Як останні події космічної погоди вплинули на наші супутники?

Що саме відбувається із супутниками під час магнітних збурень та протонних штормів, котрі приносять нам сонячні спалахи та викиди коронарної маси?

Багато хто знає, що саме космічна погода значно впливає на наш зв’язок. Ми вже писали раніше про це детальніше. Але крім різноманітного впливу на проходження радіохвиль через атмосферу важливо розуміти, як саме космічна погода впливає на супутники та цілі супутникові сузір’я. Чи це реальна загроза? Чи це все ж теревені про “капелюхи із фольги”?

У космічної погоди є чимало різноманітних факторів. Але основним джерелом такої погоди для нас залишається саме наше світило - Сонце. Основним джерелом подій слугують сонячні спалахи, котрі призводять і до потужного випромінювання у різних спектрах, і до формування потоків “сонячного вітру”, і навіть до викидів значних мас з верхніх шарів Сонця. І найнеприємнішими з них усіх звісно стає все те, що так чи інакше поцілює нашу планету.

У цій статті ми також розглянемо найновіші інциденти, спричинені двома найпотужнішими подіями останніх 25 років:

• Геомагнітна буря G5 2024 року характерна цілим ланцюжком потужних спалахів та значних викидів коронарної маси сонця, що відбулись з 8 по 14 травня та спричинили чимало збитків та проблем.

• Геомагнітна буря G4 19-21 січня 2026 року, що супроводжувалась найпотужнішим з 2003 року протонним штормом S4.

Наша мета - розібратись, яку реальну шкоду спричинили ці явища насамперед для сучасного супутникового зв’язку. Ми хочемо, щоб наші читачі могли реалістично оцінювати ризики та наслідки небезпечних явищ космічної погоди для настільки важливого наразі для захисту України супутникового зв’язку.

Небезпеки спалахів

Під час певних подій, котрі все ще не дуже піддаються прогнозуванню, на Сонці виникають потужні спалахи. Під час цих спалахів може висвободитись така кількість енергії, що її випромінювання може не лише “засліпити” різноманітні сенсори супутників, але й “приголубити” всю електроніку високоенергетичним рентгенівським випромінюванням. Тобто рентгенівське випромінювання може призвести до пошкодження електроніків та сенсорів. Сучасне використання екранування пристроїв тут не слугує надійним захистом. Хоча слід відзначити, що інцидентів такого роду наразі все ще не багато.

Анімація SWPC сонячного спалаху в січні 2026

Випромінювана енергія потрапляє не лише на супутники, але і на планету. Фактично, коли ми бачимо такий спалах, ми вже знаходимось під дією такого випромінювання, котре долітає до нас практично з тою ж швидкістю, що і світло. Отже і для людей, і для супутників, спалах - подія, котру ми можемо лише реєструвати. Тобто ми не можемо передбачити точний час та місце “космічної бавовни” заздалегідь.

Саме по собі випромінювання від спалаху може “засліпити” деякі радіоприймачі та підняти фон радіоперешкод на Землі. Але лише на денній стороні планети, та й на доволі не довгий час. Для опису потужності таких спалахів використовується рентгенівська шкала, яка поділяє спалахи на класи A, B, C, M та X, де кожен наступний клас означає приблизно десятикратне зростання енергії.

Спалахи класів A–C зазвичай майже непомітні для земних систем, M-клас вже здатен викликати серйозні радіоперешкоди, а X-клас — це найбільш енергетичні події, які саме і становлять реальну небезпеку для супутників, орбітальної інфраструктури та високочастотного зв’язку. Усередині кожного класу додатково використовується числовий індекс, що дозволяє розрізняти «просто сильний» та «надзвичайно сильний» спалах.

У згаданих подіях космічної погодо 2024 та 2026 років фіксувались саме спалахи X-класу.

Що то за S-шторм та G-буря?

