Науковці Інституту іоносфери НТУ «ХПІ» стали частиною команди дослідницької місії SAWA вартістю близько 12 мільйонів євро. SAWA вивчатиме космічну погоду на низькій навколоземній орбіті – саме там працює більшість сучасних супутників, зокрема, ті, що забезпечують зв’язок, навігацію та спостереження за Землею. Місія стане важливою складовою майбутньої європейської системи моніторингу космічної погоди, яка створюється в межах програми Європейського космічного агентства – Space Safety Programme. Основне завдання програми — краще зрозуміти процеси взаємодії магнітосфери, іоносфери та верхніх шарів атмосфери Землі. Це допоможе підвищити точність прогнозування космічних явищ, здатних впливати на роботу супутникових систем та наземної критичної інфраструктури.
У межах міжнародного космічного проєкту SAWA (Small Mission for Space Weather Investigations of Magnetosphere–Ionosphere–Thermosphere Coupling) фахівці Науково-дослідного інституту іоносфери НТУ «ХПІ» надали експертні рекомендації щодо сучасних проблем дослідження навколоземного простору та прогнозування параметрів атмосфери. Їхні напрацювання допомогли обґрунтувати включення до обладнання SAWA приладу для вимірювання концентрації атомарного кисню – одного з ключових компонентів верхньої атмосфери, що суттєво впливає на роботу космічних апаратів на низьких орбітах. Наукові результати роботи міжнародної команди SAWA, очолюваної Центром космічних досліджень Польської академії наук, нещодавно опубліковано в провідному міжнародному журналі Acta Astronautica – офіційному виданні International Academy of Astronautics.
Науковці Інституту іоносфери НТУ «ХПІ» пояснюють, що стан навколоземного космічного простору та його мінливість, яка пов’язана з активністю Сонця (космічна погода), безпосередньо впливають на безпеку критично важливих космічних систем, зокрема, спричиняючи гальмування супутників. «Більшість людей звикла вважати, що в космосі «немає повітря», – каже директор Інституту іоносфери НТУ «ХПІ» Дмитро Котов. – І в побутовому розумінні це справді так. Наприклад, на висоті 500 км кількість атмосферних частинок у сотні мільярдів разів менша, ніж у повітрі, яким ми дихаємо. Інтуїтивно здається, що гальмування супутника, який рухається в такий екстремально розрідженій атмосфері, має бути дуже незначним. Але вся справа у відстані. Це схоже на ковзання по поверхні льоду: ви можете розігнатися і досить далеко проїхати, бо тертя маленьке, але ви все одно зупинитеся. Те саме відбувається в атмосфері з космічними апаратами. Уявіть лише, які гігантські відстані вони проходять за своє космічне життя. Наприклад, супутник, що має кругову орбіту з висотою біля 500 км (наприклад, супутники системи Starlink), за добу здійснює 15 обертів навколо Землі. Довжина одного такого витка становить приблизно 42 тисячі кілометрів. За добу це вже буде понад пів мільйона кілометрів! А за місяць? А за рік? Ось чому супутники зазнають істотного гальмування та їх треба періодично «піднімати» на орбіті. А для цього супутнику потрібні запаси палива».
Висновок з цієї історії простий: тривалість життя супутника залежить від інтенсивності гальмування в атмосфері, а інтенсивність гальмування залежить від густини атмосфери. «Отже, якщо ми хочемо спрогнозувати тривалість життя супутника або розрахувати запаси палива, які він повинен мати, щоб він працював протягом певного часу на заданій орбіті, ми мусимо мати довгостроковий прогноз густини атмосфери, – резюмує Дмитро Котов. – Але будувати точні прогнози науковцям поки що не вдається. Раніше ми розповідали про приголомшливий випадок, коли з орбіти зійшли одразу 38 супутників Starlink. Наші дослідження показали, що в той час міжнародна стандартна модель атмосфери надавала некоректний прогноз навіть під час спокійної космічної погоди. А під час сонячних штормів ситуація є особливо складною».
