Podcast: Boom satelitarny, który grozi zatkaniem nieba

Yoshi Sodeoka

Deep Tech to nowy podcast tylko dla subskrybentów, który ożywia ludzi i pomysły w naszym drukowanym magazynie. Odcinki ukazują się co dwa tygodnie. Udostępniamy bezpłatnie pierwsze cztery części, oparte na naszym numerze 10 przełomowych technologii.

Co dwa tygodnie SpaceX umieszcza kolejne 60 satelitów komunikacyjnych Starlink na niskiej orbicie okołoziemskiej. Jego początkowym celem jest wystrzelenie 12 000 tych małych, masowo produkowanych satelitów — sześć razy liczba działających satelitów znajdujących się obecnie na orbicie – z możliwością kolejnych 42 000 w przyszłości. Inne firmy, takie jak Amazon, Telesat i Planet, planują własne megakonstelacje satelitarne. Rezultatem może być mnóstwo nowych usług kosmicznych, od łączności internetowej po ciągłe mapowanie. Jednak coraz więcej uwagi poświęca się potencjalnym wadom, w tym zwiększonemu ryzyku kolizji, które mogą zaśmiecać niską orbitę okołoziemską niebezpiecznymi śmieciami i sprawić, że stanie się bezużyteczny. W tym odcinku Deep Tech słyszymy od założyciela OneWeb Grega Wylera oraz pisarza naukowego i byłego astrofizyka Ramina Skibby o wysiłkach mających na celu złagodzenie zagrożeń.

Pokaż notatki i linki

Megakonstelacje satelitów, z wydania drukowanego marzec-kwiecień 2020, s. 22

Sky’s the limit , z wydania drukowanego marzec-kwiecień 2020, s. 30

Liczba satelitów krążących wokół Ziemi może w ciągu następnej dekady wzrosnąć pięciokrotnie, 26 czerwca 2019 r.

Transkrypcja odcinka

Wade Roush: Wysoko nad naszymi głowami kilka tysięcy satelitów okrąża planetę… pomagając nam w takich sprawach, jak komunikacja, nawigacja i prognozowanie pogody. Umieszczenie tak wielu satelitów na niebie zajęło dziesięciolecia. Ale wkrótce dołączą do nich kolejne dziesiątki tysięcy. Może zmienić orbity najbliższe Ziemi w coś w rodzaju autostrady w godzinach szczytu.

Greg Wyler : Wszyscy myśleliśmy, że ocean jest duży, prawda? Po prostu wrzucasz tam swoje butelki, kogo to obchodzi? Ale to nie jest duże. Wszystkie te środowiska współgrają ze sobą i wpływają na siebie nawzajem. Myślisz o kosmosie, jest trochę duży, ale obiekty poruszają się z prędkością 17 000 mil na godzinę. To dużo zasięgu w każdej sekundzie.

Wade Roush: Przy tej prędkości nie ma czegoś takiego jak naginacz błotników. Jedna kolizja może wygenerować katastrofalną ilość kosmicznych śmieci.

Ramin Skibba: Jeśli każdy robi, co chce z nocnym niebem, to w pewnym momencie dojdzie do kolizji satelitów, które sprawią, że niska orbita okołoziemska będzie praktycznie bezużyteczna. Może to zająć wiele miliardów dolarów i wiele dziesięcioleci, poważnie, zanim orbita niskiej Ziemi będzie ponownie użyteczna.

Wade Roush: Nowa generacja satelitów może nam pomóc w osiągnięciu wszelkiego rodzaju celów – takich jak łączność z Internetem dla wszystkich na naszej planecie. Problem w tym, że nie ma tam żadnych gliniarzy, którzy ustalaliby i egzekwowali przepisy ruchu drogowego. Rozmawialiśmy z ekspertami o tym, jak firmy kosmiczne radzą sobie z brakiem regulacji – i co może się stać, jeśli zatłoczenie na niskiej orbicie okołoziemskiej wymknie się spod kontroli.

Jestem Wade Roush, a to Deep Tech.

