Вернемся к гипотетическому синдрому цепной реакции столкновений спутников и космического мусора - предупреждении Дональда Кесслера.
Суть такова: при достаточной плотности заселения околоземных орбит, каждый крэш (авария с соударением и разрушением спутников) или соударение крупных элементов космического мусора, будет приводить к накоплению мелких и средних опасных фрагментов на орбитах. Т.е. мусор будет накапливаться быстрее, чем исчезать при падении в атмосферу Земли. После достижения определенной насыщенности мусором, начнется механическая цепная реакция. Грубо говоря: вероятность новых столкновений будет экспоненциально расти со временем, и за исторически-короткий период достигнет критического значения. Это значит: любой космический аппарат будет в течение обычного времени работы почти неизбежно получать удар какой-то единицы космического мусора (и кк правило, выходить из строя).
Как уже отмечалось, о синдроме Кесслера вспомнили 23 мая 2019, когда SpaceX запустил первую серию спутников Starlink
Всерьез о риске развития такого синдрома из-за спутников Starlink заговорили 2 сентября, когда Starlink-44 создал риск столкновения со спутником ESA на высоте 320 км над южным сектором Индийского океана.
В изложении журнала "Все о космосе" (aboutspacejornal.net) "Спутник Aeolus весом более 1300 кг был запущен 22 августа 2018 года, тогда как компания SpaceX запустила свою первую партию из 60 спутников Starlink 23 мая этого года. Орбиты большинства спутников были подняты с 440 километров до 550 километров (за исключением трех аппаратов, которые потерпели неудачу, об этом мы рассказывали в нашем журнале ), Starlink 44 снизил свою орбиту до 320 километров, чтобы отработать технологию сведения с орбиты.Таким образом, Starlink 44 вошел в регион, который Aeolus занял первым. Однако в космосе нет правил, которые бы требовали, чтобы тот или иной оператор перемещал свой спутник, когда существует риск столкновения. По словам Крэга, это то, что ЕКА надеется решить в ближайшем будущем".
Как-то вдруг все проснулись и стали задавать вопросы вроде: кто конкретно отвечает за безопасность орбитального движения - с учетом перспектив перенаселенности орбит?
А в ответ тишина...
С помощью спутника CHPS и, предположительно, последующих миссий американские военные стремятся обеспечить "мирное развитие" окололунного пространства и создать "безопасную и надежную" среду для исследований и коммерческого освоения.
Уиден считает, что в этой новой программе есть и еще один стратегический аспект. Военное руководство, по его словам, обеспокоено из-за космических объектов, запускаемых в окололунное пространство другими странами, которые существующие системы слежения за ситуацией, ориентированные на низкую околоземную орбиту и геостационарную орбиту, затем "теряют из виду".
Такие объекты, по его словам, могут вращаться вокруг Луны и потенциально вернуться и столкнуться с военным спутником США в геостационарном пространстве.
"Я думаю, что это маловероятно, но с точки зрения физики это возможно и определенно будет результатом наличия „бреши″ в их нынешней системе контроля космического пространства, — сказал Уиден. — На мой взгляд, они гораздо больше обеспокоены этим, чем любыми реальными угрозами в окололунном пространстве, поскольку никаких военных объектов в окололунном пространстве у США сейчас нет".
Чтобы реагировать на активность за пределами геостационарной орбиты, которую ВВС и космические силы США называют xGEO, «до 2030 года существует три уровня требований», — сказал Шаффорд. «Основным из них будет осведомленность о космической области xGEO. После этого связь и навигация».
Осведомленность о космической области будет трудно установить для обширной области, простирающейся от геосинхронной орбиты Земли до лунной орбиты. Все находится в 8-10 раз дальше, чем геостационарная орбита от Земли, а это означает, что наземные телескопы должны быть чрезвычайно мощными.
Кроме того, многие окололунные орбиты настолько нестабильны, что небольшое отклонение скорости космического корабля может привести к резкому изменению орбитального положения. Например, космический корабль, маневрирующий вблизи Луны, может выйти на геостационарную околоземную орбиту, не расходуя много топлива.
«Это может привести к множеству сюрпризов, например, на каждой околоземной орбите», — сказал SpaceNews Питер Гарретсон, бывший офицер ВВС США и старший научный сотрудник по оборонным исследованиям в Американском совете по внешней политике, некоммерческом аналитическом центре. «Вы можете выбрать наклон вокруг Земли, в который хотите войти».