Сам по собі спалах не не має тривалого впливу на супутники та нашу планету. Але варто розуміти, що спалах — це лише один з проявів певних подій на Сонці. У багатьох випадках ті ж самі події призводять до викидів сонячної коронарної маси (coronal mass ejection - CME), котра летить з доволі високою швидкістю. І якщо траєкторія її польоту чіпляє нашу планету, чи бодай її магнітне поле — ми отримуємо такі події як протонний S-шторм та геомагнітна G-буря.

Прикладова анімація викиду корональної маси (CME)

На відміну від спалаху, ці події вже піддаються оцінці та прогнозуванню. Наявні спеціалізовані супутники спостереження за сонцем дозволяють оцінити наявність викидів, напрямок їх руху та швидкість. Це дає нам можливість попередження про ризики — від декількох годин, до декількох діб.

Протонний S-шторм

Протонний S-шторм виникає тому, що ударна хвиля події спочатку розганяє хвилю протонів. Розігнані до надвисокої швидкості, вони фактично переносять свою радіаційну енергію на все, у що влучають — насамперед в супутники та в атмосферу землі. Це звісно суттєво спрощене пояснення, але в результаті на супутниках суттєво більше формуються статичні електричні заряди, що несуть небезпеку “пробою” та виходу з ладу електроніки.

Прикладова анімація викиду корональної маси (CME)

Саме тому під час S-шторму супутники часто перемикають в спеціальний режим запобігання проблемам, котрий обмежує їх функціональність, але зменшує ризики виходу з ладу при збої електроніки. Високоенергетичні протони також можуть викликати одиничні збої обчисленя (Single Event Upsets) — це коли частинка “перевертає” біт у пам’яті комп’ютера без фізичного руйнування схеми, що призводить до програмних помилок. Якщо збій відбувся, супутник автоматично перемикається в режим Safe Mode та очікує втручання своїх операторів.

Так, у травні 2024, компанія Planet Labs (оператор супутників спостереження SkySat та SuperDove) була вимушена перевести свої супутники в захищений режим. А у січні 2026 метеорологічний геостаціонарний супутник GOES-19 зіштовхнувся із збоями сенсорів та необхідністю перезавантаження деяких систем. Оператори супутникових LEO сузірь також вмикають спеціальні режими супутників при таких подіях, що подекуди впливає на якість зв’язку.

Певні погіршення та деградація зв’язку Starlink та OneWeb фіксувались користувачами циїх мереж під час таких інцидентів космічної погоди, але самі мережі зв’язку цих операторів залишались в цілому працездатними. Згідно повідомлень від користувачів LEO SatCom зв’язку в Ku та Ka діапазонах, його деградація була більш помітна в вищих широтах і не була масовим явищем. Користувачів Starlink та OneWeb згадані події зачепили дуже мало – переважно поодинокі скарги на короткочасні збої в роботі терміналів.

Прикладова анімація викиду корональної маси (CME)

Рівень протонних штормів зазвичай оцінюється S-індексом (S1-S5), який відображає інтенсивність потоку високоенергетичних протонів біля Землі. Низькі рівні мають обмежений вплив, тоді як S4-S5 означають надзвичайно високі потоки частинок, що створюють серйозні радіаційні ризики для супутників, авіації та космічної техніки.

Геомагнітна G-буря

У тій масі, що постійно летить до нас з Сонця, і який ми називаємо “сонячним вітром” є багато частинок, що мають певний заряд та впливають на магнітне поле планети. Магнітне поле Землі зазвичай слугує нам “парасолькою”, що переспрямовує значну частину частиць звичайного сонячного вітру вздовж своїх тзв. магнітних ліній. Завдяки цьому зазвичай левова частка частинок влітає в атмосферу ближче до полярних широт Землі та спричиняє відоме всім полярне сяйво.

Ілюстрація полярного сяйва над Європою (джерело Wikipedia)

Але коли на нас летить значний викид коронарної маси з Сонця, магнітне поле Землі “продавлюється”. Чим більше “продавлюється” магнітне поле — тим ближче до екватору ми бачимо таке аномальне і незвичне в низьких широтах полярне сяйво. Під час згаданих геомагнітних збурень у травні 2024 та у січні 2026 полярне сяйво майорило над деякими регіонами України. Полярні сяйва самі по собі небезпеки не несуть, вони просто показують наскільки змінились траєкторії входу частинок в атмосферу планети.