[Muzyka z motywem Deep Tech]

Wade Roush: już niedługo Ziemia zostanie pokryta chmurą nowych satelitów. Chociaż niesie to ze sobą nowe zagrożenia, powinno również przynieść ogromne korzyści, w tym zapewnienie nowych usług, takich jak szersza łączność bezprzewodowa z Internetem i prawie ciągłe mapowanie powierzchni Ziemi. Dlatego redakcja MIT Technology Review postanowiła umieścić megakonstelacje satelitarne na tegorocznej liście 10 przełomowych technologii. Aby napisać o tym rozwoju, magazyn zwrócił się do pisarza naukowego z San Diego i byłego astrofizyka, Ramina Skibby.

Wade Roush: Powiedz nam, Ramin, czym jest megakonstelacja satelitów.

Ramin Skibba: Prawidłowy. Zatem megakonstelacja satelitów nie jest konstelacją gwiazd, takich jak Wielka Niedźwiedzica czy cokolwiek innego. Ale jest jak konstelacja w tym sensie, że są ze sobą powiązane. Więc możesz mieć tylko kilka satelitów lub możesz mieć dziesiątki, setki, a nawet tysiące współpracujących ze sobą.

Wade Roush: Ile konwencjonalnych satelitów znajduje się na orbicie, a ile jeszcze nadchodzi? Ile z tych konstelacji już istnieje?

Ramin Skibba: Wystarczy podać liczby w parku kulowym, na niebie znajduje się kilka tysięcy satelitów. Ale mówimy nie tylko o tysiącach, ale o dziesiątkach tysięcy kolejnych satelitów, które wkrótce się pojawią. I tak jest kilku głównych graczy, takich jak Space X, Planet Labs i One Web. To są trzy największe. A potem oczywiście NASA i Europejska Agencja Kosmiczna oraz inne agencje kosmiczne również pracują nad tymi konstelacjami satelitów.

Wade Roush: Według Ramina wszystko to umożliwia połączenie postępów inżynieryjnych, takich jak mniejsza elektronika i nowa generacja silników jonowych, które zużywają niewielkie ilości paliwa.

Ramin Skibba: Możesz więc zrobić w satelicie wielkości pudełka po butach to, czego wcześniej potrzebowałbyś w rozmiarze walizki. A to ma znaczenie, ponieważ jest tańsze w produkcji i tańsze w uruchomieniu. Teraz możesz zmieścić, powiedzmy, dziesiątki tych satelitów na jednej rakiecie.

Wade Roush: Jedną z obietnic tych nowych konstelacji satelitarnych jest to, że pomogą one zapewnić dostęp do Internetu 3,5 miliardowi ludzi, którzy nadal go nie mają. Ale tak naprawdę nikt nie reguluje tej rewolucji. I nikt nie zmusza firm do wymyślenia sposobu na upewnienie się, że ich satelity nie zderzą się na orbicie. Co więcej, kraje takie jak Chiny, Rosja, Indie i Stany Zjednoczone przetestowały pociski zaprojektowane do rozwalania satelitów na drobne kawałki.

Ramin Skibba: Mam na myśli film Powaga z Sandrą Bullock naprawdę przyniósł to do domu dla niektórych ludzi.

[Klip audio z Powaga ]

George Clooney: Houston, aktualizacja?

Ed Harris: Cóż, mamy pełną reakcję łańcuchową. Potwierdzono, że jest to niezamierzony efekt uboczny uderzenia Rosjan na jednego z ich własnych satelitów.

Astronauta: Zestrzelili własnego satelitę?

George Clooney: Prawo do dysponowania. Najprawdopodobniej satelita szpiegowski zepsuł się. Teraz to odłamki.

Ed Harris: Reakcja łańcuchowa szczątków wymyka się spod kontroli i szybko się rozszerza. Wiele satelitów nie działa i spadają.

Wade Roush: Ramin mówi, że niektóre aspekty filmu były bardzo realistyczne. W 2007 roku Chiny zniszczyły jednego z własnych satelitów meteorologicznych podczas testu technologii rakiet antysatelitarnych.

Ramin Skibba: Tylko tysiące kawałków gruzu zostało stworzonych przez ten pojedynczy pocisk uderzający w jednego satelitę. Nietrudno wyobrazić sobie konflikt w kosmosie, który tym razem tworzy nie tysiące, ale nawet miliony kawałków gruzu. To naprawdę jest sytuacja, w której w pewnym momencie może być za dużo gruzu. A więc w tej chwili bardzo ważne jest, aby nie tworzyło się więcej szczątków. To powinno być problemem numer jeden.

