Введение
Каждый день на Землю падает в среднем не менее трех крупных фрагментов космического мусора, включая старые спутники и отработанные ступени ракет. Однако, несмотря на потенциальную опасность этих обломков, ученые до сих пор имеют ограниченное понимание того, где именно они приземляются и что происходит с ними в атмосфере. Новая методика, основанная на отслеживании звуковых ударов с помощью сейсмических датчиков, может предоставить информацию о местоположении этих фрагментов в реальном времени.
Космический мусор и его последствия
29 сентября 2008 года европейский космический грузовик ATV «Жюль Верн» сгорел в атмосфере над необитаемыми районами Тихого океана в конце своей миссии. Это событие подчеркивает, насколько сложно предсказать поведение объектов, возвращающихся с орбиты.
В ноябре 2022 года часть воздушного пространства Испании и Франции была закрыта на 40 минут, когда предсказали падение крупного фрагмента китайской ракеты в Южной Европе. Это привело к задержкам и перенаправлению сотен рейсов, что обошлось в миллионы долларов. В итоге данный обломок вернулся на Землю с другой стороны планеты, над Тихим океаном.
Проблема отслеживания космического мусора
Текущие методы мониторинга космического трафика основываются на измерениях, получаемых с глобальной сети радаров и оптических телескопов. Хотя этот подход имеет свои преимущества, у него есть и серьезные ограничения. Бенжамен Фернандо, ведущий автор исследования и постдокторант в Университете Джонса Хопкинса, отмечает: «Радары и оптическое отслеживание отлично работают, когда объект находится на орбите. Но как только он опускается ниже 200 километров, взаимодействие с атмосферой становится хаотичным, и предсказать его падение становится значительно сложнее».
Наземные радары распределены по всему миру и часто не могут следить за разрушением возвращающегося космического объекта. Кроме того, полученные данные не всегда доступны всем заинтересованным сторонам.
Сейсмические датчики как решение
В отличие от радаров, сейсмические датчики, предназначенные для обнаружения землетрясений, плотно распространены по всей планете и их данные в большинстве случаев доступны в открытом доступе. Эти датчики фиксируют не только толчки от землетрясений, но и взрывы, вибрации от транспорта и даже звуки, издаваемые китами в океане.
В своем исследовании Фернандо и его команда использовали данные 127 сейсмических датчиков, расположенных в Калифорнии, для восстановления траектории модуля, который отделился от космического корабля Shenzhou 17 и упал на Землю в апреле 2024 года. Исходя из расчётов, 1,5-тонный фрагмент мусора должен был приземлиться в южной части Тихого океана или северной части Атлантики, но эти прогнозы оказались неверными.
Результаты исследования
Исследователи проанализировали данные, чтобы отслеживать звуковой удар, вызванный модулем Shenzhou 17, когда он входил в атмосферу на скорости до 30 раз быстрее звука. Они обнаружили, что он пролетел на 40 километров севернее предсказанного траектории, с возможным падением обломков между Бейкерсфилдом, Калифорния, и Лас-Вегасом, Невада. «Под этой траекторией живет 50 миллионов человек», — отметил Фернандо. Хотя, по его словам, не видно, чтобы какие-либо обломки достигли поверхности, это все же могло произойти.
Потенциал новой методики
Фернандо подчеркивает, что, хотя полученные данные не могут предсказать, где именно упадет космический мусор, они могут помочь точно отслеживать места возможного удара. Это позволит наземным службам быстро находить потенциально токсичные фрагменты, которые могут представлять угрозу для окружающей среды.
«Суперзвуковой объект всегда опережает свой собственный звуковой удар. Вы всегда увидите его раньше, чем услышите», — говорит Фернандо. «Если он собирается удариться о землю, мы ничего не можем сделать, но можем сократить время, необходимое для поиска обломков с дней или недель до минут или часов». Он также упомянул о ситуации 1978 года, когда возвращающийся российский спутник разрушился над Канадой, разбрасывая радиоактивные обломки от своего ядерного реактора, большинство из которых так и не были найдены.
Заключение
Новая методика отслеживания космического мусора может быть ключом к пониманию того, сколько именно обломков достигает поверхности Земли. Например, SpaceX утверждает, что спутники их мегаконстелляции Starlink полностью испаряются при повторном входе в атмосферу, однако многие эксперты сомневаются в этом, утверждая, что некоторые компоненты, такие как топливные баки и аккумуляторы, сделаны из очень прочных материалов и могут выжить. Более глубокое понимание того, насколько полностью спутники сгорают в атмосфере, поможет экспертам лучше оценить риски, которые эти объекты представляют для людей и имущества на Земле, а также для пролетающих самолетов.
«В этом исследовании мы демонстрируем, что сейсмическая сеть в США может отслеживать звуковые удары обломков, что позволяет нам определять траекторию, скорость и угол спуска, а также характеризовать процесс разрушения», — заключает Фернандо. Этот детальный анализ процесса возвращения в атмосферу представляет собой важный шаг к лучшему пониманию взаимодействия объектов с атмосферой и вероятности достижения обломков земли.