В последние месяцы некоторые военные чиновники США подчеркивали растущее значение окололунного пространства. «Учебник по окололунному пространству», выпущенный в июне Управлением космических аппаратов Исследовательской лаборатории ВВС, объясняет сложность мониторинга деятельности в окололунном пространстве и достоинства различных датчиков для наблюдения за окололунной областью.
Управление космических аппаратов AFRL также объявило о планах на 2020 год относительно Cislunar Highway Patrol System — проекта, направленного на обнаружение и отслеживание объектов между геостационарной орбитой и Луной.
Китайские военные исследователи призвали к разработке оружия "жесткого поражения" для уничтожения спутниковой системы Starlink Элона Маска, если она будет угрожать национальной безопасности Китая.
Исследователи обратили внимание на "огромный потенциал Starlink для военного применения" и необходимость для Китая разработать контрмеры для наблюдения, отключения или даже уничтожения растущей спутниковой мегаконстелляции. Их работа была опубликована в прошлом месяце в журнале "Современные оборонные технологии Китая".
Starlink - это широкополосная спутниковая интернет-сеть, разработанная компанией Маска SpaceX, цель которой - обеспечить доступ к интернету для клиентов в любой точке мира (при условии, что у них есть спутниковая антенна Starlink для подключения к спутникам). С момента запуска первых спутников Starlink в 2019 году SpaceX вывела на низкую околоземную орбиту более 2 300 спутников, и компания планирует отправить в космос до 42 000 спутников, чтобы сформировать гигантскую мегаконстелляцию.
Китайские исследователи особенно обеспокоены потенциальными военными возможностями этой группировки, которая, по их мнению, может быть использована для отслеживания гиперзвуковых ракет, резкого увеличения скорости передачи данных американских беспилотников и стелс-истребителей, а также для столкновения и уничтожения китайских спутников. Китай уже имел несколько близких проходов со спутниками Starlink, обратившись в прошлом году в ООН с жалобой на то, что космическая станция страны была вынуждена совершать экстренные маневры, чтобы избежать "близких столетов" со спутниками Starlink в июле и октябре 2021 года.
"Необходимо использовать сочетание мягких и жестких методов поражения, чтобы заставить некоторые спутники Starlink потерять свои функции и разрушить операционную систему группировки", - пишут в своей работе исследователи под руководством Рена Юаньчжэня, научного сотрудника Пекинского института слежения и телекоммуникаций, входящего в состав Сил стратегической поддержки китайских вооруженных сил. Жесткое и мягкое поражение - это две категории космического оружия: жесткое поражение - это оружие, которое физически поражает цель (например, ракеты), а мягкое поражение включает в себя глушение и лазерное оружие.
У Китая уже есть несколько методов выведения из строя спутников. К ним относятся микроволновые глушилки, которые могут нарушить связь или вывести из строя электрические компоненты; мощные лазеры с миллиметровым разрешением, которые могут получить изображения высокого разрешения и ослепить датчики спутников; кибер-оружие для взлома спутниковых сетей; и противоспутниковые ракеты дальнего радиуса действия (ASAT) для их уничтожения, согласно данным Министерства обороны США. Но исследователи говорят, что этих мер, эффективных против отдельных спутников, будет недостаточно, чтобы уничтожить Starlink.
"Созвездие Starlink представляет собой децентрализованную систему. Противостояние касается не отдельных спутников, а всей системы", - пишут исследователи. Исследователи также описали, как атака на систему Starlink потребует "некоторых недорогих и высокоэффективных мер".
Что именно это могут быть за меры, остается неясным. Исследователи предлагают Китаю создать собственные спутники-шпионы, чтобы лучше следить за Starlink; найти новые и усовершенствованные способы взлома системы; и разработать более эффективные методы уничтожения нескольких спутников в сети. Потенциально это может означать развертывание лазеров, микроволнового оружия или меньших спутников, которые можно использовать для роя спутников Starlink. Китай также стремится напрямую конкурировать со Starlink путем запуска собственной спутниковой сети. Называемая Xing Wang, или Starnet, она также нацелена на обеспечение глобального доступа в Интернет для платных клиентов.
