Вплив космічної погоди

Для України участь у міжнародних робочих та координаційних групах — це ще можливість просування українських ідей і розробок на світовому ринку, — кандидат фізико-математичних наук Олексій ПАРНОВСЬКИЙ

Порушення роботи електромереж та системи GPS, відкладення чи скасування трансполярних авіарейсів — усі ці проблеми може спричинити несприятлива космічна погода. Що це таке, як часто трапляється та як можна її спрогнозувати, «День» обговорив з кандидатом фізико-математичних наук, представником України в міжнародній програмі International Living With a Star (ILWS) та Робочій групі з космічної погоди Європейського космічного агентства (ESA SWWT) Олексієм ПАРНОВСЬКИМ. А також дізнайтеся з інтерв’ю, чому досі не було запущено український супутник «Мікросат», як саме потрібно змінювати українську науку та чого варто повчитися в учених з африканських країн.

ЯК САМЕ КОСМІЧНА ПОГОДА ВПЛИВАЄ НА ДІЯЛЬНІСТЬ ЛЮДЕЙ

— Що таке космічна погода?

— Космічна погода — це будь-які чинники космічного походження, крім астероїдів, які тим чи тим способом впливають на діяльність людей. Існує багато проявів, але ключові — це швидкі зміни магнітного поля, спалахи на Сонці, які призводять до переривання радіозв’язку, підвищення радіації та ін. Щодо радіації, то йдеться лише про верхню атмосферу, це рівень траси літаків, що літають на висоті понад 10 км, а до землі ця радіація не доходить. Вона найбільше виражена поблизу полюсів.

— Як і на що саме впливає космічна погода?

— Основний вплив іде на технічні системи. Найбільш масштабний щодо економічних збитків — це вплив, пов’язаний зі швидкими змінами магнітного поля. Довжелезні лінії електропередач працюють, як величезна антена, яка ці сигнали приймає. Як наслідок — збої в електроенергетичній системі або обладнання взагалі виходить з ладу. Це найбільш актуально для північних і південних країн. Так 1989 року в Квебеці вийшла з ладу місцева електромережа, й, відповідно, все населення Квебеку дев’ять годин сиділо без електрики.

Наступний за збитками — вплив на авіацію, який пов’язаний з відкритими не так давно трансполярними трасами, якими пасажири літають з Європи в США. Коли відбувається магнітна буря, спалах на Сонці й викид частинок, там виникає підвищення радіаційного фону, ба більш, ще й переривання радіозв’язку, що особливо небезпечно з погляду управління повітряним рухом. Тож літаки або стоять, поки це закінчиться (зазвичай кілька годин), або змушені летіти довшим маршрутом і, відповідно, витрачати більше пального. В обох випадках авіакомпанії зазнають збитків.

Третій вплив пов’язаний з користувачами таких навігаційних супутникових систем як GPS. Суть у тому, що такі системи працюють на основі досить слабких радіосигналів, які передаються з супутників на наземні приймачі. Наприклад, GPS у вашому смартфоні отримує радіосигнал з кількох супутників, а на основі цього визначає ваше місцеположення. Коли відбувається подія космічної погоди, то у вас ці сигнали або поширюються довше, ніж зазвичай, або взагалі так спотворюються, що приймачу їх неможливо розрізнити. Тож ви чи визначаєте своє положення з похибкою, яка доходить до ста метрів, або взагалі не можете визначити своє перебування. І це досить велика проблема. Звичайно, не для пересічних громадян, які просто зі смартфоном намагаються кудись дістатися, а, скажімо, в сільському господарстві, де нині масово використовують безпілотні комбайни, які їздять за GPS. Для судноплавства це також є проблемою.

Четверта галузь, де яскраво проявляється вплив космічної погоди, — це нафтогазовидобування. Річ у тім, що сьогодні, особливо для видобутку сланцевих нафти й газу, використовують таку технологію, як направлене буріння. Там у вас гнучкий бур, яким треба з великою точністю керувати, щоб він потрапив точно в нафтоносний чи газоносний пласт. Потім туди закачується під великим тиском спеціальна рідина й звідти видавлюється газ чи нафта. Щоб здійснити це, вам потрібно точно знати розташування бурової платформи, з якої ви це робите, а також потрібно точно знати орієнтацію бурової головки. Коли у вас триває буріння, і через космічну погоду виникає невизначеність щодо положення платформи й орієнтації головки, то це небезпечна операція. Відповідно, такі дії припиняються. А припинення роботи такої платформи — це 6 млн євро на день.

