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Flaremageddon: Como as megaconstelações de satélites podem criar um novo desastre natural

Loops coronais solares, como os observados pelo satélite Transition Region And Coronal Explorer (TRACE) da NASA aqui em 2005, seguem o caminho do campo magnético no Sol. Quando esses loops “quebram” da maneira certa, eles podem emitir ejeções de massa coronal, que têm o potencial de impactar a Terra. Uma grande CME ou erupção solar pode criar um novo tipo de desastre natural: um cenário de 'Flaremageddon'. (NASA/TRACE)

Com dezenas de milhares de satélites exigindo controle de IA para evitar colisões, uma única explosão solar pode tudo.

Nos próximos anos, o céu noturno e o volume de espaço que circunda a Terra estão prestes a se tornar muito diferentes do que foram em toda a história humana. Em 2019, a humanidade lançou um total estimado entre 8.000 e 9.000 satélites, com aproximadamente 2.000 deles ainda ativos. À medida que Starlink da SpaceX, OneWeb, Project Kuiper da Amazon, Telesat e outras empresas se preparam para fornecer cobertura 5G mundial a partir do espaço (mais de 300 novos satélites foram instalados para esses fins nos últimos 9 meses ), a humanidade está começando a entrar na era das megaconstelações de satélites.

Embora a cobertura da mídia tenha amplamente mencionado apenas um efeito prejudicial até agora – os danos que esses satélites já estão causando à astronomia – há uma segunda consequência que pode ser ainda mais desastrosa: a síndrome de Kessler. Com dezenas ou mesmo centenas de milhares de satélites em órbita, uma única colisão pode desencadear uma reação em cadeia. Com a realidade das explosões solares e as necessidades tecnológicas das megaconstelações, esse novo tipo de desastre natural pode ser inevitável.

Milhares de objetos feitos pelo homem – 95% deles lixo espacial – ocupam a órbita baixa e média da Terra. Cada ponto preto nesta imagem mostra um satélite em funcionamento, um satélite inativo ou um pedaço grande o suficiente de detritos. Os satélites 5G atuais e planejados aumentarão muito o número e o impacto que os satélites têm nas observações ópticas, infravermelhas e de rádio tiradas da Terra e tiradas da Terra do espaço, e aumentarão o potencial da síndrome de Kessler. (ESCRITÓRIO DO PROGRAMA ORBITAL DEBRIS DE CORTESIA DE ILUSTRAÇÃO DA NASA)

A ideia de Síndrome de Kessler é simples: se houver muitos satélites ao redor da Terra, uma infeliz colisão entre dois deles poderia criar detritos suficientes para que outra colisão se tornasse inevitável. Apesar não há consenso generalizado quando esse ponto será alcançado, é amplamente reconhecido que um número maior de satélites maiores aumenta muito esse risco. Com a Starlink sozinha propondo um total de 42.000 satélites em três conchas orbitais diferentes e muitas outras empresas que logo seguirão o exemplo, o perigo da síndrome de Kessler deve aumentar em ordens de magnitude na década de 2020.

Em anos anteriores, os satélites foram lançados em órbitas rastreadas e reconhecíveis, mas com colisões ocasionais ocorrendo devido a satélites inativos cujas órbitas estavam decaindo devido ao arrasto atmosférico. Com as megaconstelações, no entanto, a inteligência artificial entrará em cena, e isso representa um tremendo perigo.

Ao preencher a documentação com a União Internacional de Telecomunicações para a operação de mais 30.000 satélites Starlink (além dos 12.000 já aprovados), o céu noturno nunca mais será o mesmo. Se Elon Musk, Starlink, SpaceX e outros grandes atores nesse espaço levam a sério a questão de serem bons administradores do céu noturno, eles não vão esperar que um órgão nacional ou internacional os force a fazer a coisa certa. (STARLINK (SIMULAÇÃO))

Com tantos objetos em órbita na mesma altitude, será necessária inteligência artificial para alavancar constantemente os propulsores a bordo para atingir três objetivos principais:

1. para garantir o espaçamento correto e contínuo dos satélites para fornecer a cobertura de internet necessária,
2. para compensar o arrasto da atmosfera da Terra,
3. e realizar quaisquer reforços ou alterações orbitais necessários para evitar colisões com outros satélites.

Este último ponto é absolutamente crítico. Quaisquer duas órbitas na mesma altitude sempre têm dois pontos onde se cruzarão, e a deriva do satélite tornaria uma colisão inevitável. Somente fazendo com que os satélites corrijam seus próprios cursos em tempo real, eles podem garantir um cenário livre de colisões.

