Starlink мешает радиотелескопу SKA-Low: помехи в 10 000 раз сильнее сигнала

Астрономы десятилетиями проектировали радиотелескоп Square Kilometre Array Low (SKA-Low), чтобы уловить сигналы нейтрального водорода из эпохи «космической зари», момента, когда около 13 миллиардов лет назад зажглись первые звёзды. Вместо этого его прототипная станция ловит электронные утечки со спутников SpaceX: речь не о намеренных широкополосных передачах Starlink, а о случайных наводках бортовой электроники, которые проходят через конструкцию спутника и излучаются на частотах, разрешения на которые никто не давал.

Команда Университета Кёртина использовала Engineering Development Array 2 (EDA2), прототипную станцию SKA-Low в Австралии, и за 29 дней проанализировала около 76 миллионов радиоснимков. Результаты, опубликованные в журнале Astronomy & Astrophysics, неприятны: учёные насчитали 112 534 отдельных радиоизлучения от 1 806 уникальных спутников Starlink в диапазоне 73, 235 МГц, именно там, где нужно работать SKA-Low. Часть спутников каждые 100 секунд выдаёт периодические тона шириной 13 кГц на частоте около 137 МГц; это не плановые сеансы связи, которые операторы могли бы предсказать, а непредсказуемая утечка оборудования, смоделировать и вычесть такой сигнал исследователи не могут.

Утечки достигают 10⁶ Ян/луч (Янский, единица измерения плотности потока радиоизлучения), тогда как для сигналов ранней Вселенной нужна чувствительность около 10⁻⁵ Ян. По имеющимся сведениям, сигналы Starlink примерно в 10 000 раз сильнее того, что должен различать SKA-Low, а на отдельных частотах доля снимков с помехами доходила до 30%. Хуже того, часть излучений нашлась внутри двух диапазонов, защищённых Международным союзом электросвязи (МСЭ) специально для радиоастрономии, 73, 74,6 МГц и 150,05, 153 МГц, где сигналов не должно быть в принципе. Стивен Тингей из Университета Кёртина сравнил помехи с «самыми яркими естественными источниками радиоизлучения на небе».

Действующие международные нормы оставляют непреднамеренные спутниковые излучения в серой зоне регулирования, даже когда они попадают в защищённые полосы. Формально никто не нарушает правил: МСЭ ограничивает лишь намеренные передачи в полосах радиоастрономии, а случайная утечка бортовой электроники под действующие нормы почти не подпадает и остаётся юридически «невидимой», даже если бьёт прямо в защищённый спектр. В статье это сравнивают с шумовыми нормами, которые запрещают намеренный громкий звук, но не касаются вентиляции у соседа, как бы громко она ни ревела в три часа ночи.

Компания SpaceX и раньше шла навстречу: козырьки на спутниках снизили их оптическую яркость, а отдельное соглашение о координации с Национальным научным фондом США (NSF) урегулировало вопрос по более высоким частотам. Но управление лучом антенны не решает проблему утечки на низких частотах. МСЭ, по имеющимся сведениям, обсуждает этот вопрос, но обсуждение, ещё не регулирование, а группировка Starlink уже превысила 6 000 спутников. Исследователи передали свои выводы SpaceX; компания, по имеющимся сведениям, открыта к диалогу о будущих изменениях в оборудовании. Рассматривается и алгоритмическое подавление помех, но учёные называют эту работу «зачаточной», она может потребовать вычислительных мощностей, сопоставимых с самой научной обработкой данных. Сам материал резюмирует: реальное решение, инженерные доработки оборудования, по аналогии с тем, как решили проблему оптической яркости, а главный вопрос, кто решает, что в радионебе стоит защищать, и успеют ли принять это решение до того, как окно возможностей закроется.

