Колись ми вважали, що наші дії надто незначні, щоб вплинути на щось таке велике, як природне середовище, — що рибалки не зможуть виснажити промисел, що ґрунтових вод настільки багато, що збереження непотрібне, і що Небо було достатньо великим, щоб ймовірність зіткнення двох створених людьми об’єктів у космосі, а тим більше загроза нашій здатності використовувати орбіти, була незначною. Сьогодні ми знаємо краще. Але шлях від визнання ресурсу обмеженим до раціонального управління ним довгий.
Ми визнаємо зростаюче усвідомлення та занепокоєння тим, що дедалі більше перевантажене середовище на низькій навколоземній орбіті (LEO) потенційно може перевищити природну місткість, завдаючи значної шкоди навколишньому середовищу. У той же час ми бачимо відсутність ясності щодо того, як перевести цю обізнаність у дискусії на політичному рівні та дії щодо використання та координації орбіти. На нашу думку, успішне управління орбітою вимагатиме чіткої інтеграції моделювання середовища в процес прийняття рішень щодо використання орбіти.
Приблизно 20 років стандартний підхід до управління впливом об’єктів, створених людиною, на середовище орбітального сміття значною мірою ґрунтувався на вимогах до кожного супутника чи місії, опосередковано враховуючи спорадичні технічні дослідження. Це має сенс, якщо ваша головна мета — уникнути вкрай безвідповідальної поведінки, і якщо кількість нових космічних апаратів є передбачуваною та значно нижчою від можливостей системи. Проте в епоху, яка характеризується порядковим зростанням кількості активних супутників, покладатися лише на фіксовані правила вже недостатньо для забезпечення космічної стійкості. Нам також потрібно чітко керувати потужністю, якщо ми хочемо переконатися, що використання LEO залишається в межах можливостей природної системи.
Що таке орбітальна здатність?
Орбітальна здатність — це не кількість супутників, а скоріше набір обмежень щодо того, де, як і наскільки щільно супутники використовують орбітальний об’єм. Кілька факторів, а не проста кількість супутників, обмежують використання орбіти та окреслюють набір можливих майбутніх з допустимими наслідками.
Що це за обмеження? Що стосується ризику фізичного зіткнення, то існує принаймні три: довгострокова стійкість, операційний ризик і координація орбітального об’єму.
Довгострокова стійкість розглядає еволюцію космічного середовища протягом десятиліть або століть і запитує, чи буде продовжувати збільшуватися чисельність чи маса популяції сміття. Експлуатаційний ризик стосується ймовірності того, що даний космічний корабель буде знищено або виведено з ладу уламками протягом усього терміну служби, а також експлуатаційного навантаження, яке створює уникнення зіткнення. Чим відрізняються ці перші два обмеження? Певний регіон може бути настільки захаращеним, що створює неприйнятний операційний ризик для операторів, навіть якщо зростання сміття не викликає проблем щодо довгострокової стабільності. Мінне поле небезпечне, навіть якщо кількість мін не збільшується.
Третє обмеження стосується координації орбітального об’єму великих сузір’їв. Ми згодні з тими, хто закликає до неузгоджених великих сузір’їв, щоб уникнути перекривання паркувальних орбіт. Однак це обмеження обмежує кількість супутників, які можуть бути розміщені в певному об’ємі простору, особливо якщо сузір’я претендують на надто великі ексклюзивні операційні об’єми, які виключають інші.
Орбітальна здатність — це не кількість супутників, а радше набір обмежень щодо того, де, як і скільки супутників використовують орбітальний об’єм.
Окрім ризику фізичного зіткнення, є багато інших факторів, які потенційно обмежують використання орбіти: ступінь ризику, який матеріал, який вижив після повторного входу в атмосферу Землі, становить для тих, хто знаходиться на землі, вплив на наземну оптичну та радіоастрономію, доступ до спектру для зв’язку із супутниками, потенційний вплив на навколишнє середовище великої кількості алюмінію та інших матеріалів, які випаровуються у верхніх шарах атмосфери під час входу в атмосферу, а також вплив космічної галузі на стійкість земної поверхні.
Деякі запропонували використання спрощених показників для приблизної кількісної оцінки сукупних обмежень навколишнього середовища та розподілу використання ресурсів на певні сузір’я. Простота може надати розуміння. Однак такий підхід також робить неявним часто недосконалий зв’язок між цими показниками та основними обмеженнями, які вони прагнуть відобразити. Це опосередкування не обов’язково є проблемою, але до нього слід ставитися обережно. Як попереджає закон Гудхарта, міра, яка стає мішенню, часто перестає бути корисною мірою. Подібним чином спроба перейти безпосередньо до обмеження або розподілу допустимої потужності для окремих систем замикає багато передумов, необхідних для того, щоб зацікавлені сторони сприйняли таке управління як легітимне, що значно ускладнює прогрес.
Раціональне управління навколоземною орбітою
Ми знаємо, що вам все ще напевно цікаво: яка правильна кількість супутників, щоб розділити наше небо? Неприємна відповідь така: це залежить. Різні фактори обмежуватимуть пропускну спроможність на різних висотах або за різних припущень щодо факторів, наприклад, які супутники будуть запущені, наскільки відповідально оператори поводитимуться на орбіті та навіть наскільки ефективно ми вирішуємо проблему зміни клімату. Життєздатні рішення визначаються тим, що можливо здійснити з урахуванням набору обмежень і припущень.