Для оцінки сили геомагнітних бур зазвичай використовується Kp-індекс — безрозмірна шкала від 0 до 9, яка показує, наскільки сильно збурене магнітне поле Землі. Значення Kp 5 і вище відповідають геомагнітним бурям, а Kp 8–9 означають екстремальні події, здатні суттєво впливати на іоносферу, навігацію та орбіти супутників.

Ілюстрація взаємодії сонця та магнітосфери Землі (джерело Wikipedia)

Для спрощення сприйняття використовується проста G-шкала таких бур:

• G5 (Kp => 9)

• G4 (Kp => 8)

• G3 (Kp => 7)

• G2 (Kp => 6)

• G1 (Kp => 5)

SkyLinker у розділі Космічної погоди наразі дає повідомлення про ризики впливу на зв’язок в Україні лише коли йде мова про рівень G3 або вищий.

Найгірше тут інше — іонізація верхніх шарів атмосфери робить їх частково електропровідними. Тоді в роботу вмикається іоносферні електричні заряди. Не ті ж самі, що відповідають за звичайні блискавки, але теж атмосферні заряди, просто у самих верхніх шарах. Фактично ці гігантські накоплені заряди починають використовувати іонізовану атмосферу як електропровідні елементи побутового обігрівача, без пробоїв та блискавок. І це спричиняє швидкий та значний розігрів цієї частини атмосфери. А що робить будь який газ при нагріві? Вірно — розширюється.

Наслідки для супутників

При такому значному розширенні атмосфери, супутники на низьких навколоземних орбітах (LEO) раптом опиняються в межах верхніх шарів. Не щільних, але все ж щільніших ніж звичайно. Це призводить до значного сповільнення супутників та швидкого і значного зниження їх орбіт. Це ускладнює роботу і супутників, і LEO мереж, і операційних центрів — космічна геометрія зв’язку вимагає дуже точного націлення антен та лазерів ISL. Зміни координат супутників у такій ситуації значно більше очікуваних при нормальній експлуатації.

Ілюстрація впливу космічної погоди на зв’язок (джерело Wikipedia)

У травні 2024 року супутники на орбітах 210-300 км зіштовхнулись із збільшення атмосферного опору у 8-10 разів. На орбітах з висотою 400–600 км, де літає більшість сузір’я Starlink, опір атмосфери зріс в 3-5 разів. Навіть супутники на орбітах з висотою 700-850 км (OneWeb та багато інших) зіштовхнулись із збільшенням опору в 1,5-2 рази тоді. Тоді події призвели до наймасовішої міграції супутників LEO в історії людства.

SpaceX тоді також втратив частину запущеної незадовго до події партії з 12 супутників Starlink — із за неочікуваного збільшення опору всі вони передчасно зійшли з орбіти та згоріли в атмосфері. І це не перша така втрата — у 2022 році буря G2 призвела до аналогічного непланового знищення 38 супутників Starlink.

Деякі супутники зіштовхнулись із помилками утримання орбіт та роботи систем уникнення зіткнень. Зокрема, Центр космічних операцій (CSpOC) зафіксував тисячі “втрат супроводу” об’єктів космічного сміття, оскільки їхні траєкторії змінилися швидше, ніж алгоритми встигали їх оновлювати. Низькоорбітальна навігація суттєво ускладнилась через іоносферне мерехтіння, яке викликало “loss of lock” (втрату сигналу) GNSS-приймачів супутників. Тобто на деякий час деякі супутники ставали “сліпими” в навігаційному сенсі. У доступних звітах також доступні згадки і про інші інциденти, зокрема про відмови систем супутника Iridium.

