Co może uszkodzić lub zniszczyć satelitę w kosmosie

Ostatnio świat obiegła informacja o burzy słonecznej, która utrudniła pracę systemu satelitarnego Starlink. Była to największa burza słoneczna od przynajmniej 20 lat, ale według Elona Muska nie udało jej się zakłócić komunikacji na tyle, żeby sparaliżować system. Z tej okazji postanowiłem przyjrzeć się zagrożeniom, jakie czyhają na satelity w przestrzeni kosmicznej.

Burze słoneczne

Burze słoneczne to zjawisko, które jest spowodowane zwiększoną aktywnością słońca, a dokładniej koronalnymi wyrzutami masy. Powoduje to kilka ciekawych efektów, jak na przykład widoczne z ziemi zorze polarne. Ma jednak również inne, mniej przyjemne konsekwencje, które są dość kłopotliwe dla satelit. Takie burze powodują bowiem ocieplenie się atmosfery, wzrasta też jej gęstość na niższych wysokościach. W 2022 roku pomiary sugerowały, że opór atmosferyczny wzrósł nawet o 50%.

Właśnie w 2022 roku burza słoneczna spowodowała straty koncernu SpaceX. Wysyłana wtedy na orbitę transza satelitów Starlink doznała uszkodzeń. 40 jednostek nie zdołało osiągnąć docelowej wysokości i w wyniku zjawiska spłonęła w ziemskiej atmosferze.

Koncern jednak wyciągnął wnioski ze zdarzenia i w 2024 roku przeszedł przez burzę magnetyczną bez większych strat. Nie przeszkodziła ona nawet w wyniesieniu nowych jednostek satelitarnych, bowiem 12 maja br. SpaceX wykonało udany start nowej transzy.

Tak dobrze jednak nie poradził sobie system GPS. Sygnalizowane były przerwy w działaniu systemu w Stanach Zjednoczonych. Również dobrze znane są problemy z „nie trzymaniem pozycji” przez system w trakcie burzy. Z badań wynika, że podczas silnych burz magnetycznych pozycja sygnalizowana przez GPS może przekłamywać lokalizację nawet o kilkadziesiąt metrów! Jest to oczywiście spowodowane wysoką aktywnością elektromagnetyczną słońca w trakcie trwania zjawiska. Z tego samego powodu zakłóceniom mogą też ulec inne systemy satelitarne jak np. telewizyjne czy obrazujące.

Śmieci kosmiczne

Kosmiczne śmieci to skutek ponad sześćdziesięcioletniej działalności człowieka w przestrzeni kosmicznej. W większości powstały wskutek rozpadu, wybuchu, zderzenia lub innych uszkodzeń któregoś z około 8950 satelitów, które zostały wprowadzone początku działalności w kosmosie.

ESA szacuje, że na orbicie jest ponad 900 000 odłamków większych niż 1 cm. Każde zderzenie takiego odłamka z działającym satelitą może spowodować szkody i w najgorszym przypadku zakończyć jego misję. Dodatkowo każdy taki odłamek „zapełnia” pojemność orbity co przekłada się na fakt, że można na nich umieścić ogólną mniejszą liczbę modułów.

Globalni operatorzy wydają rocznie 14 mln euro na manewry mające na celu uniknięcie skutków zderzenia z odłamkami, lecz ponad 99% tych alarmów jest fałszywych. W najbliższych latach przewiduje się masowe rozmieszczanie małych satelitów i dużych konstelacji przez nowe podmioty komercyjne. Spowoduje to generowanie dla operatorów megakonstelacji setek tysięcy ostrzeżeń przed kolizją tygodniowo, wielokrotnie więcej niż obecnie.

W tym temacie podejmowane są dość ciekawe inicjatywy. Trwają intensywne prace nad technologiami SDA (Space Domain Awareness). M.in. firma konsultingowa Booz Allen Hamilton identyfikuje je jako jedną z dziesięciu najważniejszych technologii dla bezpieczeństwa w nadchodzących latach.

