Парниковые газы назвали угрозой для спутников низкой околоземной орбите

Если не ограничить антропогенные выбросы парниковых газов, то из-за сжатия и охлаждения термосферы к концу века на низкой околоземной орбите получится размещать практически вдвое меньше спутников, чем сейчас. Емкость орбиты снизится из-за снижения плотности атмосферы и возросшего на этом фоне риска столкновения спутников с космическим мусором. Такие прогнозы содержит исследование, опубликованное в журнале Nature Sustainability.

Парниковые газы оказывают нагревательный эффект на тропосферу — нижний слой атмосферы толщиной не более двух десятков километров. Поскольку именно в тропосфере сосредоточено практически все многообразие жизни на Земле, об угрозе растущих концентраций парниковых газов обычно говорят в контексте изменения климата и последствий этого процесса для биосферы. Однако в последние десятилетия деятельность человека все больше затрагивает и верхние слои атмосферы: на низкой околоземной орбите находятся спутники и космический мусор. На такой высоте (более 160 километров) они не должны быть подвержены сильному влиянию атмосферы, но рост концентрации парниковых газов приводит к охлаждению термосферы за счет переноса тепла из верхней термосферы в область между 90 и 135 километрами высоты и его излучения вниз. В результате термосфера постепенно охлаждается, сжимается, и ее плотность на постоянной высоте с течением времени снижается.

Уильям Паркер (William Parker), Мэттью Браун (Matthew Brown) и Ричард Линарес (Richard Linares) из Массачусетского технологического института исследовали, как рост концентрации парниковых газов отразится на использовании спутников и накоплении космического мусора в области низкой околоземной орбиты. Они составили прогноз будущего изменение термосферы с помощью модели WACCM-X и рассчитали стабильность низкой околоземной орбиты и ее емкость по отношению к спутникам, для чего ввели новый показатель IKC — мгновенная емкость Кесслера — она отражает максимальное количество спутников, которое можно разместить без риска неконтролируемого роста космического мусора.

Расчет подтвердил охлаждающий эффект парниковых газов по отношению к термосфере. Основными последствиями этого авторы назвали снижение плотности атмосферы на орбитальных высотах, уменьшение аэродинамического сопротивления для космического мусора, увеличение срока пребывания объектов на орбите и повышение риска столкновений спутников с космическим мусором. Если антропогенные выбросы парниковых газов продолжат расти (сценарий социоэкономического развития SSP5-8.5), то к 2100 году емкость низкой околоземной орбиты снизится на 50 процентов в период солнечных максимумов и на 66 процентов в период солнечных минимумов (это части 11-летнего солнечного цикла).

На высотах 400-1000 километров, где находится большая часть спутников, снижение будет достигать 82 процентов. Авторы отметили, что для сохранения орбитального ресурса для будущих поколений спутники придется размещать ниже, чем сейчас, и сводить их с орбиты уже через пять лет после запуска.

Почти всегда мы пишем о росте выбросов парниковых газов и его последствиях, но иногда выбросы удается и сократить. Так, благодаря внедрению природоохранных практик — селекции скота, более эффективного применения удобрений и анаэробной переработки навоза — выбросы от изменений землепользования в сельском хозяйстве за последние 30 лет сократились на четыре процента.