Wade Roush: Co mogą zrobić budowniczowie satelitów, aby z góry zminimalizować szanse, że ich satelity nie staną się kosmicznym śmieciem?

Ramin Skibba: Więc tak, jest wiele rzeczy, które mogą zrobić operatorzy satelitarni. Powiedziałbym, że Planet Labs jest jednym z tych, które podchodziły do ​​tego bardzo sumiennie. Większość ich satelitów znajduje się na niskiej orbicie okołoziemskiej. I są zaprojektowane tak, że gdy nie są już przydatne, spadają w kierunku Ziemi, a następnie spalają się w atmosferze.

Wade Roush: Więc są tak niskie, że w zasadzie na pewno spadną z powrotem do atmosfery, tylko z powodu tarcia czy czegoś takiego?

Ramin Skibba: Zgadza się, tak. Więc opór powietrza spowalnia te satelity. A potem zaczynają spadać. W przypadku satelitów znajdujących się wyżej opór powietrza jest tak bliski zera, że ​​to nie zadziała. I w zasadzie mają dwie opcje. Jednym z nich jest to, że jeśli na satelicie jest system napędowy, mogą przenieść go na niższą orbitę, a następnie wykonać ten sam manewr. Albo jeśli są tak wysoko, mogą wepchnąć satelitę na wyższą orbitę. Nazywa się to orbitą cmentarną. Więc kiedy jesteś tak daleko od ziemi, szanse na kolizję są w zasadzie znikome.

Wade Roush: Ale co, gdy dzieją się nieoczekiwane rzeczy? W zeszłym miesiącu SpaceX rozpoczął misję, aby umieścić na orbicie 60 kolejnych małych satelitów komunikacyjnych Starlink.

Spiker startu SpaceX: Pięć. Cztery. Trzy. Dwa. Jeden. Zero. Zapłon. Start…

Wade Roush: To jest nagranie z webcastu firmy.

Spiker startu SpaceX: I jest taki podgląd na żywo. Możesz więc zobaczyć na ekranie, że satelity powoli oddalają się od drugiego etapu. W ciągu następnych kilku tygodni oddalą się od siebie i ostatecznie użyją swoich pokładowych silników jonowych, aby dotrzeć na swoją ostateczną orbitę.

Wade Roush: Obecnie na orbicie znajduje się 360 takich satelitów z planowanych 12 000. Ale najsłynniejszym satelitą Starlink jest prawdopodobnie Starlink 44. W zeszłym roku, kiedy zmieniał orbitę, satelita pogodowy Europejskiej Agencji Kosmicznej musiał odpalić swoje silniki, aby zejść mu z drogi. Może nigdy by nie uderzyli. Ale może i tak, a ponieważ przygotowujemy się do świata z dziesiątkami tysięcy satelitów na niebie, potrzebny jest plan zapobiegania wypadkom.

Greg Wyler: To bardzo interesująca dziedzina prawa, a jeśli lubisz prawo kosmiczne lub prawo międzynarodowe, to będzie to duży temat.

Wade Roush: Greg Wyler założył firmę telekomunikacyjną OneWeb. Firma faktycznie zbankrutowała w zeszłym miesiącu, co było gospodarczą ofiarą pandemii koronawirusa. Ale do tego czasu miał plany wystrzelenia 2000 własnych satelitów, a jesienią, na naszej konferencji EmTech, Wyler rozmawiał z naszym redaktorem naczelnym Michaelem Reilly o swoich doświadczeniach z próbami zbudowania bezpiecznej megakonstelacji nawet przy braku regulacji. Będziemy słuchać przez kilka minut, ponieważ w tej rozmowie Wyler i Reilly zadali kilka pytań, które pokazują, jak trudne jest prawo kosmiczne. Po pierwsze: kto ponosi odpowiedzialność, jeśli jeden satelita uderzy w inny?

Greg Wyler: Ktokolwiek jest państwem wypuszczającym, ponosi odpowiedzialność za wszelkie wyrządzone przez siebie szkody.