Technologie SDA służą do wykrywania, śledzenia i charakteryzowania obiektów orbitujących wokół Ziemi, aby zapobiegać kolizjom, identyfikowania zagrożeń oraz określania własności i zamiarów satelitów. Rosnące znaczenie SDA znajduje odzwierciedlenie w najnowszym budżecie Sił Kosmicznych USA, który przewiduje na rok fiskalny 2024 kwotę 612 milionów dolarów, co stanowi wzrost o 120 milionów dolarów w porównaniu do dwóch lat wcześniej. Fundusze te zostaną przeznaczone na radary naziemne, teleskopy optyczne, systemy nadzoru kosmicznego, zakupy danych komercyjnych oraz usługi analizy danych.

Ostatnia strategia komercyjna Sił Kosmicznych podkreśla wykorzystanie technologii komercyjnych dla SDA, jednak długoterminowo na rynku prawdopodobnie utrzyma się jedynie kilka najlepszych firm. Wojsko USA i NATO w dużej mierze polega na zdolnościach kosmicznych w zakresie nawigacji, komunikacji, zbierania informacji i wczesnego ostrzegania, co sprawia, że SDA jest priorytetem dla utrzymania operacyjnego bezpieczeństwa.

Asteroidy

Oczywiście odczuwamy też obecność naturalnych odpowiedników śmieci kosmicznych – asteroidów. Nie jest to jednak duże ani częste zagrożenie. Duża asteroida (2008 OS7), która na początku lutego przeleciała dość blisko ziemi (0,019 jednostki astronomicznej) nawet nie zbliżyła się do wyrządzenia szkód satelitom i konstelacjom.

Z punktu widzenia technicznego śledzenie meteoroidów czy asteroidów jest bardzo podobne do śledzenia śmieci kosmicznych. Tak więc wystarczy jeden, już konieczny do implementacji system, pozwala zmniejszyć prawdopodobieństwo zderzenia z obiektami kosmicznymi.

Działalność człowieka

Konstelacje są też narażone na ataki wywołane przez działalność człowieka. Największe armie świata już od jakiegoś czasu testują broń ASAT do niszczenia satelitów umieszczonych na orbicie. Programy takie są testowane już od lat 80. czyli od czasów zimnej wojny.

W ostatnich dniach ukazała się informacja o tym, że Rosjanie rozwijają program niszczenia satelitów za pomocą broni nuklearnej. Częścią tego programu jest m.in. umieszczenie na obicie satelity Cosmos 2553, która ma testować system oraz przenosić nienuklearne elementy uzbrojenia. System ma być wycelowany w amerykańskie systemy wojskowe, ale także systemy komercyjne, takie jak Starlink, który pomaga wojskom ukraińskim w komunikacji podczas wojny.

Zniszczenie fizyczne satelitów nazywane jest także wyłączeniem „hard-kill”. Istnieje także koncepcja wyłączania typu „soft-kill”, a więc bez fizycznego zniszczenia sprzętu. Może to być związane z zakłóceniem komunikacji radiowej pomiędzy elementami systemu lub też w jakikolwiek inny sposób utrudnić bądź uniemożliwić korzystanie z systemu.

Spekuluje się, że oprócz armii rosyjskiej, nad takimi zdolnościami pracują armie USA, Izraela oraz Chin. Zwłaszcza armia chińska zapowiadała rozwijanie zdolności, które mogłyby uderzyć w Starlinka, czyli w teorii projekt w 100% komercyjny.

Rosnącym zagrożeniem są także ataki hakerskie na satelity. Doniesienia o takich incydentach w ostatnich miesiącach pojawiają się coraz częściej. Koronnym przykładem jest atak na ukraińskie kanały telewizyjne na początku wojny rosyjsko-ukraińskiej. Na cel brane są jednak również satelity rosyjskie, amerykańskie i inne. Warto być świadomym, że kwestia bezpiecznych protokołów nie jest do końca ustandaryzowana, co może powodować trudności z zapewnieniem bezpieczeństwa. Pozostaje liczyć na to, że uda się sprawę uregulować i zapewnić bezpieczeństwo kluczowym systemom.

O autorze