Радар через океан: как радиотелескоп в Джодрелл-Бэнк научился ловить космический мусор на высоте 36 000 километров

Радиотелескопы созданы для того, чтобы слушать сигналы звезд и далеких галактик, но ученые также указывают, что эти инструменты могут отслеживать объекты и несколько ближе к дому: мусор на околоземной орбите.

Инженеры использовали знаменитый радиотелескоп в Джодрелл-Бэнк в Великобритании в рамках международного проекта по наблюдению за высотным космическим мусором. Обычно старые спутники и обломки космических аппаратов, застрявшие на геостационарной орбите, находятся слишком высоко для обычных методов отслеживания. Однако упомянутый международный проект под названием Long Baseline Multistatic Radar (LBMR) успешно применил радиотелескоп для решения этой проблемы.

«Это было сделано впервые», — сказал Саймон Гаррингтон, заместитель директора Джодрелл-Бэнк, в видео о проекте.

Насущная проблема

Ни для кого не секрет, что на околоземной орбите стремительно накапливается мусор — мертвые спутники, остатки ракет, обломки от столкновений аппаратов или испытаний противоспутниковых ракет и многое другое. И пока мы продолжаем заполнять орбиту тысячами новых спутников каждый год, мы также повышаем риск того, что один из них будет поражен фрагментом мусора. Этот мусор необходимо отслеживать.

Большинство спутников находится на низкой околоземной орбите (НОО) на высотах до 2000 километров, и космический мусор действительно более сконцентрирован на НОО. Однако есть веские причины не меньше беспокоиться о мусоре на гораздо более высокой геостационарной орбите (ГСО), расположенной на высоте 36 000 километров. Именно там, например, находятся критически важные спутники связи и метеоспутники, и космическому мусору не требуется быть в больших количествах, чтобы представлять угрозу: достаточно одного неудачного попадания, чтобы вывести спутник из строя.

Это ставит охотников за обломками перед дилеммой. Обычно они отслеживают космический мусор на НОО с помощью радаров, но большинство наземных радиолокационных систем недостаточно чувствительны, чтобы наблюдать за высотами ГСО. Вместо этого для обнаружения объектов на ГСО полагаются на оптические телескопы. Эти телескопы хороши для отслеживания более крупных объектов (поперечником более 10 сантиметров), но не способны различать более мелкие объекты так же хорошо, как радар. А ведь эти мелкие объекты могут быть столь же смертоносны и разрушительны, как и их более крупные собратья. Чтобы увидеть их с помощью радара, нужны особо чувствительные приемники.

К счастью, такое оборудование уже существует — именно здесь и могут помочь радиотелескопы.

Семь лет, чтобы перестать быть «сумасшедшими»

Инженеры пытались наблюдать за мусором с помощью радиотелескопов еще в 1990-х, но проект LBMR, поддержанный НАТО и Космическим агентством Великобритании, хотел пойти дальше и отслеживать мусор в реальном времени.

Инженеры LBMR разработали схему, как это осуществить. Они решили транслировать радиоволны с радарной установки в Лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института в США. Эти радиоволны, отражаясь от обломков, попадали бы в тарелки британских радиотелескопов, таких как телескоп имени Ловелла в Джодрелл-Бэнк. На земле сигнал радиотелескопа обрабатывался и анализировался в реальном времени.

Синхронизировать радарный передатчик с радиотелескопом на другом берегу океана и затем обработать его сигналы — задача, которую гораздо легче сказать, чем сделать.

«Эта идея возникла около семи лет назад. Тогда она звучала как сумасшедшая, потому что у нас не было синхронизации. У нас были активы на одном конце океана и другие активы на другом конце океана, — рассказал в видео Марко Марторелла, инженер-электронщик из Бирмингемского университета и еще один участник LBMR. — Но мы были достаточно сумасшедшими, чтобы продолжать».

Это потребовало многолетней работы, но теперь исследователи успешно продемонстрировали, что могут принимать сигнал с помощью одной антенны. Это позволило им отслеживать расстояние до фрагмента мусора и скорость изменения этого расстояния в реальном времени.

Следующим шагом исследователи LBMR надеются продемонстрировать, что они могут принимать радарные отражения одного и того же объекта сразу несколькими радиотелескопами. Это, по словам ученых, позволит охотникам за мусором использовать технику радиотелескопов для полноценного отслеживания обломков в трех измерениях.

При подготовке статьи использованы материалы проекта LBMR, Университета Бирмингема, обсерватории Джодрелл-Бэнк, а также данные НАТО и Космического агентства Великобритании.