Michael Reilly: Dobra.

Greg Wyler: Tak więc w większości krajów, jeśli zaczynasz, musisz wykupić ubezpieczenie od szkód, które możesz spowodować. Więc jeśli satelita uderzy w coś innego, ponosisz odpowiedzialność i ponosi odpowiedzialność państwo, ponieważ zwykle firma nie będzie w stanie zapłacić za szkody, spowodować szkody, a wielkość szkód może być znacznie większa niż jakakolwiek firma.

Michael Reilly: Pewny.

Greg Wyler: Może Amazon. A może nawet Amazon, jeśli pomyślisz o potencjalnych trwałych szkodach związanych z usunięciem stacji kosmicznej lub czymś w tym rodzaju.

Wade Roush: Wyler wyjaśnił, że ponieważ przestrzeń kosmiczna jest zasadniczo nieuregulowana, OneWeb zaprojektował swoją konstelację satelitów jako „naturalnie bezpieczną”.

Greg Wyler: Jakby dosłownie nikogo nie ma za kierownicą, prawda? Nie ma nikogo. FCC wydała NPRM – zawiadomienie o proponowanym tworzeniu przepisów dotyczących śmieci kosmicznych. Nic z tym nie zrobiłem. Handel mówi: „Przejmiemy kontrolę”, ale nie mają organu regulacyjnego, aby przejąć kontrolę. FAA nic nie powiedziała. Powiedzieli, że to jest powyżej tej granicy, to nie my”. Więc to, co zrobiliśmy w OneWeb, było na początku, zebrałem zespół, który zajął się śmieciami kosmicznymi i zaprojektowaliśmy naszą konstelację tak, aby była naturalnie bezpieczna. Przez naturalne bezpieczeństwo mam na myśli to, że gdy satelity krążą po orbicie, jeśli wszystkie się zepsują, nie zderzają się ze sobą. To bardzo kluczowy element. Teraz, jeśli zaprojektujesz konstelację, która nie jest naturalnie bezpieczna, oznacza to, że potrzebujesz aktywnych manewrów, aby się nie zderzyć.

Wade Roush: Mimo że nie ma FAA dla przestrzeni kosmicznej, Wyler powiedział Reilly'emu, że w świecie lotnictwa istnieje wiele użytecznych podobieństw z kontrolą ruchu lotniczego, które mógłby być stosowane do zarządzania unikaniem kolizji w przestrzeni. Po prostu… nikt ich nie stosuje.

Greg Wyler: Jestem pilotem, więc przyzwyczaiłem się do latania i masz poziomy, na których latasz, az czasem odstępy w pionie stały się węższe i węższe. Więc starasz się uzyskać lepszy odstęp w pionie, coraz bliżej, ale musisz wiedzieć, gdzie jesteś. Musisz mieć kogoś za sterami. Teraz możesz powiedzieć, że zrobię to wszystko zautomatyzowane i zrobię to w świecie AI. Nie jestem na to przygotowany w samolocie. I na pewno nie jestem na to przygotowany w satelitach, ponieważ być może będę w stanie wykorzystać sztuczną inteligencję do wymyślenia własnych rzeczy. Ale teraz mam tych wszystkich innych ludzi i jak ich systemy AI współpracują z moimi systemami AI, ponieważ nie ma ustawionych reguł. Co jeśli oboje skręcimy w prawo lub w lewo, albo jeden skręci w prawo, jeden skręci w lewo, jeden pójdzie w górę lub obaj zejdą w dół. Nie ma więc krótkoterminowego, pięcioletniego sposobu na zautomatyzowanie unikania kolizji. Dobra? Możesz zautomatyzować dyskusje na temat kolizji, możesz zautomatyzować zrozumienie tego, ale pomijasz unikanie kolizji — to nawet nie jest rozważane jako bezpieczna możliwość w ciągu najbliższych pięciu lat.

Michael Reilly: Ok, więc co musimy zrobić? Jestem ciekaw, kto zostaje policjantem drogowym i jak wygląda policjant drogowy, kiedy nie mówimy tylko o amerykańskiej przestrzeni powietrznej, mówimy o niskiej orbicie okołoziemskiej.