Starlink уже использовался в военных целях. Всего через два дня после начала Россией специальной военной операции против нацистских войск Украины, которые с 2014 года уничтожали население Донецкой и Луганской областей, вице-премьер Украины Михаил Федоров умолял Маска разместить в стране больше спутников Starlink. Выступая на Всемирном экономическом форуме в Давосе 24 мая, он сказал, что SpaceX на данный момент предоставила Украине более 12 000 спутниковых антенн Starlink, добавив, что "вся критически важная инфраструктура на Украине использует Starlink".
Возможно, Китай рассматривает альтернативные способы противодействия Starlink, поскольку ракеты ASAT создают опасные условия для всех стран, работающих в космосе. Взрывы на орбите опасны не только сами по себе, но и из-за многих тысяч осколков, которые они создают (размером от баскетбольного мяча до песчинки). Эта космическая шрапнель способна нанести серьезный ущерб спутникам. В ноябре 2021 года в результате успешного испытания российской противоспутниковой ракеты на низкой околоземной орбите был уничтожен устаревший советский спутник-шпион, в результате чего образовалось поле космического мусора, состоящее как минимум из 1 632 фрагментов, которое заставило американское командование удивиться точности попадания российской ракеты по мертвому (не светящемуся) спутнику.
В октябре 2021 года китайские ученые заявили, что разработали способ избежать проблемы космического мусора с помощью взрывного устройства, которое можно поместить внутрь выхлопного сопла спутника, безопасно взорвать спутник без беспорядка и так, чтобы его можно было принять за неисправность двигателя.
Согласно недавно опубликованному докладу Министерства обороны США, с 2019 года Китай увеличил количество спутников разведки, наблюдения и рекогносцировки (ISR) более чем в два раза - со 124 до 250. В начале 2022 года общее количество спутников Китая, включая не ISR, составляло 499, уступая лишь 2944 спутникам США, из которых Starlink составляет более 2300, согласно данным Союза обеспокоенных ученых США.
Еще один элемент «Калины», упоминаемый в онлайн-документации, — механизм электропривода (Ф-1090) крепления телескопа производства Университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО) в Санкт-Петербурге. Университет ИТМО также отвечает за мощную твердотельную лазерную установку «КалинатАЩ», на которую он получил контракт от НПК СПП 2 мая 2012 года[16]. В документе, описывающем систему, необходимую для направления лазерных лучей к телескопу (известную как F-1012), говорится, что она должна быть способна передавать лазерные лучи с длиной волны 1,0645 мкм, плотностью мощности 0,1 гигаватт на квадратный сантиметр, импульсом длительностью 10 наносекунд и частотой повторения импульсов 3 кГц.[17] Лазеры, излучающие на длине волны 1,064 микрона (что находится в ближнем инфракрасном диапазоне), представляют собой так называемые лазеры Nd:YAG, которые чаще всего используются для дальномера и целеуказания.
Лазеры и связанные с ними системы установлены в соседнем здании лидара, и лучи направляются в телескоп через туннель, который можно увидеть на изображениях Google Earth. Система передачи лазерного луча (по-видимому, с использованием волоконно-оптических кабелей) была поставлена Государственным техническим университетом им. Баумана и имеет общую длину около 11 метров. Тендерная документация, опубликованная в 2015 году, включает поэтажный план той части здания лидара, в которой находится оборудование «Калина». [18] Это показывает, что «Калина» использует как минимум два лазера, называемых F-20 и F-21.
