Спутники шумят в радиоэфире: из-за них телескопы теряют сигналы из космоса

Менее десяти лет назад вокруг Земли работало около двух тысяч спутников. Сейчас их больше 15 тысяч, а планы дальнейшего развертывания спутниковых систем предусматривают сотни тысяч аппаратов. Авторы исследований предлагают снизить нежелательное излучение электроники и наладить постоянный контроль помех, пока спутников не стало еще больше.

Радиотелескопы принимают слабые сигналы из космоса. Эти сигналы помогают ученым изучать раннюю Вселенную и выяснять, как она менялась на протяжении 13,8 миллиарда лет. Радиоволны от земных устройств могут заглушить космические источники, поэтому обсерватории строят вдали от городов и передатчиков. Но удаленное место не защищает от спутника, который пролетает над телескопом.

В одном из исследований ученые измерили излучение спутников Starlink с помощью радиотелескопа в Западной Австралии. Наблюдения прошли в 2024 году и охватили частоты от 70 до 300 мегагерц. Уровень помех превышал пороги Международного союза электросвязи в 50–70% случаев. Для сравнения: международные рекомендации допускают превышение таких порогов не более чем в 2% измерений. С тех пор число спутников на орбите выросло.

Другая группа под руководством специалистов австралийской научной организации CSIRO изучила более высокие частоты — от 1 до 14 гигагерц. В этом диапазоне работают мобильная связь, Wi-Fi и спутниковое телевидение. Телескопы в Новом Южном Уэльсе зарегистрировали разрешенные сигналы спутников, их гармоники — побочные сигналы на частотах, кратных основной, — и слабый радиошум бортовой электроники.

На основе этих данных исследователи рассчитали, как группировка из 12 тысяч спутников повлияет на австралийские радиотелескопы. Среди них были инструменты, которые помогают определять вращение Земли. Они точно измеряют положения далеких галактик и связывают небесную систему координат с земной. Эти данные нужны в том числе для работы GPS.

Согласно модели, при нынешней численности группировок спутники, которые обеспечивают прямую связь с мобильными телефонами, могут сделать непригодными 59% таких геодезических измерений. В сценарии с 300 тысячами спутников модель показала потерю всех этих измерений. Это расчет последствий для конкретных радиоастрономических наблюдений, а не сообщение о том, что GPS уже потеряла точность или перестала работать.

Проблема связана и с тем, как устроены правила. Международный союз электросвязи устанавливает нормы использования радиочастот, но требования к спутниковым передатчикам опираются на расчеты их предусмотренных сигналов. Непреднамеренное излучение электроники эти расчеты не учитывают. Контролировать исполнение правил должны национальные регуляторы, однако регулятор страны, где стоит телескоп, не обладает юрисдикцией над иностранным спутником.

Операторы уже экранируют спутниковую электронику, чтобы она не мешала оборудованию ракет во время запуска. Однако после выхода аппаратов на орбиту нежелательное излучение все равно регистрируют. Исследователи предлагают улучшить защиту в более широком диапазоне частот и снизить уровень радиошума. Постоянные наблюдения за спутниковыми помехами помогли бы уточнить требования и проверять, соблюдают ли их операторы.

Австралия располагает площадками для такой работы. Радиоастрономические наблюдения здесь ведут с 1940-х годов; сегодня в стране работают телескопы MWA и ASKAP. В удаленном районе Западной Австралии также строят SKA-Low — крупнейший в мире низкочастотный радиотелескоп. Тихое радиоокружение защищает эти инструменты от многих наземных помех, но сохранить его без контроля спутникового излучения будет сложнее.

Иллюстрация Astron