Greg Wyler: Więc to, co miałem nadzieję, się wydarzy, mając nadzieję, że Stany Zjednoczone przyjmą w tej sprawie perspektywiczne stanowisko, a senatorowie pisali do FCC i mówili, że powinieneś coś zrobić. I wiele osób zaczęło o tym mówić. Stany Zjednoczone powinny stworzyć regułę, zestaw reguł, a następnie powiedzieć światu: „Ponieważ mamy wiele satelitów, narzucimy to naszym systemom satelitarnym i poprosimy o przyjąć te zasady i stworzyć międzynarodowe porozumienie w tej sprawie.” Tak się nie stało. I mają cały zestaw zasad. Możesz to sprawdzić na stronie internetowej, ale nie działali na tym. Ale FCC nie zajmuje się przestrzenią kosmiczną. Są oni w pewnym sensie odpowiedzialni za licencjonowanie praw do widma do wykorzystania przestrzeni kosmicznej, co jest rodzajem bramy… Ale możesz wystrzelić satelitę, który nie wykorzystuje widma FCC…

Wade Roush: Ale nawet jeśli firmy satelitarne i rządy w końcu zajmą się tym wszystkim, pisarz naukowy Ramin Skibba mówi, że istnieje inny problem z megakonstelacjami satelitów. Im więcej satelitów znajduje się na niskiej orbicie okołoziemskiej, tym częściej stają one na drodze teleskopom naziemnym patrzącym na nocne niebo.

Ramin Skibba: Wielu astronomów jest zdenerwowanych mega-konstelacjami z powodu tego, jak wpływają one na ich obserwacje. Mam na myśli to, że są wystarczająco jasne i wystarczająco duże, że mogą wpłynąć na przyzwoitą liczbę obrazów. A więc to nie lada wyzwanie dla astronomów. I to nie tylko wyzwanie techniczne. Myślę, że to też jest zasada. Nie są zbyt zadowoleni z możliwości, że konstelacje satelitów mieszają się w ich nauce.

Wade Roush: Zaprosiliśmy SpaceX do udziału w tym podkaście, a oni odmówili. Ale firma powiedziała, że ​​dokłada wszelkich starań, aby jej satelity nie stały się kosmicznym śmieciem. Satelity Starlink mogą manewrować z drogi, gdy istnieje wykrywalne ryzyko kolizji, a w rzeczywistości firma powiedziała, że ​​we wrześniu zeszłego roku usunęłaby Starlink 44 z drogi satelity pogodowego ESA, chyba że wystąpił błąd w jego systemie przywoławczym co uniemożliwiło operatorom Starlink zobaczenie ostrzeżeń ESA. Ponadto firma twierdzi, że starzejące się satelity Starlink będą wykorzystywać swoje pokładowe systemy napędowe do deorbitacji przed śmiercią, a nawet jeśli napęd zawiedzie, satelity znajdują się na tak niskiej orbicie, że spadną z powrotem na ziemię w ciągu jednego do w każdym razie pięć lat. A jeśli chodzi o pytanie, jak sprawić, by satelity zakłócały astronomię naziemną, oto, co spiker SpaceX miał do powiedzenia podczas transmisji internetowej z 18 marca startu Starlink, o którym słyszeliście wcześniej.

Spiker startu SpaceX: Jedna szybka aktualizacja. Jak wielu z was wie, przeprowadziliśmy szereg testów w celu zmniejszenia współczynnika odbicia satelitów Starlink w drodze na orbitę. Pierwszym z tych testów jest użycie farby do przyciemnienia części satelity. Wstępne wyniki wskazują na znaczną redukcję. Ale mamy kilka innych pomysłów, które naszym zdaniem mogą jeszcze bardziej zmniejszyć współczynnik odbicia, z których najbardziej obiecującym jest osłona przeciwsłoneczna, która działałaby w taki sam sposób, jak parasol na patio lub osłona przeciwsłoneczna, ale dla satelity. Opcja osłony przeciwsłonecznej jest planowana na przyszłą premierę Starlink. Wszystkie te wysiłki są w toku i będziemy nadal zgłaszać wyniki, gdy je otrzymamy.

