- Около 11 000 спутников были запущены с момента запуска «Спутника-1» в 1957 году, и ещё до 70 000 могут быть выведены на орбиту в ближайшие десятилетия. Эта космическая инфраструктура поддерживает множество жизненно важных систем, таких как широкополосный доступ в интернет, GPS-сервисы, мониторинг климата, финансовые транзакции, синхронизация времени и важнейшие военные технологии.
- По мере того как мы переносим всё больше критически важной инфраструктуры в космос, мы подвергаем её рискам космической погоды. Основной источник космической погоды — Солнце. Хотя оно находится на расстоянии 150 миллионов километров (93 миллионов миль), оно может оказывать глубокое воздействие на Землю.
- Эта космическая погода связана с магнитными полями, радиацией, частицами и веществом, выбрасываемыми Солнцем. Они взаимодействуют с верхними слоями атмосферы Земли и окружающим магнитным полем, порождая множество различных эффектов.
Добро пожаловать в космический балет космической погоды и её замысловатый танец со спутниками, вращающимися вокруг нашей планеты. Мы часто восхищаемся чудесами дальнего космоса, но реальность такова, что космическая погода может оказывать глубокое влияние на технологии, которыми мы пользуемся каждый день. Космическая погода способна наносить значительный ущерб — особенно солнечный ветер и геомагнитные бури.
В этом главном космическом танце между космической погодой и спутниками ставки высоки, но и награда велика. Понимая сложное взаимодействие этих небесных сил, мы можем лучше подготовиться к будущим вызовам и раскрыть весь потенциал нашего освоения последнего рубежа.
Читайте также:Что такое космическая погода? Как она влияет на Землю?
Опасна ли космическая погода?
Космическая погода может наносить значительный ущерб — особенно солнечный ветер и геомагнитные бури. Например, в феврале 2022 года SpaceX, принадлежащая миллиардеру Илону Маску,потеряла 40 спутниковпосле того, как через день после запуска они попали в геомагнитную бурю, сошли с орбиты и сгорели.
Спутники также могут испытывать значительное аэродинамическое сопротивление из-за солнечной активности. Это связано с влиянием частиц на плотность и температуру нашей атмосферы. После солнечной бури Командованию аэрокосмической обороны Северной Америки (NORAD) приходится заново корректировать траектории и орбитысотен объектов, чтобы избежать столкновений.
На Земле магнитное поле обеспечивает нам защиту от космической погоды. Но поскольку космическая погода способна воздействовать на тысячи жизненно важных спутников на орбите, она может вызывать серьёзные сбои в нашей повседневной жизни.
Например, геомагнитная буря,обрушившаяся на Землю в марте 1989 года— одна из самых мощных в XX веке, — вызвала серьёзные нарушения. Работа спутников была парализована, несколько аппаратов временно «потерялись» на орбите, а космический корабль NASA Solar Maximum Mission «падал, словно врезавшись в кирпичную стену», из-за возросшего сопротивления. Буря привела к полному отключению электроэнергии в канадской провинции Квебек и нарушила передачу электричества в США, Великобритании и Швеции.
Воздействие на спутники
1. Симфония солнечных бурь
В центре космической драмы — наше Солнце, динамичное небесное тело, активность которого меняется по регулярным циклам. В периоды повышенной активности Солнце испускает мощные всплески энергии в виде солнечных вспышек и корональных выбросов массы (CME). Эти космические бури могут наносить серьёзный ущерб спутникам, порождая интенсивные всплески радиации, способные нарушить работу бортовой электроники и со временем даже ухудшить характеристики солнечных панелей.
2.Навигация в магнитном лабиринте
За ослепительным зрелищем солнечных бурь скрывается магнитное поле Земли — защитный щит, который окутывает нашу планету и отражает поток заряженных частиц от Солнца. Однако во время геомагнитных бурь этот щит может временно ослабевать, позволяя энергичным частицам проникать глубже в атмосферу Земли. Для спутников на низкой околоземной орбите (LEO) это может означать рост атмосферного сопротивления и ухудшение параметров орбиты, что требует частой корректировки траектории.