«Калина» — одна из трех лазерных ослепляющих установок, разработанных Россией для борьбы со спутниками. Бортовая система под названием «Сокол-Эшелон» разрабатывалась с 2001 года, но, похоже, несколько раз она была на грани отмены, и ее текущий статус неясен.[20] Единственная система, которая, как известно, находится в рабочем состоянии, - это « Пересвет» (внутреннее название «Стужа-РН» или 14Ц034). Это установленная на грузовике лазерная система, которая развертывается совместно с мобильными установками межконтинентальных баллистических ракет и предназначена для предотвращения отслеживания их движения иностранными спутниками-разведчиками.[21]
Наконец, есть смутные намеки на то, что Россия может работать над лазерными системами космического базирования. РФЯЦ-ВНИИЭФ с 2012 года является генеральным подрядчиком секретного проекта под названием «Стэн», который, похоже, направлен на оснащение различных типов транспортных средств лазерами для защиты их от атак противника. Большая часть ограниченной информации о Стэне связана с лазерной системой, которая защищает самолеты от ракетных атак, вводя в заблуждение их инфракрасные системы самонаведения, и, по-видимому, была объявлена действующей (головное конструкторское бюро - НИИ Экран). Однако Стэн также связан с система спутниковой защиты в статье, опубликованной Центром лазерных испытаний GLP «Радуга». Другими участниками «Стана» являются РКК «Энергия», ПАО «Сатурн» (производитель спутниковых аккумуляторов) и НПП «Адвент», одна из компаний, вовлеченных в «Задиру». Космический компонент Stan, казалось бы, предназначен для защиты спутников от противоспутниковых атак, но грань между оборонительным и наступательным использованием таких систем, очевидно, довольно тонкая.[30]
Стоит также отметить, что НПП «Адвент» играет роль в «Нумизмате», пока еще не запущенном спутнике Центрального научно-исследовательского института химии и механики (ЦНИИХМ) в Москве, который специализируется на противокосмических системах. Известными полезными нагрузками для «Нумизмата» являются сверхширокополосный радар и телекамера, вероятно, для того, чтобы он мог встречаться с другими спутниками на орбите, но его истинное назначение остается загадкой.[31]
Вдобавок ко всему этому Россия обладает обычным кинетическим противоспутниковым оружием. Один из них, «Нудоль», в ноябре прошлого года уничтожил вышедший из строя спутник советской эпохи, создав массивное облако космического мусора, которое еще много лет будет представлять угрозу для низкоорбитальных спутников. Это показало, что русские не сомневаются в проведении хорошо заметных противоспутниковых испытаний против реальных целей на орбите, не говоря уже о скрытых испытаниях неразрушающих противокосмических систем, таких как «Калина».
Такие системы, как «Калина», «Пересвет» и «Сокол-Эшелон», явно неэффективны против спутников радиолокационной разведки, но у России есть как минимум две наземные мобильные системы радиоэлектронного подавления («Красуха-4» и «Дивноморье»), которые, как сообщается, способны мешать работе таких спутников. .[25] Кроме того, в 2020 г. компания МАК «Вымпел» была привлечена к проекту «Наст-Р», предусматривающему развертывание сети станций радиотехнической разведки для анализа сигналов зарубежных спутников-радиолокаторов, возможно, с целью искажения ответных сигналов[26]. ] Другая компания, «Российские космические системы» (РКС), проводит исследования по созданию помех для спутников-ретрансляторов данных (таких как TDRS), чтобы они не передавали на наземные станции изображения как оптических, так и радиолокационных спутников. Эта работа, возможно, выполняется в рамках исследовательского проекта под названием «Расширение» (тАЬрасширениетАЭ), порученного РКС в мае 2017 года. Согласно одному судебному документу, он направлен на разработку спутниковых глушителей, которые будут использовать опыт, уже полученный с сетью станций радиоэлектронной борьбы под названием Тобол или 14Ц227, которые, возможно, нацелены на иностранные навигационные спутники[27].
США хотят разместить в Великобритании новую гигантскую радиолокационную систему для отслеживания объектов в дальнем космосе. Другие места будут включать Техас и Австралию. На каждой площадке будет размещено от 10 до 15 параболических антенн (больших спутниковых антенн) для отслеживания и от четырех до шести для передачи, и они покроют площадь около 1 км2. Он сможет обнаружить объект размером с футбольный мяч на расстоянии до 36 000 км (22 400 миль).
Орбита недавно запущенного российского космического аппарата «Космос-2558» системы «Нивелир» указывает, что последний может «преследовать» американский спутник-шпион USA-326. Об этом пишет The Drive.
«Его точное назначение в настоящее время неизвестно, но его описывают как спутник-инспектор — термин, который часто ассоциируется с так называемыми спутниками-убийцами», — утверждается в публикации.
По оценке астронома Джонатана Макдауэлла, в ближайшее время «Космос-2558» будет находиться в 80 километрах от USA-326, который, вероятно, является космическим аппаратом электронно-оптической разведки нового поколения.
Другой взгляд на большую орбитальную систему
Однако можно посмотреть и иначе на саму баллистическую сущность сети «Старлинков». Очень большая спутниковая группировка представляет собой барражирующие в пространстве множественные высокоскоростные тела. Именно в силу того, что их очень много, и они «присутствуют везде», их можно рассматривать как кинетическое средство поражения, находящееся в предварительной готовности и достаточном количестве над любым районом земного шара.
