Цивилизация
Всемирная система инфразвуковых датчиков, выстроенная для контроля за ядерными испытаниями, оказалась способна следить за космическими запусками в разных странах и даже отличать типы запускаемых ракет. К такому выводу пришли западные ученые, опубликовавшие результаты своего исследования в журнале Geophysical Research Letters.
При старте космической ракеты работа двигателей производит сильный шум, который обычно слышится в районе космодрома. Однако куда дальше распространяется не слышимый человеческим ухом инфразвук — колебания, производимые на низких частотах в единицы Герц, которые могут фиксироваться на расстоянии в тысячи километров от места запуска.
Их и оказалась способна отмечать Международная система мониторинга (IMS), которая представляет собой глобальную сеть датчиков обнаружения и регистрации событий, свидетельствующих о возможном проведении ядерных взрывов. Она была введена в строй в рамках Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, принятого 50-й сессией Генеральной Ассамблеи ООН в 1996 году. В настоящее время сеть состоит из 53 сертифицированных станций по всему миру.
Инфразвуковые волны вызывают слабые изменения атмосферного давления, измеряемые с помощью микробарометра на станциях. Инфразвук способен преодолевать большие расстояния при малом рассеянии, и поэтому метод звукового мониторинга с успехом используется для детектирования и локализации атмосферных ядерных взрывов.
Однако чувствительности этих датчиков хватает не только для фиксации атмосферных ядерных взрывов, но и для приема инфразвуковых сигналов от природных катаклизмов, таких, как извержения вулканов, или от техногенных — например, от стартов космических ракет. Поняв это, ученые захотели выяснить, можно ли по инфразвуковому следу отличать типы запускаемых ракет.
Карта (синие значки — станции слежения, зеленые — космодромы)
Оказалось — можно делать не только это, но и определять различные этапы выведения ракеты, от старта до падения отработанных ступеней. Используя данные IMS за несколько лет, с 2009 по 2020 год, ученые смогли исследовать особенности 1001 ракетного пуска.
Благодаря этому массиву данных они определили характерные звуковые особенности семи разных видов космических аппаратов, в том числе американских шаттлов, ракет Falcon 9, семейства российских «Союз» и «Протон», европейских Ariane 5 и нескольких типов китайских ракет-носителей «Чанчжэн».
Для некоторых запусков, например шаттлов и ракет Илона Маска Falcon 9, ученые оказались способны отслеживать по инфразвуку отдельные стадии полета. В будущем эта информация поможет при определении возникающих во время старта проблем и отслеживании мест падения отработанных ступеней.
Всего в ходе исследования было изучено 7637 «особенностей» инфразвуковых следов космических пусков. Исследовались лишь старты, находившиеся в пределах 5 тыс. километров от ближайшей станции.
Однако выяснилось, что порой инфразвуковой шум от старта может быть пойман и на расстоянии до 9 тыс. км, отмечает Патрик Хьюп, автор исследования из Федерального института наук о Земле и природных ресурсов (Германия)
Кроме того, оказалось, что большая часть особенностей (60%) может быть зафиксирована при ночных запусках, поскольку днем этому мешает турбулентность атмосферы и техногенные шумы.
Характерные особенности звука удалось выявить в 73% запусков. Остальные 27% пусков детектировать не удалось из-за небольшой мощности ракет или атмосферных условий, затруднявших распространение инфразвука на большие расстояния.
Особое внимание ученые уделили различию в звуке при запуске двух типов космических аппаратов — американских Space Shuttle, которые прекратили летать в 2011 году, и Falcon 9. Оказалось, что для обоих типов аппаратов возможно определять отдельные фазы полеты.
Так, при запуске шаттла с мыса Канаверал в ноябре 2009 года ученые услышали шум от падения твердотопливных ускорителей, а уже потом – шум непосредственно от старта. Дело в том, что падение ускорителей произошло ближе к станции слежения, чем место, с которого осуществлялся запуск. Иначе говоря, ракета летела быстрее скорости звука.
«Ракета оказалась быстрее, чем распространение инфразвука в атмосфере», — пояснил Хьюп.
В случае со стартом ракеты Falcon 9 в январе 2020 года ученые успешно отследили как взлет ракеты, так и посадку ее первой ступени на специальную баржу в океане.
«Обрабатывая данные и применяя различные критерии качества к инфразвуковым особенностям мы смогли отделить работу отдельных ступеней», — пояснил Хьюп. «Возможность различать разные типы ракет может оказаться полезной, — считает Адриан Питер из Технологического института Флориды. По его словам, в будущем это поможет при расследовании отказов во время запусков. Так, если при старте ракета не вышла, а взорвалась на промежуточном этапе, сопоставление данных со станции слежения с данными объективного контроля поможет выявлению причин отказа.