Науковці ХПІ відзначають, що безпека супутників у космосі сьогодні – один із головних викликів для сучасних технологій. «Немає впевненості в безпеці супутників у космосі – немає гарантії, що космічний зв’язок та навігація спрацюють так, як треба, у потрібний момент. Що це означає в сучасному світі – пояснювати не треба вже нікому. Будь-яка країна, яка прагне забезпечити власну безпеку та хоче захиститися від агресивних сусідів, має бути на крок попереду в космосі. Саме тому ключові світові гравці продовжують активно інвестувати в дослідження космічної погоди», – підкреслює директор Інституту іоносфери НТУ «ХПІ» Дмитро Котов. За його словами, однією із таких масштабних довгострокових ініціатив стало створення програми Space Safety Programme Європейського космічного агентства. Її мета – формування розподіленої системи сенсорів для постійного моніторингу космічної погоди. Важливою частиною цієї європейської системи стане супутниковий проєкт SAWA (Small Mission for Space Weather Investigations of Magnetosphere–Ionosphere–Thermosphere Coupling). Наносупутник вартістю близько 12 мільйонів євро планують вивести на кругову навколоземну орбіту заввишки приблизно 550 км на початку 2029 року. SAWA досліджуватиме складні фізичні процеси взаємодії між магнітосферою, іоносферою та термосферою Землі. Отримані дані допоможуть ученим краще зрозуміти, як змінюється навколоземний простір, удосконалити моделі космічної погоди та підвищити надійність роботи супутникових систем. «Колеги з Центру космічних досліджень Польської академії наук, координатора проєкту SAWA, звернулися до нас за експертною консультацією щодо сучасних викликів у дослідженні та прогнозуванні термосфери, – розповідає Дмитро Котов. – Ми допомогли обґрунтувати включення до складу дослідницького обладнання SAWA вимірювача концентрації атомарного кисню, що отримав «ім’я» ANDREW. Атомарний кисень – головна складова атмосфери на висотах поблизу 500 км, а отже – головне «гальмо» супутників, що літають на цих висотах. Але вплив кисню на космічну погоду та супутникові системи насправді цим не обмежується. Ми з нетерпінням очікуємо на дані SAWA, бо маємо ідеї, як отримати з них дещо принципово нове».
Науковці Інституту іоносфери не приховують емоцій від роботи в команді SAWA. «Це честь для нас – зробити внесок у розвиток європейської інфраструктури для моніторингу космічної погоди, – зазначає Дмитро Котов. – Не менш почесно – стати співавторами публікації команди SAWA в легендарному журналі Acta Astronautica, офіційному виданні International Academy of Astronautics, яка була заснована батьком сучасної аеродинаміки Теодором фон Карманом. Acta Astronautica щороку публікує приблизно 600 наукових статей, серед яких лише одна-дві підготовлені за участю українських дослідників. Але найголовніше не в цьому. Вчені люблять казати, що їхні наукові результати поглиблюють знання про світ, в якому ми живемо. І це правда. Але результати місії SAWA зроблять значно більше – вони допоможуть захистити світ. Світ України. Світ наших партнерів. Світ майбутнього».
Довідка:
SAWA (Small Mission for Space Weather Investigations of Magnetosphere–Ionosphere–Thermosphere Coupling) – майбутня супутникова місія Європейського космічного агентства, спрямована на вивчення космічної погоди та дослідження магнітосферно-іоносферно-термосферної взаємодії. Запуск запланований на початок 2029 року. Лідером проєкту зі створення SAWA є Центр космічних досліджень Польської академії наук.
Acta Astronautica — офіційний журнал International Academy of Astronautics, який публікує оригінальні роботи в галузях фундаментальної інженерії, біології, соціальних наук, а також технологій, що пов’язані з мирними науковими дослідженнями космосу, його використанням для добробуту людства та розвитку науки, концепціями, проєктуванням, розробкою та експлуатацією космічних та наземних систем. Заснований ще до початку космічної ери (у 1955 році).
International Academy of Astronautics— міжнародна громадська організація, що об’єднує провідних вчених і інженерів у галузі космічних досліджень. Заснована у 1960 році за ініціативою Теодора фон Кармана.
Стаття опублікована: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094576526003693