, использующими радиочастотный спектр (для передач, связи и т.д.). Обсерватории строятся в отдаленных регионах, чтобы избежать радиопомех (RDI) и улучшить соотношение сигнал/шум (SNR).
Это включает в себя Очень большой массив (VLA) в пустынях Нью-Мексико и обсерваторию Square Kilometer Array (SKA) в пустыне Кару в Южной Африке и регионе Мерчисон в Австралии, или Большую миллиметрово-субмиллиметровую решетку Атакама (ALMA), расположенную в пустыне Атакама на севере Чили. Международный союз электросвязи (МСЭ) также резервирует некоторые небольшие полосы частот, связанные со спектральными линиями и физическими процессами на определенных фиксированных частотах.
Как объяснил Пил в интервью Universe Today по электронной почте: "Правительства иногда законодательно устанавливают "зоны тишины" вокруг радиообсерваторий, чтобы свести к минимуму наземные передачи поблизости. Однако спутниковые группировки по самой своей природе являются глобальными — от них никуда не деться нигде на Земле.
"Несмотря на то, что у некоторых спутниковых операторов есть соглашения о том, чтобы избегать определенных зон радиомолчания, это все же исключение. Вот почему важно понимать, какое влияние их передачи, намеренные или непреднамеренные, оказывают на радиоастрономические приборы".
Традиционно спутники ограничивают свои передачи частотами в X, Ku и K-диапазонах радиочастотного спектра (от 10 до 20 ГГц). Однако это изменится по мере увеличения числа спутников в LEO и расширения спутниковых операторов, предоставляющих свои услуги в более широком диапазоне частот. Хотя обратная сторона Луны считается многообещающим удаленным местом для радиоастрономии, этого можно достичь только в том случае, если это место защищено от спутниковых передач.
Следовательно, понимание радиочастотных свойств спутниковых группировок имеет решающее значение для бесперебойной работы удаленных радиообсерваторий на Земле и обратной стороне Луны.
Но, как объяснил Пил, это сложная задача, поскольку в настоящее время от спутниковых операторов поступает очень мало информации: "Большая часть информации о спутниках и их передатчиках является коммерческой тайной. Мы знаем основные диапазоны передачи, которые они используют, и максимальную мощность, которую они могут передавать в этих диапазонах (которая может быть чрезвычайно высокой — на этих частотах они могут казаться ярче солнца).
- Однако мы мало что знаем о внеполосных передачах. Например, могут быть некоторые утечки по обе стороны от официального диапазона, выделенного для передачи, или непреднамеренные выбросы, вызванные бортовой электроникой, которые мы можем обнаружить на низких частотах даже с расстояния 400 км."
Другая проблема заключается в том, что опубликованные координаты спутников часто отличаются на несколько долей градуса (угловых минут), и даже небольшие различия могут иметь большое значение. В то время как некоторые радиотелескопы будут избегать наблюдения участков неба, которые совпадают с прогнозируемыми орбитальными траекториями, это станет более сложной задачей, поскольку число спутников на орбите резко возрастет.
"В настоящее время МСЭ предложено более миллиона спутников, хотя не все из них будут запущены", - сказал Пил. "Мы по–прежнему ожидаем, что в ближайшем будущем будет запущено от 50 000 до 200 000 спутников".
К счастью, исследования спутниковых радиопомех проводятся CPS Международного астрономического союза, Комитетом по радиоастрономическим частотам (CRAF) и аналогичными организациями, связанными с радиоастрономией, по всему миру. Также было проведено множество конференций, на которых эксперты собирались для решения этой проблемы, таких как семинары "Созвездия спутников 1" (SATCON 1) и "SATCON 2", а также конференции "Темное и тихое небо I и II". Тема внеполосных передач также рассматривалась в исследовании, проведенном исследователями из Роспотребнадзора МАС.
Используя радиотелескоп Low Frequency Array (LOFAR), команда ученых наблюдала за 68 спутниками Starlink в поисках признаков "непреднамеренного электромагнитного излучения". Их наблюдения показали, что спутники излучали излучение на частотах от 110 до 188 МГц, что значительно ниже радиочастот 10,7–12,7 ГГц, используемых для передачи сигналов нисходящей линии связи.
Как сказал Пил, это последнее исследование показало, что спутники можно видеть во всем электромагнитном спектре: "На радиочастотах они особенно ярки на тех частотах, на которых они активно передают, и эти частоты увеличиваются и переходят на более высокие частоты. Каждой новой спутниковой группировке нужны свои частоты и увеличивающаяся полоса пропускания.
"Чем больше частот используется, тем большее влияние оказывают радиоастрономические наблюдения. Они также наблюдаются на низких частотах, куда они не передаются намеренно. Однако бортовая электроника генерирует радиопомехи, обнаруживаемые низкочастотными радиотелескопами".
К сожалению, идеальных стратегий смягчения последствий не существует, и совершенно непрактично требовать, чтобы спутники не работали над горизонтом (как видно с помощью радиотелескопа). Но самые серьезные последствия могут быть сведены к минимуму благодаря активному сотрудничеству между спутниковыми операторами через CPS Международного союза электросвязи (IAU) и международными организациями, такими как Международный союз электросвязи (ITU) и Комитет по использованию космического пространства в мирных целях (COPUOS), входящий в состав Управления ООН по вопросам космического пространства (UNOOSA). Тем временем формируются доступные стратегии смягчения последствий.
"Несколько операторов изучают возможность оперативного обмена данными, в частности, избегания прямого обзора, когда операторы знают направление, в котором направлены радиотелескопы, и выключают свои спутники, когда они проходят через луч телескопа", - сказал Пил.
"Некоторые из них также избегают передач в направлении радиотелескопов в целом — некоторые страны разрабатывают законодательство, обязывающее операторов спутников координировать свои действия с национальными исследовательскими органами для минимизации воздействия. Чтобы избежать низкочастотного излучения, изучаются возможности улучшения защиты от радиочастот и наземного тестирования спутников".