Esta colisão simulada entre um pequeno cubesat e um satélite proposto (o Large Observatory For X-ray Timing) mostra o poder de até mesmo um pequeno objeto para danificar ou destruir o que quer que impacte. Com velocidades orbitais relativas típicas de aproximadamente 10 km/s, os detritos criados correm um risco enorme de impactar outros satélites também. (INSTITUTO ESA/FRAUNHOFER PARA DINÂMICA DE ALTA VELOCIDADE)

Mas esse plano vem junto com um cenário catastrófico: e se os satélites ficarem sem resposta por algum evento? Se correções orbitais constantes são necessárias para evitar colisões com outros satélites, o pior que poderia acontecer seria um cenário que paralisasse os satélites e os tornasse incapazes de responder não apenas à inteligência artificial, mas a um comando manual.

Este não é um cenário de terror de ficção científica, mas algo tão inevitável quanto o próprio Sol: o clima espacial. Eventos como explosões solares, ejeções de massa coronal e até mesmo o velho vento solar enviam partículas carregadas para longe do Sol. Quando eles são enviados em direção ao planeta Terra, nossa superfície é protegida pelo campo magnético do nosso mundo e nossa atmosfera. O perigo para os seres humanos ou qualquer organismo biológico é essencialmente zero, com o maior efeito que comumente ocorre sendo uma exibição de aurora espetacular.

O campo magnético da Terra normalmente nos protege das partículas carregadas que o Sol emite, mas quando a conexão magnética ocorre do campo do Sol para a Terra, as partículas podem ser canalizadas em torno das áreas polares, criando um show auroral espetacular e possivelmente também um fenômeno geomagnético. tempestade se outras condições forem atendidas. (NASA/GSFC/SOHO/ESA)

Mas no espaço, mesmo em órbita baixa da Terra, a atmosfera não oferece proteção e o campo magnético não oferece garantia de redirecionar essas partículas para longe dos satélites. De acordo com a NOAA :

As partículas energéticas solares (prótons energéticos) podem penetrar na eletrônica dos satélites e causar falhas elétricas. Essas partículas energéticas também bloqueiam as comunicações de rádio em altas latitudes durante as tempestades de radiação solar.

Neste momento, o Sol está na parte mais silenciosa do seu ciclo solar periódico. Em escalas de tempo de 11 anos, o número de manchas solares – que se correlaciona diretamente com as chances de atividade de queima e ejeções de massa coronal – vai essencialmente de zero (um Sol quieto) ao máximo solar e volta a zero novamente. Neste momento, em 2020, estamos apenas deixando o último mínimo solar, com o próximo máximo previsto para ocorrer em 2024 ou 2025 e a cada 11 anos depois disso.

Desde que começamos a observar o Sol e rastrear manchas solares, houve um ciclo extremamente regular de 11 anos para o número de manchas solares observadas ao longo do ano. O 25º ciclo solar está apenas começando, com previsão de atingir seu pico entre 2023 e 2026 em todos os modelos. (BHOWMIK, P., E NANDY, D. (2018), COMUNICAÇÕES NATUREZA)

Há um tremendo perigo para os satélites sempre que esse tipo de clima espacial os afeta. Se esses prótons energéticos causarem algum tipo de falha elétrica nesses satélites, eles não conseguirão ajustar seu curso via inteligência artificial ou qualquer outro meio. Se eles não puderem ajustar seu curso, a questão de dois desses satélites colidindo torna-se um jogo de roleta russa, onde provavelmente haverá uma série de quase-acidentes antes que o inevitável - uma colisão no espaço entre dois deles - ocorra .

O pior cenário, e esse cenário fica pior a cada novo satélite grande que sobe (e todo satélite de comunicações é grande por essa métrica), é que cada colisão aumenta a probabilidade e a frequência de colisões em órbita. Em pouco tempo, potencialmente apenas semanas ou meses, a região ao redor da Terra se tornará um campo de detritos, com uma porcentagem significativa dos satélites existentes destruídos.

Em 2009, ocorreu uma colisão entre dois satélites, criando uma enorme quantidade de detritos que impactariam claramente quaisquer satélites à frente ou atrás daqueles que colidissem. O segundo painel mostra os destroços da colisão 20 minutos após o impacto; o terceiro painel mostra detritos 50 minutos após o impacto. (RLANDMANN / WIKIMEDIA COMMONS)

Atualmente, cada desastre espacial, incluindo colisões e missões fracassadas que explodiram ou funcionaram mal de várias maneiras, significa que existem talvez algumas centenas de milhares de pedaços de detritos espaciais do tamanho de uma unha ou maior. Estes já são perigosos para nossos satélites existentes, com um deles colidindo com a Estação Espacial Internacional há apenas alguns anos, quebrando uma janela.

