Супутники заважають астрономам: радіосигнали засмічують телескопи

Вчені та інженери виявилися непідготовленими до масштабів радіоперешкод, які створюють супутникові констеляції на низькій навколоземній орбіті. Проблема стала особливо гострою з появою великих угруповань супутників, які активно комунікують із наземними станціями.

Тюдор Вільямс, технічний директор компанії Filtronic, яка спеціалізується на високочастотному радіочастотному зв'язку, пояснив суть проблеми. Основне джерело перешкод пов'язане з передачею сигналів від супутників до наземних станцій. Великі констеляції, зокрема Starlink компанії SpaceX, використовують оптичні канали для зв'язку між супутниками, які не створюють таких проблем. Однак зв'язок із Землею відбувається через радіохвилі, і саме тут виникають труднощі.

За словами Вільямса, проблема криється в бічних пелюстках погано спроектованих антен, де сигнали ненавмисно розсіюються в різних напрямках. Це призводить до того, що діапазони, які використовуються для комунікацій, накладаються на діапазони спостережень, створюючи головний біль для радіоастрономів.

«У погано спроектованій антені ви отримуєте досить сильні пелюстки сигналів, які надсилаються в різних напрямках», пояснює Вільямс. Це означає, що радіохвилі поширюються не лише в потрібному напрямку до наземної станції, а й у бік радіотелескопів, які намагаються вловити слабкі сигнали з космосу.

Логічним здається питання про ліцензування та регулювання. Чи не мали б існуючі правила запобігти цій проблемі? Вільямс визнає, що регулювання існує, але проблема полягає в тому, що до початку масового запуску супутників масштаби перешкод не були повністю зрозумілі або передбачені під час наземного тестування.

«Можливо, регулювання не було таким суворим, яким мало бути на початку», каже він. «І коли ми почали отримувати більше даних про це, ми, очевидно, можемо мати більш суворі захисні смуги та більш жорстке регулювання в майбутньому».

Захисна смуга це частина радіоспектра між активними діапазонами, яка діє як буфер, щоб запобігти витоку сигналів з одного каналу в інший. Проектувальники роблять все можливе, але іноді в процесі виникають помилки, які призводять до витоків у спектр. Регулюючі органи визначають, скільки перешкод можна терпіти.

У міру того як проблема стає зрозумілішою, а такі компанії, як SpaceX, працюють із вченими та регуляторами над розробкою вдосконаленого обладнання, ситуація має почати покращуватися. Однак це слабка втіха для астрономів, які мають справу з тисячами нових джерел перешкод.

Вільямс визнає, що модернізація обладнання на існуючих супутниках не є реалістичним рішенням, але зазначає можливість оновлення програмного забезпечення. «Вони можуть робити оновлення таких речей, як форми хвиль. Тип форм хвиль, які проходять через підсилювач, має досить великий вплив на спектральне розсіювання. Це по-різному навантажує підсилювачі», пояснює він.

«Тож ви потенційно можете оптимізувати форми хвиль, використовуючи штучний інтелект або щось інше, щоб фактично контролювати це і намагатися викликати менше спотворень навіть з існуючим обладнанням. Тож ви потенційно можете вирішити це з точки зору базової смуги».

Не лише альтруїзм заохочує операторів до належної поведінки. «Чим більше ми бачимо, що це відбувається, тим більше це буде тиснути на операторів супутників, тому що на них буде тиск, щоб вони поводилися належним чином. Тому що вони повинні контролювати свій спектр», пояснює Вільямс.

«Усі розуміють проблему. Усі знають про проблему. Просто наскільки це погано? Які проблеми це викликає? Що нам потрібно робити краще?» додає він.

Вільямс зазначає, що операторам супутників потрібні їхні ліцензії, які буде складно поновити, якщо вони поводитимуться погано і вторгатимуться в місця, де їхні сигнали не повинні бути. «Я думаю, нам потрібно мати співіснування наукових місій і загального широкосмугового зв'язку», каже Вільямс.

Супутники Starlink, наприклад, розраховані на відносно короткий термін експлуатації близько п'яти років. У міру того як проблема перешкод стає зрозумілішою, а регулювання посилюється, з'являється можливість для змін в обладнанні. «Чи будуть наслідки для витрат, якщо вам доведеться краще контролювати сигнал?» розмірковує Вільямс. «Так. Ймовірно. Тому що це ускладнює проектування. Серійне виробництво і велика кількість супутників можуть додати чимало витрат у процес».

Зрештою, хоча світлове забруднення нічного неба швидко зростаючими констеляціями супутників видно навіть неозброєним оком, масштаби радіочастотних перешкод виявилися несподіваними для багатьох. За словами Вільямса, зворотний зв'язок до органів стандартизації буде переданий операторам супутників, і їм доведеться мати кращі системи продуктивності в майбутньому.