Wade Roush: Tak więc, Ramin, wydaje się, że większym problemem jest to, że po prostu nie mamy zestawu zasad rządzących komercjalizacją lub rozwojem przestrzeni kosmicznej. Czy uważasz, że zbliżamy się do jakiegoś międzynarodowego porozumienia lub sposobu działania, który zminimalizuje szkody i zmaksymalizuje korzyści?

Ramin Skibba: To dobre pytanie. Myślę, że zarówno na poziomie krajowym, jak i międzynarodowym agencje i instytucje muszą nadrobić zaległości. Tak więc zmiany zachodzą znacznie szybciej, niż przepisy mają je regulować. Istnieje nacisk na opracowanie przepisów w tym zakresie. Ale myślę, że minie kilka lat, zanim cokolwiek ma szansę przeminąć. A na poziomie międzynarodowym Organizacja Narodów Zjednoczonych ma grupę, która również pracuje nad tymi kwestiami. Ale do pewnego stopnia mam wrażenie i może to być błędne, ale mam wrażenie, że grupy międzynarodowe idą w pewnym sensie za przykładem USA, a Stany Zjednoczone nie miały w tej sprawie zbyt dużego przywództwa. Firmy będą wywierać nacisk, aby zwracały większą uwagę na te kwestie. Ale ta presja może wynikać bardziej z presji społecznej niż z presji politycznej. Myślę więc, że to więcej wiadomości i ludzi narzekających na to, że SpaceX psuje ich nocne niebo, wpłynęło na SpaceX. To nie tak, że członek Kongresu lub ktoś z administracji Trumpa zadzwonił do Elona Muska i powiedział: „Hej, musisz nad tym popracować”.

Wade Roush: Wielu ekologów mówi o tragedii wspólnego pastwiska, która wywodzi się z idei filozofa Garretta Hardena z lat 60. XX wieku. I myślę, że konkretnie użył metafory o wypasie bydła na wspólnej działce. A gdyby wszyscy wykorzystali przydzieloną im część ziemi, umieszczając tam coraz więcej bydła, w końcu nie byłoby już trawy. Zastanawiam się więc, czy uważasz, że istnieje niebezpieczeństwo, że taka sama sytuacja wystąpi w kosmosie. Czy dojdzie do tragedii wspólnego obszaru, w której nieuregulowany dostęp spowoduje, że niska orbita okołoziemska stanie się praktycznie bezużyteczna dla wszystkich?

Ramin Skibba: Prawidłowy. Myślę, że tragedia wspólnego pastwiska jest dobrą analogią do tej sytuacji. Wiesz, jest ograniczona przestrzeń. Przestrzeń powinna być dla każdego. Nocne niebo powinno być dla wszystkich. Ale tak, jeśli wszyscy robią, co chcą z nocnym niebem, to w pewnym momencie dojdzie do kolizji satelitów, które sprawią, że niska orbita Ziemi będzie praktycznie bezużyteczna. Jeśli skończy się to kaskadowym efektem zderzeń, może to zająć wiele miliardów dolarów i wiele dziesięcioleci, poważnie, zanim niska orbita Ziemi będzie ponownie użyteczna. To sytuacja, której naprawdę należy unikać za wszelką cenę. A teraz jest tam trochę Dziki Zachód.

[Muzyka z motywem Deep Tech]

Wade Roush: To wszystko w tej edycji Deep Tech. Jest to podcast, który tworzymy wyłącznie dla subskrybentów MIT Technology Review, aby pomóc ożywić niektóre osoby i pomysły, które znajdziesz na łamach naszej witryny internetowej i w naszym magazynie drukowanym. Ale pierwsze cztery odcinki dotyczą naszego corocznego wydania 10 przełomowych technologii i udostępniamy je bezpłatnie dla wszystkich.

Deep Tech jest pisane i produkowane przeze mnie, a redagowane przez Michaela Reilly i Jennifer Strong. Naszym tematem jest Titlecard Music and Sound w Bostonie. Specjalne podziękowania w tym tygodniu dla Ramina Skibby, Margot Wohl i Grega Wylera. Jestem Wade Roush. Dziękujemy za wysłuchanie i mamy nadzieję, że zobaczymy się ponownie w naszym następnym odcinku pod koniec kwietnia.

ukryć