Визначення цих обмежень і вибір того, які з них мають значення, є змішаним питанням науки, цілей зацікавлених сторін, технології та політики, і вирішення цього питання обов’язково має збалансувати конкуруючі цінності та пріоритети широкого та репрезентативного набору зацікавлених сторін. Який операційний ризик повинні приймати оператори? Що ви робите, коли вони незмінно не згодні? Як ви оцінюєте економічні вигоди від розширеного супутникового зв’язку з визнанням того, що, навіть із пом’якшенням, таке розгортання може мати суттєвий вплив на наземну астрономію? Чи вживаєте ви якихось запобіжних заходів щодо утилізації атмосферних супутників, враховуючи наше обмежене розуміння впливу на хімічний склад атмосфери та кліматичні процеси? Ці запитання не мають простих відповідей, але результуючі обмеження, навантажені цінністю, визначають межі системи та відрізняють «добре» від «поганого» майбутнього. Вибір серед цих рішень є проблемою колективних дій і управління ресурсами, з якою одночасно стикаються оператори та регулятори з десятків країн.
Отже, досягти прогресу, використовуючи концепцію орбітальної потужності? Ми вважаємо, що для досягнення майбутнього з використанням LEO з урахуванням можливостей необхідно виконати чотири кроки:
Досягніть консенсусу щодо технічних визначень космічної стійкості та обґрунтованих припущень моделювання.
Нам потрібно досягти широкого спільного консенсусу щодо того, які обмеження на орбітальний потенціал відповідають потребам зацікавлених сторін. Рівень дискурсу має вийти за рамки «уникнення синдрому Кесслера» до рівня технічної специфікації, достатньої для однозначної оцінки різних майбутніх. Різні оператори мають різні погляди на прийнятні рівні операційного ризику та навантаження на уникнення зіткнень. Регулятори мають різні політичні цілі, протиставляючи бажання отримати вигоду від космічних послуг знанням про те, що кількість фрагментів на певних висотах продовжуватиме зростати протягом наступних років навіть за відсутності майбутніх запусків. Експерти можуть допомогти перетворити ці точки зору на конкретні технічні обмеження, але такі обмеження мають потребувати підтримки зацікавлених сторін, щоб бути значущими.
Довіра зрілої спільноти до доступних інструментів моделювання навколишнього середовища з відкритим вихідним кодом, а також здатності використовувати ці інструменти.
Деякі оператори висловлюють занепокоєння, що коли орбітальна потужність буде визначена, вона буде цинічно використовуватися конкурентами як інструмент виключення з ринку або як довільне кишенькове вето з боку регуляторів. Вирішення цих проблем вимагає моделей, доступних для всієї спільноти, прозорих і придатних для використання людьми з різним рівнем підготовки. Ця відкритість має бути потужною протиотрутою проти недобросовісних спроб використовувати занепокоєння щодо сталого розвитку для розпалювання страху, невпевненості та сумнівів. Консенсусні обмеження та моделі можуть уможливити порівняння яблук із яблуками та розділити дебати про підходи до наукового моделювання від обговорень цілей сталого розвитку, ефективності використання орбіти та справедливості в доступі до орбітального обсягу. Методи, керовані даними, зі зручними для користувача реалізаціями необхідні для переходу від інтуїції до прийняття рішень на основі доказів і для розбиття нерозв’язної та суперечливої проблеми координації на менші, керовані частини.
Включити розгляд орбітальної потужності в регуляторні процеси.
Стандарти для кожного супутника та для кожної місії заслуговують на довіру як способи запобігання вкрай безвідповідальній поведінці, але недостатні для того, щоб забезпечити стабільний рівень сукупного трафіку. Процеси авторизації місій повинні включати використання консенсусних моделей для розуміння внеску нових місій в еволюцію космічного середовища. Для цього знадобиться безперебійне володіння відповідними інструментами моделювання для нормативно-правових актів і заявників. Встановлені регулятори космічного простору можуть розпочати цей процес, починаючи з вимог щодо розкриття інформації щодо потужності та безпечних гаваней для перегляду, перш ніж поступово переходити до включення таких факторів у рішення щодо ліцензування. Умови доступу до ринку можуть з часом сприяти більш широкому застосуванню підходів, що базуються на потенціалі. Важливо те, що прозорі моделі та критерії прийняття рішень покращують нормативну визначеність для заявників, пояснюючи, як саме буде оцінюватися використання потужності їхньої системи.
Працювати в напрямку адаптивного управління та адаптивного управління.
Управління природними ресурсами часто характеризується значною невизначеністю як у вході системи, так і в реакції. У сфері управління наземними ресурсами вже досягнуто прогресу завдяки стратегіям адаптивного управління — використання моделей для інформування про ітеративно адаптовані стратегії управління, засновані на спостереженнях за тим, як середовище реагує на поведінку користувачів — і стратегіям адаптивного управління, які залишаються узгодженими з потребами зацікавлених сторін через деякий час. Разом вони представляють чудову альтернативу фіксованим правилам і змагальним судовим процесам як механізм управління природними ресурсами. У багатьох випадках добровільні консенсусні структури можуть посилити або усунути режими примусового управління. Ми повинні адаптувати та застосувати ці механізми для управління та координації використання орбіти.
Визначення та розробка стратегій навколо орбітальної потужності забезпечує важливу відсутню ланку для прямого зв’язку цілей сталого розвитку з операторами та прийняттям регуляторних рішень. Оскільки кількість космічних кораблів, запропонованих для LEO, продовжує збільшуватися, чітке управління потужністю стане важливим кроком для забезпечення фактичного досягнення цілей сталого розвитку. Щоб досягти цього, оператори, регулятори та зацікавлені сторони в космічній спільноті потребуватимуть підтримки, сумлінності та наполегливої роботи. Ми вважаємо, що це буде варте зусиль. Сподіваємось, ви згодні.