Ключевые факты

За 29 дней команда Университета Кёртина проанализировала около 76 миллионов радиоснимков на прототипной станции SKA-Low (EDA2) в Австралии.
Насчитано 112 534 отдельных радиоизлучения от 1 806 уникальных спутников Starlink в диапазоне 73, 235 МГц, именно там, где должен работать SKA-Low.
Утечки достигают 10⁶ Ян/луч при нужной чувствительности около 10⁻⁵ Ян. По имеющимся сведениям, они примерно в 10 000 раз сильнее целевого сигнала; на отдельных частотах доля снимков с помехами доходила до 30%.
Часть излучений найдена внутри двух защищённых МСЭ диапазонов радиоастрономии (73, 74,6 МГц и 150,05, 153 МГц), где сигналов вообще быть не должно.
Международные правила защищают эти полосы только от намеренных передач: случайная утечка бортовой электроники под них не подпадает, а группировка Starlink уже превысила 6 000 спутников.

Почему это важно

SKA-Low строят, чтобы услышать сигналы нейтрального водорода из эпохи, когда во Вселенной ещё не было звёзд, предельно слабый сигнал, ради которого и задумана вся станция. Утечки Starlink оказались примерно в 10 000 раз сильнее этого сигнала и заняли именно те частоты, которые нужны телескопу, включая полосы, официально защищённые для радиоастрономии. По формулировке самой статьи, такая интерференция рискует сделать целые частотные диапазоны научно непригодными, а группировка Starlink уже превышает 6 000 спутников.

Кому это важно

В первую очередь, самому проекту SKA-Low и радиоастрономам, которые надеются впервые напрямую уловить сигналы эпохи первых звёзд: если утечки не остановить, часть частотного диапазона рискует стать научно непригодной. Дальше, компании SpaceX как оператору Starlink: именно от неё ждут инженерных изменений в оборудовании, и, по имеющимся сведениям, она открыта к диалогу с исследователями. И регуляторам вроде Международного союза электросвязи (МСЭ): от них зависит, получит ли непреднамеренная утечка вообще какой-либо правовой статус по мере роста спутниковых группировок.

Как это применить

Прямого пользовательского применения тут нет, это не продукт и не сервис, а научная и регуляторная проблема. У SpaceX уже есть опыт подобных исправлений: козырьки на спутниках снизили оптическую яркость, а отдельное соглашение с Национальным научным фондом США (NSF) урегулировало более высокие частоты, но, по тексту статьи, управление лучом антенны низкочастотную утечку оборудования не решает, и конкретного технического исправления для неё пока нет. Рассматривается алгоритмическое подавление помех при обработке данных телескопа, но учёные сами называют эту работу «зачаточной» и предупреждают, что она может потребовать вычислительных мощностей, сопоставимых с самой научной обработкой.

Можно ли доверять

Да, с оговорками к пересказу источника-посредника. В основе, рецензируемая научная статья в журнале Astronomy & Astrophysics и прямые измерения: почти 76 миллионов снимков за 29 дней наблюдений на реальном прототипе SKA-Low, а не модель или прогноз. При этом статью пересказывает не научное издание, а сайт Gadgetreview, который называет только одного учёного, Стивена Тингея, и не приводит ни даты публикации работы, ни полного списка её авторов. Формулировки о том, что SpaceX «открыта к диалогу», а МСЭ «обсуждает» проблему, поданы как неподтверждённые сведения, это не официальные обязательства сторон, а первые заявленные позиции.

Риски и подводные камни

Главный риск сформулирован в самой статье: обсуждение продолжается, а вопрос, кто решает, что в радионебе стоит защищать, и успеют ли принять это решение до того, как окно возможностей закроется, остаётся открытым, при том что группировка Starlink уже превышает 6 000 спутников. Правовая брешь конкретна: МСЭ защищает полосы радиоастрономии только от намеренных передач, а случайная утечка бортовой электроники под действующие нормы формально не подпадает, даже когда бьёт по защищённому спектру. Технический выход тоже пока не готов: алгоритмическое подавление помех учёные сами называют «зачаточным» и не исключают, что оно потребует вычислительных мощностей, сопоставимых с обработкой самих научных данных.

«Сопоставимо с самыми яркими естественными источниками радиоизлучения на небе.»

— Стивен Тингей, Университет Кёртина