Астрономы обнаружили 66-сантиметровый обломок спутника на высоте 36 000 км

Учёные впервые измерили вращение мелкого космического мусора на геостационарной орбите

Наука и космос014:57

Научные специалисты впервые использовали астрономический радиотелескоп для подробного наблюдения за мелким космическим мусором на геостационарной орбите на высоте около 36 000 км. Исследователи зафиксировали фрагмент размером всего 66 см от разрушенного телекоммуникационного спутника Intelsat 33e и установили, что обломок совершает полный оборот вокруг своей оси за 15,6 секунды.

Коммерческий спутник Intelsat 33e весом 6,6 тонны был запущен в 2016 году и разрушился на геостационарной орбите 19 октября 2024 года. Службы наземного контроля зафиксировали примерно 500 крупных фрагментов, однако, по оценкам Отдела космического мусора ESA, в результате аварии появилось около 16 000 частиц размером более 1 см. На высоте 36 000 км атмосфера практически отсутствует, поэтому неуправляемые обломки не сгорают и могут оставаться на орбите на протяжении тысяч лет, создавая угрозу для действующих спутников.

Для обнаружения столь небольшого объекта на таком расстоянии учёные применили метод бистатического радара, при котором передатчик и приёмник располагаются на значительном расстоянии друг от друга. Импульсы генерировал радар Миллстоун-Хилл Лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института (MIT) вблизи Бостона, а отражённое эхо улавливался 76-метровым радиотелескопом Ловелла в обсерватории Джодрелл-Бэнк в Великобритании. Разделение передатчика и приёмника позволило уменьшить общий уровень системного шума и значительно повысить чувствительность без дополнительных затрат.

На расстоянии 36 000 км невозможно получить оптическое изображение 50–60-сантиметрового обломка. Данная обработка радарного сигнала позволяет не только зафиксировать наличие космического мусора, но и мгновенно определить точные физические характеристики каждого фрагмента — его скорость, ускорение и траекторию, что критически важно для предотвращения столкновений с действующими спутниками.

Изображение 2 (Figure 2): Теоретическая модель (симуляция). Как алгоритм обработки должен «идеальным образом» обработать сигнал от двух разных обломков. Согласованный фильтр позволяет «отделить» слабый отражённый эхо-сигнал из мощного фона радиошумов. График 2(a) — Полный диапазон поиска: показывает теоретическую картину отклика фильтра на широкий спектр возможных ускорений (от -10 до 10 м/с2). Из-за особенностей математической обработки сигнал от объектов даёт характерный узор с лучами (боковыми лепестками). График 2(b) — Увеличенный фрагмент: В приближении хорошо видно, что в центре находятся два чётких ярких пика. Первый объект находится в точке (0 м/с2, 0 м/с), а второй — в точке (0,15 м/с2, -1,3 м/с). Это демонстрация того, что фильтр способен разделять объекты, даже если они находятся близко друг к другу и движутся с разницей в скоростях.
Изображение 3: Результат обработки реального радарного сигнала показывает работу метода на практике при обработке реальных данных в момент времени 182,8 секунды от начала измерения. График 3(a) — Фактический результат фильтрации принятого радиолокационного эха. Синий — отфильтрованный шум, два красных сгустка — реальные отражения от двух обломков спутника. Цветовая шкала справа показывает мощность сигнала в децибелах (dB). График 3(b) — Выделение объектов на этапе обработки данных. Алгоритм кластеризации автоматически выявил центральные точки из графика 3(a) и передал их точные координатные маркеры (бирюзовый и синий).
Источник: D. Cerutti-Maori, C. Carloni, I. Maouloud, S. Mouret, F. Rosebrock, V. Karamanavis, F. Schlichthaber, J. Schroer

Из-за значительного расстояния отражённый сигнал от 66-сантиметрового фрагмента оказался крайне слабым. Когда обломок вращается, его грани отражают радиоволны с различной интенсивностью, создавая повторяющийся каждые 15,6 секунды паттерн изменений частоты и амплитуды. Объединив математические данные от множества отражений под различными углами, учёные сформировали профиль объекта по принципу работы медицинского компьютерного томографа, где вместо вращения сканера использовалось собственное вращение обломка.

Ранее для наблюдения за геостационарной орбитой в основном использовались оптические телескопы, однако радарные измерения предоставляют важные дополнительные параметры: точную дальность, скорость и её изменение. Дополнительные наблюдения немецким космическим радаром TIRA (Tracking and Imaging Radar) в ноябре 2024 года также подтвердили способность радаров определять размеры и орбитальные параметры фрагментов облака Intelsat 33e размером 50–60 см, фиксируя до 5 объектов за 16 минут наблюдения.

Первые тестовые измерения фрагмента Intelsat 33e были выполнены в феврале 2025 года, расшифровка данных заняла много времени. Тем не менее к 2026 году методология была модернизирована для обработки сигналов в режиме реального времени. В будущем объединение телескопа Ловелла с другими радиотелескопами и станциями связи в единую сеть позволит быстро выявлять новые облака обломков, рассчитывать их точные орбиты и предупреждать операторов спутников о возможной опасности сближения.

Эксперимент подтвердил, что имеющаяся научная инфраструктура для изучения галактик может эффективно решать практические задачи по защите околоземного пространства. Применение бистатической радиолокации в сочетании с оптическими системами открывает перспективы контроля за ранее невидимым мелким мусором на геостационарной орбите и предотвращения каскадных столкновений космических аппаратов.

Darth SaharaИсточники:European Conference on Space DebriszmescienceНаука и космос0MITАстрономияСпутникиКосмический мусорГеостационарная орбитаКосмонавтикаРадиолокация14:57

Источник