Космический мусор ослепляет климатические спутники: как обломки ракет мешают бороться с пожарами

Утром 8 января 2025 года на системе NASA Fire Information for Resource Management System появилась красная точка. Это был первый признак того, что вскоре превратится в одно из самых страшных лесных пожаров в истории Калифорнии, унесшее десятки жизней и сжегшее тысячи домов в Палисейдс. Все это время спутник Aqua находился на орбите, сканируя планету и передавая данные на наземные станции на Аляске и Шпицбергене.

Этот спутник несет инфракрасные датчики, которые фиксируют изменения на Земле, невидимые невооруженным глазом, что делает его жизненно важным для координации служб экстренного реагирования во время стихийных бедствий. После обнаружения NASA преобразует данные инфракрасных волн Aqua в координаты GPS, позволяя чиновникам наносить на карту распространение огня в виде точек. Эти координаты составляют то, что известно как Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) — прибор, обнаруживающий пожары на поверхности Земли. Этот процесс часто оповещает экстренные службы быстрее, чем звонки в 911 с земли.

Но теперь ученые начинают находить удивительные пробелы в этих данных. Журналы, поддерживаемые NASA, показывают многочисленные случаи, когда наборы данных для отслеживания пожаров сообщали об ошибках. Почему? Из-за входящего космического мусора. Потеря данных — это проблема для ученых, пытающихся объяснить климат Земли политикам и бизнес-лидерам, которые принимают решения о том, что делать с изменением климата. Хотя потеря данных в настоящее время невелика, ученые говорят, что проблема со временем будет только ухудшаться по мере увеличения количества космического мусора.

Но Aqua не одинок. Это один из трех основных спутников, составляющих ядро Системы наблюдения Земли (EOS) — созвездия, координирующего орбиту для одновременного измерения суши, океана и атмосферы. Флот EOS позволил нам понять, как аэрозоли влияют на образование облаков, нанести на карту вырубку лесов Амазонки и обнаружить, как океаны Земли потемнели из-за цветения фитопланктона. И действительно, все три спутника — Aqua, Terra и Aura — находятся под угрозой из-за космического мусора. Начиная с 2005 года флот EOS уклонялся от космического мусора по меньшей мере 32 раза. Согласно данным, зарегистрированным Оценкой продуктов наземных данных, в нескольких из этих случаев маневры могли привести к искажению климатических данных. Помимо данных, есть еще и потеря драгоценного топлива.

«Даже без столкновений космический мусор имеет экономическую стоимость», — заявил Эндрю Бонвик, вице-президент компании Relm Insurance, которая страхует спутники и должна учитывать риск столкновения в цене. «Каждый раз, когда спутник маневрирует, чтобы избежать потенциального столкновения, он использует топливо, которое является ограниченным и драгоценным ресурсом». «Дела будут ухудшаться, прежде чем станут лучше», — заявили ученые NASA в отчете 2018 года, в котором оценивались маневры уклонения от мусора. В отчете было обнаружено, что риск столкновения между спутником EOS и куском орбитального мусора возрастает.

В свои лучшие годы Aqua летал на высоте около 705 километров над поверхностью Земли, двигаясь от Северного полюса к Южному по эллипсу 14 раз в день, сканируя всю планету. Спутник находится на солнечно-синхронной орбите, фиксируя световые волны, излучаемые поверхностью Земли. На этом пути Aqua пережил короткое замыкание батареи, отказ термистора солнечной панели и потерю 23 из своих солнечных элементов. Но благодаря тщательному управлению топливом спутник проработал на 18 лет дольше, чем было изначально задумано. «Если бы мы знали, что у нас будут космический аппарат и приборы, которые прослужат 20 лет, мы могли бы залить в него больше топлива, чтобы он проработал еще дольше», — сказала в 2022 году научный руководитель проекта Aqua Клэр Паркинсон.

Климатические спутники, такие как Aqua, больше подвержены риску из-за мусора, поскольку им приходится летать близко к планете, чтобы собирать свои данные. На низкой околоземной орбите (НОО) находится наибольшее количество космического мусора, удерживаемого там гравитацией Земли и движущегося с большей скоростью, чем в верхних слоях атмосферы. В 2005 году Европейское космическое агентство (ЕКА) отслеживало около 16 000 фрагментов мусора. К 2026 году это число увеличилось до более чем 44 000, что составляет рост примерно на 180%. Подавляющее большинство космического мусора слишком мало, чтобы его можно было отследить; ЕКА оценивает, что более миллиона мелких фрагментов не учтены. Даже пятнышко краски может разрушить спутник.

Космический мусор создается, когда спутники разрушаются на орбите либо из-за столкновений, либо из-за испытаний противоспутникового оружия, подобных тем, которые проводили Китай и Россия. 28 апреля два российских космических аппарата прошли в пределах 3 метров друг от друга. Но уклонение от космического мусора — не главная причина, по которой спутники используют топливо. Если оставить Aqua в покое, он в конечном итоге сойдет с курса. Гравитация от проходящих гор и океанских выпуклостей медленно вытягивает спутник с орбиты, в то время как солнечная радиация меняет его вращение, искажая данные. По этой причине ученым постоянно приходится корректировать траектории спутников, чтобы избежать столкновения космического аппарата с другими спутниками или даже просто со случайными кусками космического мусора. Хотя это правда, что расход топлива сокращает срок службы спутника, избегать космического мусора обычно стоит того. Большая часть топлива Aqua была использована на коррекцию орбитального курса. «Для приложений, где спутники предназначены для предоставления детальных изображений определенных районов, работа может быть просто не выполнена, особенно когда изображения имеют критическое значение по времени или зависят от частых повторных посещений», — говорит Бонвик.