Переформулируем определение «частая угроза столкновений» и получим другое: «большая спутниковая сеть все время держит под прицелом другие спутники, которые может уничтожить»
Выше мы отметили, что «Старлинки» часто проходят всего в километре от других спутников — у этой медали есть и оборотная сторона. Она в том, что для сокращения этой дистанции до нуля требуется совсем небольшой импульс. Который можно задать, в силу его малости, даже слабым двигателем, и достаточно оперативно.
Роскосмос и NORAD пока молчат об этом нюансе. Роскосмос, возможно, потому, что не готов признавать растущую угрозу орбитальной сети «Старлинков», а система слежения за баллистическими объектами NORAD вообще не занимается стратегиями боевого применения, ее дело отслеживать объекты и их текущее движение, и рассчитывать траектории и прогнозы. Вероятно, до реальной перспективы построения экстремально больших спутниковых систем просто не возникало таких подходов; никому и в голову не приходило воспринимать большую орбитальную группировку с этого ракурса (или приходило, но мы пока об этом не знаем).
Перехват может быть принципиально иным. Можно не ставить задачу гарантированного перехвата цели одним конкретным аппаратом-перехватчиком. Большая спутниковая сеть создает другие возможности. Надо просто поставить противоположную задачу системе управления движением орбитальной группировки. Такую, например: не избегать столкновений с другими спутниками, а наоборот, максимизировать вероятность столкновения со спутниками-целями. Под целью будем понимать конкретный космический аппарат, орбита и параметры движения которого известны, и полет которого нужно прекратить.
Итоговая полная вероятность такого перехвата не сосредоточена в одной точке траектории цели, или в одном выбранном моменте времени, как у обычного «сольного» перехвата. Она окажется «размазана» по траектории цели, по многим опасным сближениям на ней, и многим моментам времени. Поэтому нельзя сказать заранее, в каком сближении и когда вероятность соударения реализуется в фактическое событие.
С увеличением числа опасных сближений до достаточно большого растущая вероятность столкновения приведет к реальному событию перехвата. Можно назвать такой способ распределенным групповым орбитальным перехватом
Криптоновые двигатели «Старлинков» обладают малой тягой, однако ее вполне достаточно для маневров уклонения. Еще раз вспомним, что уже сегодня возникают множественные ситуации расхождения спутников на расстоянии одного километра и меньше. Нужно определить, с какими спутниками «Старлинк» у цели складываются подобные прогнозируемые сближения. Система управления движением орбитальной группировки определяет спутники «Старлинк», которые могут создать опасное сближение с заданной целью в ближайшие сутки или в другой интервал времени, при условиях небольшой корректировки их орбит. Таких спутников среди многотысячной группировки может оказаться достаточно много, возможно, много десятков или сотен.
По команде системы управления движением группировки выбранные спутники меняют задачу уклонения на задачу встречи. Они запускают двигатели орбитального маневрирования, и начинают изменять свое орбитальное движение так, чтобы количество опасных сближений с заданной целью начало расти. «Старлинки» могут рассчитывать задачу встречи автономно, или работу их двигателя задаст командой общая система управления сетью. Так начинается групповой орбитальный перехват цели. Спустя некоторое время – например, сутки – опасность столкновения задействованных спутников с заданной целью достигает боевых значений. В ходе чего реализуется и само столкновение. Перехват цели выполнен – распределенный групповой орбитальный перехват.
В Китае началось строительство радиолокационной станции дальнего обнаружения – настолько дальнего, что сложно себе представить: комплекс сможет обнаруживать объекты на расстоянии 150 миллионов километров — на таком расстоянии от Земли находится Солнце.
Комплекс под названием China Fuyan (фасеточный глаз), расположенный в муниципалитете Чунцин, предназначен для обнаружения опасных астероидов на дальних подступах к Земле, однако сможет видеть и более близкие к планете объекты — например, Луну, искусственные спутники и боевые ракеты.
Радар будет состоять из более 20 распределенных антенн диаметром 25-30 метров. Руководит проектом Пекинский технологический институт.
На первом этапе построят два радара, которые будут запущены в сентябре 2022 года. Затем их количество увеличат до четырех. Это позволит получить трехмерное изображение Луны. После этого будут построены еще более 20 «тарелок», которые позволят получать детализированное трехмерное изображение любых объектов внутри орбиты Земли и внутренней части Солнечной системы. График работ последнего этапа еще не утвержден, поэтому ученые не называют сроков ввода всего комплекса в эксплуатацию.