Події січня 2026 року призвели також до подібних наслідків із збільшення атмосферного опору на низьких орбітах, хоч і у дещо менших масштабах, ніж у 2024 році. А це ще ми не маємо там всі ті десятки тисяч супутників, що мають невдовзі з’явитись на цих орбітах — за таких умов ризик каскадного ефекту Кесслера під час подібних штормів зростає експоненціально. Про це до речі, попереджають фахівці провідних космічних агентств світу, в тому числі і ESA.

Також варто згадати, що ресурс та цикл життя майже кожного супутника на орбіті залежить найбільш від кількості палива та темпів його витрати. А такі події із значним збільшенням атмосферного опору призводять до дуже суттєвого скорочення отих запасів пального. Для корекції орбіт в такій ситуації супутник може за добу витратити місячну норму палива. Тобто до наслідків подій космічної погоди слід долучити і значні додаткові майбутні витрати операторів LEO, на поповнення супутникових сузірь, спричинене скороченням життєвих циклів поточних супутників.

Прикладова анімація викиду корональної маси (CME)

Підсумок

Якщо згадати раніше опубліковану статтю про вплив космічної погоди на сучасний зв’язок у різних радіо діапазонах, то все вищенаведене дає чітку картинку — космічна погода критично впливає на системи супутникового зв’язку та роботу ГНСС. Отже є потреба відповідно відслідковувати такі ризики та планувати критично важливі операції та комунікацію критичних інфраструктур.

Доволі повчальний приклад використання подій космічної погоди в оперативному плануванні військових дій ми маємо саме у травні 2024. Противник використав тижневий ланцюжок геомагнітних збурень для застосування свого комплексу РЕБ, призначеного для глушіння каналів термінал-супутник LEO мережі Starlink. Застосування мало лише дуже обмежений частковий успіх і вочевидь вимагала оцінки ефективності та адаптації параметрів обладнання під задачу.

Значна кількість збоїв та деградації зв’язку Starlink із за геомагнітних штормів мали слугувати прикриттям — на їх фоні виявити факт перешкоджання зв’язку було дійсно складно. Але тим не менш виявлення застосування РЕП відбулось. А за ним виявлення джерела та знищення засобів РЕБ. Отже чітке розуміння реальних проявів впливу подій космічної погоди та співставлення із реальністю, проблематикою та спостереженнями — невід’ємна складова захисту сучасного супутникового зв’язку на полі бою.

Ризики впливу подій космічної погоди на низькоорбітальні супутники зв’язку будуть лише рости. Це обумовлено і намірами використання операторами нижчих орбіт, особливо задля послуг Direct-to-Cell. Але основним фактором росту ризиків буде стрімке нарощування кількості LEO супутників та збільшення ризику “ефекту доміно”, у випадку зіткнень будь яких таких супутників на насичених орбітах. Це також дає підстави розглядати LEO проекти з вищими орбітами як менш ризикові з цього кута погляду.

Безперечно, кількість реальних інцидентів та збитків від таких подій космічної погоди є значно більшою, ніж наведено у цьому матеріалі. Як показує досвід — деякі інциденти довший час залишаються “в тумані не публічності”, та й згадані врахування наслідків скорочення життєвого ресурсу супутників вимагає певної історичної глибини. Щоправда посилення конкуренції між SatCom операторами неминуче призведе до замовчування деталей таких інцидентів в публічному просторі. Але безумовно — людство лише вчиться інтенсивно використовувати навколоземний простір. Можемо лише сподіватись, що нам не доведеться занадто дорого платити за той досвід, що ми набудемо в найближчі роки.

Саме підтримка платних підписників SkyLinker.io дозволить нам ще краще та ще більше длитись незалежною аналітикою, цікавими оглядами та продукувати навчальні та освітні матеріали. Від недорогої підписки ціною в декілька філіжанок кави на місяць до більш вагомої рівня “Patron” - все це наочно та якісно конвертується в інформацію та знання, передусім для захисників України.

Все найцікавіше зі світу зв’язку та космічних технологій доступно також у вигляді освітніх аудіоподкастів та відеолекцій і на сайті та на Youtube каналі SkyLinker.