Теперь Aqua приближается к концу своего срока службы. Он будет выключен в этом году после почти четверти века полета по небу, оставив после себя наследие для будущих климатологов. Осталось менее 30 килограммов топлива, которое сохраняется на тот случай, когда Aqua будет спущен в атмосферу и безопасно сгорит. До тех пор спутник продолжает свою орбиту, как автомобиль на нейтральной передаче, катящийся с холма. После того как он будет выключен осенью, у Aqua больше не будет достаточно топлива, чтобы уклоняться от приближающегося космического мусора. Риск столкновения для правительственных спутников США должен составлять 1 к 1 000, но этот риск возрастает после того, как топливо заканчивается.

В 2007 году, когда Китай уничтожил один из своих собственных спутников, нескольким спутникам пришлось маневрировать, чтобы избежать космического мусора, что вызвало опасения по поводу возможности синдрома Кесслера, когда столкновения спутников начинают каскадироваться, как домино. По данным ЕКА, было подтверждено четыре космических столкновения, но только одно с участием климатического спутника: инцидент в 2021 году, когда обломок российской ракеты «Зенит-2» попал в китайский метеорологический спутник «Юньхай-1 02». Опасность возрастает: ЕКА оценивает увеличение риска столкновения на 20% с 2024 года. Из-за повышенного риска спутники стали практически не страхуемыми, что означает, что НПО и правительственные учреждения все чаще несут расходы, связанные с угрозами климатическим спутникам.

MethaneSAT, спутник, предназначенный для улавливания выбросов метана, чтобы лучше понять этот парниковый газ, прекратил передачу данных в 2025 году, всего через пятнадцать месяцев после начала своего жизненного цикла. После высокой солнечной активности спутник внезапно отключился. Следователи не могли прийти к единому мнению о причине. «Если бы этот спутник не был застрахован, это убило бы всю компанию», — говорит Бонвик. «Это не просто защита баланса, это выживание». Набор данных для отслеживания пожаров MODIS будет продолжать работу до тех пор, пока Aqua и его партнер Terra не будут отключены. NASA, которое ответило на первоначальное письмо Space.com, но еще не ответило на конкретные вопросы по этому вопросу, продолжает свои возможности обнаружения пожаров с помощью Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) — базы данных, которая существует на нескольких спутниках NASA.

Но поскольку космическое агентство страдает от сокращения государственного финансирования, частные фирмы теперь заполняют пробел. Google опубликовал планы по запуску созвездия спутников специально для обнаружения пожаров, что обещает фиксировать даже небольшие пожары с более высоким разрешением, чем раньше.

4 мая Aqua отпраздновал свой 24-й день рождения. Скорее всего, он станет последним. Спутник совершил более 126 000 витков вокруг Земли и стал основой для как минимум 30 000 научных публикаций. Однако его уход с орбиты поднимает тревожный вопрос, который выходит далеко за рамки одной миссии: а готово ли человечество к тому, чтобы потерять «глаза», следящие за климатом? Спутники нового поколения, такие как VIIRS, безусловно, технологически совершеннее, но их данные не создают непрерывного 24-летнего ряда наблюдений, который так ценят климатологи. Любой разрыв в записи, любое несовпадение калибровок между старым и новым оборудованием — и долгосрочные тренды по температуре океана, облачности или площади лесных пожаров могут быть поставлены под сомнение. Скептики изменения климата, как правило, именно такие нестыковки и используют, чтобы заявить, что «данные недостоверны».

Вторая проблема — финансирование. Пока NASA и ЕКА борются за бюджеты, частные компании (вроде той же Google с ее проектом пожарного созвездия) приходят в космос с совершенно иной бизнес-моделью. Они не обязаны хранить данные 30 лет и обеспечивать их научную преемственность. Их цель — коммерчески выгодный продукт. Эксперты опасаются, что в погоне за разрешением и частотой съемки частные спутники могут сменить спектральные каналы или алгоритмы обработки, сделав свои данные несопоставимыми с историческими. «Мы рискуем получить множество очень подробных, но совершенно не связанных друг с другом климатических “мгновенных снимков”, вместо единой киноленты», — предупреждает один из авторов отчета NASA 2018 года (попросивший не называть его имени, так как он участвует в консультациях с частными фирмами).

И, наконец, самое тревожное — это правовой вакуум. Ни одно международное соглашение сегодня не обязывает страны или компании чинить орбитальный мусор. Даже знаменитые «25 правил» ЕКА по снижению засоренности носят рекомендательный характер. В результате низкая околоземная орбита превращается в свалку, где 44 000 отслеживаемых объектов — лишь вершина айсберга. И каждый запуск новой группировки спутников (вроде Starlink или OneWeb) экспоненциально увеличивает и без того немалый риск. Пока дипломаты спорят о том, чья это ответственность — производителей спутников, запускающих государств или глобального сообщества, — Aqua и его собратья продолжают тратить последние капли топлива не на науку, а на то, чтобы просто выжить.

Спутник оставляет после себя один из самых длинных одноканальных климатических рядов данных, когда-либо собранных. Его вклад в климатологию будет трудно восполнить. Но, возможно, главный урок Aqua не в том, как долго может проработать хорошо сконструированный аппарат. А в том, что наша технологическая цивилизация, запуская тонны металла в космос, пока не научилась отвечать за «послезавтра». И если в ближайшие пять лет не будут приняты обязательные к исполнению международные правила по очистке орбиты (активная утилизация мусора, обязательные «страховочные» тросы, запрет на противоспутниковые испытания), то спутники следующего поколения рискуют разделить судьбу Aqua: провести не 24 года, а всего 24 месяца в постоянных маневрах уклонения, прежде чем их топливные баки опустеют. И тогда мы действительно можем ослепнуть — в самый разгар климатического кризиса, когда видеть нужно как никогда ясно.