Sateliți comerciali în LEO: riscul pentru astronomia spațială

Lumina reflectată de flotele în creștere ale sateliților comerciali ar putea contamina majoritatea imaginilor realizate de telescoapele spațiale aflate aproape de Pământ, avertizează cercetătorii. Un studiu recent modelează modul în care megaconstelările propuse — dacă vor fi lansate conform planurilor — ar face observațiile astronomice mult mai dificile și, în unele cazuri, imposibile pentru o gamă largă de misiuni. Analiza combină simulări optice, calcule orbitale și estimări privind interacțiunea dintre semnalele reflectate de sateliți și detectoarele sensibile ale instrumentelor spațiale.

Cerul aglomerat și cifrele din spatele riscului

Numărul sateliților activi în orbita joasă a Pământului (LEO) a crescut de la aproximativ 2.000 în 2019 la circa 15.000 în prezent, impulsionat în principal de constelațiile comerciale pentru internet. Această creștere recentă poate fi însă doar calmul dinaintea unei furtuni: studiul publicat în Nature proiectează că până la 560.000 de sateliți ar putea fi pe orbită la sfârșitul anilor 2030 dacă toate cererile curente către autorități și planurile de lansare se vor realiza. Aceste proiecții iau în calcul atât cererile publice făcute la regiștri internaționali, cât și planurile operatorilor comerciali care urmăresc extinderea capacității de comunicații și a serviciilor globale de date.

Pentru a estima impactul asupra observațiilor astronomice, cercetătorii au simulat cum acești sateliți ar intersecta liniile de vedere ale a patru telescoape spațiale diferite. Rezultatul: lumina reflectată a Soarelui și urmele luminoase lăsate de sateliți ar putea afecta un procent estimat la 96% din imaginile realizate de mai multe instrumente aflate aproape de Pământ, inclusiv misiunea SPHEREx a NASA, proiectatul ARRAKIHS al ESA și telescopul Xuntian planificat de China. Hubble, datorită unghiului de vedere mai îngust, ar observa aproximativ o treime din imagini contaminate. Aceste calcule iau în considerare parametrii geometrici, perioadele de observație și distribuția pe altitudine a platformelor LEO.

O imagine care simulează modul în care luminile sateliților contaminează imaginile universului realizate de telescoapele spațiale.

De ce contează acest lucru pentru știință și apărarea planetară

Telescoapele spațiale sunt adesea platforma preferată pentru astronomia obiectelor slabe deoarece evită estomparea și absorbția cauzate de atmosferă. Observarea în infraroșu, ultraviolete sau în benzi foarte practice depinde de stabilitatea cerului și de absența artefactelor luminoase. Cu toate acestea, sateliții care se deplasează prin câmpul vizual al unui telescop lasă urme liniare sau clipe trecătoare care pot fi confundate cu semnale astrofizice reale. Această confuzie are implicații practice: sondajele care caută obiecte potențial periculoase din apropierea Pământului ar putea interpreta o urmă inofensivă de satelit ca un asteroid potențial periculos sau, dimpotrivă, ar putea rata o amenințare reală mascată de dârele sateliților.

Confuzia afectează nu doar imagistica statică, ci și detectarea fenomenelor tranzitorii (transIENTE) precum supernove, explozii gamma sau alte surse variabile. Algoritmii de detecție automată, folosiți pentru procesarea volumelor mari de date, se bazează pe modele de fundal și pe statistici privind zgomotul; introducerea frecventă a urmelor sateliților modifică distribuția statistică a pixelilor și reduce rata de detecție a semnalelor slabe. Pe termen lung, aceasta poate slăbi complet capacitatea unor misiuni de a îndeplini obiective științifice critice privind cosmologia, formarea galaxiilor sau sondarea materiei întunecate.

Unele misiuni sunt mai puțin expuse. Telescoapele poziționate la punctul Lagrange Sun-Earth L2, la aproximativ 1,5 milioane de kilometri de Pământ, sunt în mare parte neafectate; de exemplu, James Webb Space Telescope operează din L2 și evită straturile cele mai dense ale traficului LEO. Totuși, multe viitoare observatoare și instrumente îndreptate spre Pământ vor sta mult mai aproape, exact în zonele în care populația crescândă de sateliți va fi cea mai perturbatoare. Observatoarele cu câmp larg, proiectate pentru sondaje cosmice și mape profunde, sunt deosebit de vulnerabile la efectele de contaminare sistematică.

