Солнечные пятна и чистка орбиты: что происходит с космическим мусором последние 40 лет

Исследователи из Космического центра имени Викрама Сарабхаи и Индийского института космической науки и технологий опубликовали работу в журнале Frontiers in Astronomy and Space Sciences. Они изучили, как солнечная активность влияет на то, с какой скоростью космический мусор теряет высоту и входит в плотные слои атмосферы. Раньше уже было известно, что вблизи максимума солнечного цикла объекты на низкой орбите тормозятся сильнее. Актуальность работы в том, что авторы проследили этот эффект на длинном промежутке времени — почти за 40 лет.

Самый известный цикл солнечной активности, цикл Швабе, длится 11 лет. В период пика на Солнце появляется больше пятен и чаще происходят вспышки. В это время солнечный ветер атакует аппараты, а верхние слои атмосферы Земли нагреваются и расширяются. Действующие и отработавшие спутники тормозят под воздействием атмосферы и теряют скорость. Чем ниже скорость, тем ниже орбита, а дальше объект постепенно сходит вниз.

Авторы отдельно посмотрели на экстремальное ультрафиолетовое излучение, или EUV. Это излучение Солнца, которое сильно влияет на верхнюю атмосферу. Исследование показало, что именно оно заметно ускоряет орбитальный спад. Когда число солнечных пятен переходит примерно через две трети от характерного пикового уровня, поток EUV резко растет, и после этого космический мусор начинает тормозиться сильнее. При этом общая геомагнитная активность, то есть возмущения магнитного поля Земли, по данным работы, влияет меньше и играет вторую роль.

Солнце сбивает спутники: как геомагнитные бури вредят космонавтике

Для анализа ученые сначала выбрали 95 объектов из каталога Space-Track, который использует NORAD, американская система слежения за космическими аппаратами. Потом они сосредоточились на 17 объектах и проследили их орбиты через солнечные циклы 22, 23, 24 и начало 25-го. Самым старым объектом в выборке стал спутник Explorer 7 с очень ранним номером 22 в каталоге. Авторы сознательно изучали именно мусор, а не действующие спутники: рабочие аппараты могут включать двигатели и сами поддерживать орбиту, а обломки и старые спутники подчиняются в основном естественным силам.

Результаты сопоставили с данными о солнечных пятнах и потоке EUV, которые с 1996 года собирает солнечная обсерватория SOHO — совместная миссия NASA и ESA. В работе есть и любопытная деталь: два объекта на полярных орбитах с большим наклонением почти не отреагировали на пики EUV. Полярная орбита — это траектория, по которой аппарат проходит близко к полюсам Земли. Авторы пишут, что это может говорить либо об ограничениях исследования, либо о том, что в некоторых орбитальных областях эффект проявляется слабее.

Если операторы понимают, когда солнечная активность сильнее ускоряет сход объектов с орбиты, им проще планировать маневры и оценивать риски. Это особенно актуально сейчас, когда орбита перегружена. Только спутники Starlink в первой половине 2024 года выполнили более 50 тысяч маневров уклонения от столкновений. МКС и китайская станция «Тяньгун» тоже регулярно меняют орбиту, чтобы не попасть под обломки.