Mas com centenas de milhares de satélites grandes, uma única colisão pode desencadear uma reação em cadeia catastrófica como nunca vimos. Em pouco tempo, o número de pedaços de detritos espaciais pode aumentar para dezenas de milhões, impactando satélites tanto na órbita baixa quanto na órbita média da Terra. A primeira empresa cujos satélites causam tal desastre provavelmente impactaria todas as outras, para não falar dos satélites militares e científicos atualmente em órbita. Não só a tecnologia de satélite se tornará uma impossibilidade por décadas ou mesmo muitas gerações, mas os lançamentos espaciais rotineiros se tornarão uma enorme aposta.

Uma explosão solar de classe X irrompeu da superfície do Sol em 2012: um evento que ainda era muito, muito menor em brilho e produção total de energia do que o evento Carrington de 1859, mas que ainda poderia ter causado uma tempestade geomagnética catastrófica se tivesse sido acompanhada por uma ejeção de massa coronal cujo campo magnético tinha a orientação certa (ou errada, dependendo do ponto de vista). (NASA/OBSERVATÓRIO SOLAR DYNAMICS (SDO) VIA GETTY IMAGES)

O maior perigo que o Sol representa para a Terra hoje é uma ejeção de massa coronal em larga escala, que – se for direto para nós com a orientação errada do campo magnético – pode levar a uma catástrofe elétrica em larga escala que pode derrubar todas as redes elétricas. sobre a Terra, iniciando incêndios e causando trilhões de dólares em danos à nossa infraestrutura.

No entanto, uma série de telescópios solares e observatórios oferece uma solução potencial . Ao monitorar o Sol:

• da Terra, com observatórios como o Telescópio Solar Inouye da NSF,
• em órbita ao redor do Sol, como com o Parker Solar Probe da NASA e o Solar Orbiter da ESA,
• do ponto L1 Lagrange, com observatórios como o SOHO da NASA e o Solar Dynamics Observatory,
• e em órbita ao redor da Terra, como no satélite Hinode do Japão,

podemos monitorar o clima espacial assim que ele é ejetado do Sol, avaliando o risco para o nosso planeta enquanto o clima espacial está a caminho.

Quando uma ejeção de massa coronal parece se estender em todas as direções relativamente igualmente da nossa perspectiva, um fenômeno conhecido como CME anular, isso é uma indicação de que provavelmente está indo direto para o nosso planeta. (ESA / NASA / SOHO)

Isso pode nos dar até três ou quatro dias de tempo de espera para a maioria dos eventos climáticos espaciais e até 18 horas de antecedência para os eventos mais poderosos e de movimento mais rápido de todos. Enquanto uma ejeção de massa coronal precisa possuir propriedades específicas para representar um risco para a infraestrutura da Terra, os satélites em órbita acima da Terra estão em uma posição muito mais precária. Para garantir que uma explosão solar direcionada a nós não leve à síndrome de Kessler, as seguintes precauções podem evitar um desastre inevitável.

Quando uma explosão solar é emitida do Sol, todas as megaconstelações de satélites devem entrar em uma órbita de rota segura pré-planejada. Órbitas passivas que são explicitamente projetadas para maximizar a distância entre satélites pelo maior período de tempo no futuro podem nos dar, no mínimo, anos de tempo até que ocorra uma colisão: tempo suficiente para que, mesmo no pior cenário, possamos poderia lançar uma missão de emergência para interceptar e desorbitar quaisquer satélites quebrados. Mas somente se construirmos essa proteção contra falhas na infraestrutura desde o início.

A colisão de dois satélites pode criar centenas de milhares de pedaços de detritos, a maioria dos quais são muito pequenos, mas muito rápidos. Se houver satélites suficientes em órbita, esses detritos podem desencadear uma reação em cadeia, tornando o ambiente ao redor da Terra praticamente intransitável. (ESA / ESCRITÓRIO DE DETRITOS ESPACIAIS)

Se não nos prepararmos, um cenário de desastre natural do Flaremagedon torna-se fácil de imaginar. Imagine que é 2025 e temos mais de 10.000 novos satélites de megaconstelações lá em cima, com uma série de manchas solares aparecendo ao redor do equador do Sol. Um evento de reconexão magnética ocorre, lançando uma explosão solar de classe X com uma ejeção de massa coronal diretamente na Terra. O campo magnético é orientado para que ocorra uma tempestade geomagnética, derrubando algumas das principais redes elétricas no processo.

Mas no espaço, uma grande fração de satélites é bombardeada por essas partículas energéticas do Sol, fazendo com que elas não respondam. 8 dias depois, ocorre a primeira colisão. Enquanto a humanidade luta para responder adequadamente, a segunda colisão ocorre e a reação em cadeia começa. Em 2027, a Estação Espacial Internacional é abandonada e o Telescópio Espacial Hubble é destruído. É um desastre totalmente evitável, mas, a menos que estejamos prontos para isso agora, pode ser tarde demais quando chegar o momento crítico.

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium com um atraso de 7 dias. Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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