В феврале я прочитал заголовок о том, что солнечная буря уничтожила 40 спутников Starlink. Я представил себе что-то огромное и принял историю как есть, не посмотрев ни на одно число. В этом месяце я наконец посмотрел, потому что хотел знать 2 вещи. Насколько сильной была эта буря по сравнению с остальным 2022 годом? И была ли она особенной для Starlink или другие запуски проходили через такую же погоду без потерь?
Катаока с соавторами выложили препринт в марте, сейчас он принят в журнал. Данг с соавторами опубликовали свою работу в августе. Команда NOAA и CIRES написала третью вместе с инженерами SpaceX. Все три о том, насколько плотной была верхняя атмосфера в те дни. Их модели я не повторял, я хотел только сверить историю с открытыми таблицами, которые может скачать любой.
Таблицы
Индекс Kp от GFZ в Потсдаме это одно число на каждые 3 часа, от 0 до 9, которое говорит, насколько возмущено магнитное поле Земли в целом. На нём построена шкала бурь NOAA: Kp 5 это буря G1, 6 это G2, 7 это G3. Kp меняется с шагом в треть, так что 5+ это 5 и одна треть. В том же файле есть ap, линейный аналог Kp, который можно складывать. Его среднее за сутки называется Ap.
В каталоге спутников CelesTrak есть каждый отслеживаемый объект с датой запуска и, если объект уже сошёл с орбиты, с датой схода. Время стартов я взял из списка запусков Starlink в Википедии, потому что в каталоге только даты. Весь разбор это около 110 строк на Python 3.10 без библиотек сверх стандартной.
Перед подсчётом я записал, чего жду. Февральская буря окажется слабой и таких дней в 2022 году будет больше 10. Group 4-7 будет единственным запуском с большими ранними потерями. И найдётся хотя бы один другой запуск, который в первые дни попал под Kp 5 или выше и ничего не потерял.
Насколько сильной она была
Group 4-7 стартовал 3 февраля в 18:13 UTC с 49 спутниками. SpaceX выводит новые спутники на низкую орбиту высотой около 210 км и поднимает их позже, чтобы неисправный быстро сгорел.
3 февраля Kp дошёл до 5+ утром, за несколько часов до старта. От запуска до второй половины следующего дня он держался от 2,7 до 4. Потом 4 февраля с 15 до 18 UTC снова дошёл до 5+, примерно через 21 час после отделения спутников. Индекс Dst реального времени из Киото, второй стандартный индекс геомагнитных бурь, 3 февраля опустился до −66 нТл, а 4 февраля до −61. У сильной бури он уходит ниже −100 нТл.
С 1 января по 21 декабря этого года было 35 дней с Kp 5 или выше, примерно 3 в месяц. 20 из них дошли до 5+, как 3 и 4 февраля. До G2 дошли только 5 дней, до G3 ни одного. Некоторые службы считают G1 уже от 5 с минусом. По такому правилу в году 52 дня с бурей, из них 9 дней G2 и 2 дня G3. В любом случае февраль далеко не в начале списка. По суточному Ap 4 февраля делит 5-е место среди самых возмущённых дней года, а 3 февраля на 11-м месте. Для этой фазы солнечного цикла это обычное число: в 2012 году, тоже на подъёме цикла, таких дней тоже было 35.
Где я ошибся
Потом я посчитал ранние потери. Для каждого запуска Starlink с 2019 года я взял спутники, сошедшие с орбиты в первые 30 дней. В моей первой таблице у Group 4-7 было 6 ранних потерь. У спокойного запуска 19 марта тоже было 6.
До другого столбца я дошёл не сразу. Для каждого запуска Starlink 2022 года в каталоге от 46 до 54 объектов, кроме двух. Запуск 11 сентября делил ракету с BlueWalker 3, у него 34. У Group 4-7 их 17. Из них 11 это спутники, которые уцелели. Остальные 6 это объекты с буквой вместо номера, вроде STARLINK A. Они сошли с орбиты с 6 по 12 февраля. Ещё 32 спутника сошли с орбиты раньше, чем получили публичные номера в каталоге.
49 минус 11 это 38, то же число, что в статьях. Значит, каталог потерю подтверждает, но только как дыру. Если считать сходы с орбиты строка за строкой, как я сначала и сделал, видно 6. Запуск 19 марта ушёл в спокойную погоду и все его спутники в каталоге есть. Его 6 сходов пришлись на дни с 13-го по 30-й после старта, через несколько дней после бурь уровня G2, случившихся 10 и 14 апреля. Так же хорошо это объясняется тем, что спутники не прошли проверку и их свели с орбиты намеренно, но этого я не проверял.
Была ли погода особенной для Starlink
Для каждого из 33 запусков Starlink в 2022 году я сложил ap по трёхчасовым интервалам от старта примерно до конца первых суток. У Group 4-7 сумма 256 при максимальном Kp 5+.
Это не худший случай. Запуск 19 января, за 2 недели до того, ушёл в 02:02 UTC прямо в интервал с Kp 5+. Его сумма за первые сутки 199, все 49 спутников есть в каталоге и потерь в первый месяц нет. 7 июля сумма была 266 при Kp 5+. 5 сентября она была 319 при Kp 5. Радиопоток Солнца на волне 10,7 см (F10.7) показывает, насколько Солнце греет верхнюю атмосферу. В тот день он был 130, почти как 3 и 4 февраля, когда было 127 и 130. Ни один из этих трёх запусков не потерял в первый месяц ни одного спутника.
Третье ожидание тоже подтвердилось. Именно это я не могу объяснить одним Kp. По моим числам у Group 4-7 был плохой день, но у двух других запусков дни были хуже и они уцелели. SpaceX тогда писала, что бортовой GPS показал атмосферное сопротивление до 50% выше, чем на предыдущих запусках. Kp этого не показывает. Он строится по наземным магнитометрам и не измеряет плотность воздуха на конкретной орбите высотой 210 км. В статьях эту плотность оценивают по моделям верхней атмосферы.
Может быть, орбита отделения 19 января и 5 сентября была выше. Для 5 сентября, может быть, SpaceX после февраля иначе обращалась с новыми партиями. Мои таблицы не говорят, что из этого верно.
Чего я не проверял
Высоту отделения на каждом запуске. Элементы первых орбит лежат на сайте каталога Космических сил США, а там нужна учётная запись. Открытый каталог хранит только последнюю орбиту. Без них сравнение запусков касается только погоды. Насколько каждая партия была уязвима, я сказать не могу.
Kp за последние недели года ещё предварительный и несколько подсчётов за конец года ещё могут сдвинуться. Границей ранней потери я взял 30 дней. Спутник, который отказал на орбите и сошёл с орбиты позже, не засчитан, а плановый сход в первые 30 дней засчитан как потеря.
Время стартов из Википедии я не сверял с SpaceX. Ошибка на час сдвинула бы окно не больше чем на один трёхчасовой интервал.
Наземные последствия, энергосети и радиосвязь, я тоже не смотрел. Единственная сеть, которую я мог проверить по открытым таблицам, была на орбите. Почему 19 января и 5 сентября пережили такую же погоду, я так и не знаю.