Detalii tehnice și posibile măsuri de atenuare

• Choice of altitude: Plasarea sateliților sub orbitele telescoapelor spațiale ar reduce conflictele, dar altitudinile foarte joase pot crește frecvența de frecare atmosferică și au costuri de mediu, inclusiv impacturi potențiale asupra stratului de ozon dacă constelațiile masive necesită reboost-uri frecvente sau manevre în straturile superioare ale atmosferei. În plus, operațiile la altitudini foarte joase pot scurta durata de viață utilă a platformelor și pot complica gestionarea resturilor spațiale.
• Transparență și coordonare: Operatorii ar putea furniza efemeride precise, informații despre orientare și proprietățile suprafeței către observatoare, permițând software-ului să prezică și să mascheze trecerile sateliților. Această transparență orbitală și operațională ajută la planificarea observațiilor și la reducerea timpului pierdut, dar nu elimină pierderile de date sau sarcina suplimentară de procesare. Implementarea de standarde comune de partajare a telemetriei și sincronizarea planurilor de observație la scară internațională sunt pași practici ce pot fi luați de comun acord.
• Schimbări de design: Stratificările întunecate, parasolarele și strategiile de orientare pot reduce reflectivitatea. Totuși, tendința către sateliți mai mari, pentru a satisface nevoile crescânde de date pentru inteligența artificială și broadband, face mitigarea luminozității mai dificilă. Obiectele cu suprafețe de 100 de metri pătrați deja apar la fel de luminoase ca unele dintre cele mai strălucitoare stele; planurile pentru platforme de 3.000 de metri pătrați ar putea atinge străluciri comparabile cu cele ale planetelor pe cer. Optimizarea geometriilor panourilor solare, utilizarea acoperirilor cu coeficienți scăzuți de reflexie și orientarea activă pentru a minimiza retroreflexia spre telescoape sunt direcții tehnologice posibile.

Pe lângă aceste soluții tehnice, există opțiuni operaționale: programarea observațiilor sensibile în ferestre temporare cu densitate mai mică de treceri, folosirea filtrării în software pentru a exclude urmele și combinarea mai multor expuneri pentru a recupera informația științifică. Totuși, aceste metode cresc costurile de procesare și pot reduce eficiența științifică prin scăderea suprafeței efective observate sau prin creșterea timpului necesar pentru atingerea unor praguri de sensibilitate.

Competiția între furnizorii de internet prin satelit și cererea venită din industriile care consumă mari volume de date fac improbabilă o reducere semnificativă a lansărilor din motive politice și economice. Aproape trei sferturi din sateliții actuali din LEO aparțin unei singure companii, dar proiecțiile sugerează că această proporție va scădea pe măsură ce tot mai multe țări și corporații intră pe piață. Aceasta complică guvernanța globală — impune coordonare multilaterală între agenții spațiale, reglementatori telecom și comunitatea științifică pentru a gestiona impactul cumulativ al zborurilor.

Perspective experte

Dr. Elena Vargas, astrofiziciană specializată în sondaje observaționale, comentează: "Problema nu este doar că imaginile sunt degradate. Este faptul că completitudinea sondajelor și pragurile de detecție pentru tranziente se vor modifica imprevizibil. Aceasta subminează programele de monitorizare pe termen lung și ar putea forța schimbări majore în strategia sondajelor sau în proiectarea instrumentelor. Atenția coordonată la măsuri de atenuare și cadrul de reglementare sunt esențiale acum, nu mai târziu."

Expertiza în procesare avansată a datelor, învățare automată pentru recunoașterea și eliminarea artefactelor, precum și colaborările internaționale pentru partajarea telemetriei sateliților vor fi componente cheie ale răspunsului. Cercetătorii subliniază că trebuie dezvoltate și validate pipeline-uri (fluxuri) de reducere a datelor care includ modele pentru urmele de sateliți, deoarece metodele tradiționale de curățare pot să nu facă față volumului și frecvenței noilor artefacte.

Concluzie

Comunitatea astronomică se află într-un punct critic. Expansiunea comercială rapidă a capacității LEO promite conectivitate globală și servicii noi, dar riscă și degradarea observațiilor care ne permit să înțelegem Universul. Pași practici — îmbunătățirea schimbului de telemetrie și efemeride, modificări de design pentru a reduce reflectivitatea, coordonare reglementară internațională pentru a limita creșterea necontrolată — ar putea diminua cele mai grave efecte. Fără astfel de măsuri, telescoapele spațiale aflate aproape de Pământ și observatoarele terestre ar putea vedea o eroziune constantă a capacității lor de a surprinde imagini curate și slabe ale cosmosului.

Pe termen lung, trebuie conceput un cadru de bune practici care să implice părțile interesate: agenții spațiale naționale, companii private, comunitatea științifică și organismele de reglementare internațională. Acest cadru ar putea include standarde minime pentru magnitude aparentă a sateliților, cerințe de transparență în comunicarea efemeridelor, protocoale de testare a noilor materiale și a designului structural al sateliților, precum și mecanisme de compensare a pierderii științifice (de exemplu finanțare suplimentară pentru procesare sau acces extins la timp de observație pentru proiectele afectate). Investițiile în tehnologii de atenuare, alături de politici coerente la nivel global, reprezintă abordarea cea mai pragmatică pentru a proteja atât dezvoltarea infrastructurii digitale, cât și patrimoniul științific al observațiilor cerești.

În rezumat, gestionarea impactului sateliților comerciali asupra astronomiei spațiale este o provocare multidisciplinară: implică inginerie aerospațială, științe ale atmosferei, cercetare în procesare de semnal și politici publice internaționale. Deși nu există soluții simple, o combinație de măsuri tehnice, operaționale și reglementare poate reduce semnificativ riscurile și poate permite coexistența între servicii comerciale de satelit și misiuni științifice esențiale.