3.Радиационная рулетка
В бескрайнем космосе спутники постоянно подвергаются бомбардировке космическим излучением, исходящим от далёких звёзд и галактик. Если атмосфера даёт определённую степень защиты тем, кто находится на поверхности Земли, то спутники на орбите гораздо более уязвимы для этих высокоэнергетических частиц. Со временем воздействие космической радиации может разрушать чувствительные электронные компоненты и повышать риск сбоев, что создаёт серьёзную проблему для длительных миссий за пределами защитных границ магнитной сферы Земли.
4. Адаптация и устойчивость
Несмотря на вызовы космической погоды, операторы спутников разработали сложные стратегии для смягчения её последствий и обеспечения непрерывной работы своих аппаратов. От радиационно-стойких электронных компонентов до бортовых датчиков, обеспечивающих мониторинг солнечной активности в реальном времени, — эти технологические меры защиты играют решающую роль в защите нашего взаимосвязанного мира от капризов космоса.
Читайте также:Должны ли роботы летать в космос вместо людей?
Какое влияние космическая погода может оказать на общество?
Оценка социально-экономических последствий геомагнитных бурь — задача непростая: в различных докладах приводятся оценки от управляемого ущерба до катастрофических сценариев с продолжительными отключениями электроэнергии в глобальном масштабе. Признавая эту неопределённость, Великобритания в 2011 году повысила риск «суровой космической погоды» досценария со средней и высокой вероятностьюв своей национальной оценке рисков.
На практике даже кратковременное нарушение сигналов GPS может вызвать эффект домино, приведя к масштабным сбоям таких критически важных систем, как электросети, телекоммуникационные сети, финансовые рынки, здравоохранение и авиаперелёты. Этотпотенциальный каскад сбоевстал центральным элементом антитеррористических стратегий и побудил к упреждающим мерам, включая исполнительный указ президента Обамы 2016 года об укреплении ключевых объектов инфраструктуры США против экстремальных событий космической погоды. Эти инициативы предусматривают создание надёжных резервных сетей и улучшение возможностей мониторинга; впоследствии их переняли многие другие страны.
Оценка и управление рисками
Событие Кэррингтона 1859 года — самая мощная геомагнитная буря за всю историю наблюдений: она вызвала полярные сияния в невиданных масштабах и пожары в телеграфных системах Европы и Северной Америки. Однако это событие не уникально.
Данные об изотопах углерода-14 из годичных колец деревьев позволяют предположить, что события аналогичного масштаба происходили около 774 года до н. э., что указывает на повторяемость с периодичностью раз в несколько тысячелетий. Кроме того, более слабые геомагнитные бури, подобные той, что в 1989 году вызвала отключения электроэнергии в Квебеке, случались в 1921 и 1960 годах.
В 2012 году буря класса Кэррингтона едва не задела Землю, побудив исследователей оценить потенциальный ущерб для одних только США в 0,6–2,6 триллиона долларов, если бы такое событие произошло сегодня. Это привело бы к масштабным нарушениям электроснабжения, отключениям электроэнергии и повреждению электросетей; по оценкам, на восстановление подачи электроэнергии потребовалось бы от недели до более чем года.
Спутниковая связь и GPS-навигация также столкнутся с серьёзными перебоями, что подчёркивает насущную необходимость глубокого понимания космоса и его сил для прогнозирования и смягчения подобных событий. Инвестиции в прогнозные возможности и укрепление инфраструктуры необходимы, хотя и дорогостоящи: они требуют тщательной оценки рисков и подготовки для защиты жизненно важных технологических систем. В конечном счёте такие инвестиции выглядят всё более оправданными перед лицом потенциально разрушительных событий космической погоды.