Вчені відкрили новий спосіб виявляти неконтрольовані падіння космічних апаратів з орбіти Землі

Вчені знайшли новий спосіб відстежувати неконтрольоване входження космічного сміття в атмосферу Землі, використовуючи не аерокосмічні прилади, а звичайні сейсмічні станції, призначені для спостереження внутрішніх «бурь» планети.

Коли уламки космічних апаратів входять в атмосферу, вони рухаються зі швидкостями, що перевищують швидкість звуку, і створюють ударні хвилі — так звані «сонарні удари» або акустичні конуси Маха. Дослідники з Університету Джонса Гопкінса та Імперського коледжу Лондона висунули гіпотезу, що ці акустичні сигнали можна зафіксувати не лише як звук у повітрі, а і як вібрації, що досягають земної поверхні. Ці вібрації записують сейсмічні станції, які зазвичай моніторять землетруси.

Ілюстрація звукового сліду падаючого об’єкта. (Софія Економон і Бенджамін Фернандо)

Теорію перевірили на прикладі неконтрольованого входження орбітального модуля Shenzhou‑15, який 2 квітня 2024 року згорів в атмосфері над південною Каліфорнією. Вчені проаналізували дані публічних сейсмічних мереж Південної Каліфорнії та Невади та виявили характерні сигнали, що відповідають проходженню ударної хвилі від уламка. Це дозволило реконструювати деталі падіння — включно зі швидкістю, висотою, кутом входження і моментами фрагментації, коли об’єкт розпадався на частини.

Анімація, що показує, як ударні хвилі реєструвалися в різних місцях протягом часу. (Бенджамін Фернандо)

Згідно з сейсмічними даними, модуль рухався зі швидкістю близько Mach 25–30, що узгоджується з його орбітальною швидкістю приблизно 7,8 км/с. На початку падіння система зареєструвала один потужний сигнал, що відповідав початковому вльоту серед атмосфери, а пізніше — складний «по́товп» менших ударів, що свідчить про те, як модуль фрагментувався під час розпаду.

Хоча модуль повністю згорів в атмосфері та не становив загрози на земній поверхні, метод сейсмоакустичного відстеження може знадобитися для об’єктів, що не згорають повністю. За допомогою таких даних можна швидше і точніше визначити ймовірні місця падіння уламків, що важливо для оцінки ризиків і планування реагування. Крім того, розуміння того, як фрагменти розпадаються й утворюють аерозолі, може допомогти в моделюванні розсіювання потенційно небезпечних хмар частинок у повітрі.

Це дослідження показало, що навіть чинні, загальнодоступні сейсмічні мережі можна ефективно використовувати для моніторингу входження космічного сміття та підвищення ситуаційної обізнаності про подібні події. Результати опубліковані в журналі Sci­ence.