Також космічні апарати цілком (на щастя, це не дуже часто відбувається, але такі випадки є) або тимчасово можуть виходити з ладу.

— А чи впливають магнітні бурі безпосередньо на людей на землі?

— Наразі це дискусійне питання. Коли ми дивимося на статистику — кількість звернень щодо поганого самопочуття, особливо щодо серцево-судинних захворювань, то справді кореляція з рівнем космічної магнітної активності простежується. Інше питання, що коли ми формуємо невелику групу добровольців і починаємо їх досліджувати, то нічого такого виявити не вдається. Чи справді це впливає на людей, чи це ефект суто психологічний (людям дали попередження — і в них починає боліти голова) — точно невідомо.

ПРОГНОЗИ КОСМІЧНОЇ ПОГОДИ ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ

— Як часто трапляється несприятлива космічна погода?

— У сонця є цикл активності, який триває в середньому приблизно 11 років. Починається з фази мінімуму, потім відбувається підйом, фаза максимуму, спад і знову мінімум. Коли фаза мінімуму — в нас цілий рік може нічого серйозного не бути, як, наприклад, зараз. А може бути навпаки, як 2001 чи 2003 роках. Тоді був максимум, і викиди відбувалися ледь не щотижня, іноді — до кількох викидів на день. Тобто це відбувається досить часто.

Інше питання, що вони мають різну інтенсивність, і не всі з них мають загрозливі наслідки. Водночас навіть якщо воно не виведе одразу з ладу якийсь високовольтний трансформатор, то все одно зменшить термін його служби. Навіть у такій низькоширотній країні, як Іспанія, де, здається, нічого такого не мало б відчуватися, частота заміни цих трансформаторів досить точно корелює з сонячним циклом.

— Тобто можна передбачити, коли саме буде несприятлива космічна погода?

— Так. Є суто статистичне прогнозування, пов’язане з сонячним циклом. Зрозуміло, що коли максимум сонячної активності, то ці явища більш активні й вам варто очікувати якихось більш серйозних проявів, а коли мінімум — менше. Крім того, існує оперативний прогноз космічної погоди. На сьогодні це до трьох днів. У принципі, є ідеї, як це можна було б довести до тижня, десяти днів. Але наразі три дні — це найбільше. І є зовсім точний прогноз, кількісний, який на кілька годин. Я займаюся розробленням саме таких прогнозів.

— Як саме прогнози космічної погоди регулюють діяльність згаданих вами галузей, зокрема авіації?

— Міжнародна організація цивільної авіації є керівним органом у цій галузі. І всі літаки, які здійснюють міжнародні рейси, мусять виконувати її постанови й правила. В нещодавньому додатку до цих правил вони зобов’язали, здається, до 2030 року всі національні служби, які керують цивільною авіацією, ввести в себе внутрішні правила, які будуть примушувати авіакомпанії і, відповідно, диспетчерські служби зважати на прогноз космічної погоди й брати його до уваги при плануванні польотів. Так само, як це відбувається зі звичайною атмосферною погодою.

— А щодо інших сфер?

— Щодо нафтогазовидобування, зазвичай цим займаються великі компанії, які мають свої науково-дослідні підрозділи. Вони замовляють для компанії відповідні сервіси від урядових чи від комерційних компаній; як правило, беруть там дані, а остаточний прогноз роблять самі, виходячи зі своїх потреб, свого розташування. В нафтогазовій галузі принаймні це працює так.

Нам варто багато повчитися в жителів африканських країн, які це роблять уже багато років, і в них вражаючі успіхи в космічній погоді, наприклад. У них така система: найкращих випускників направляють у США чи Західну Європу, вони там навчаються, працюють деякий час, потім повертаються в Африку, викладають, займаються наукою і продовжують підтримувати зв’язки з Заходом. І це працює. Крім того, в них є панафриканська співпраця між різними країнами. Ця велика панафриканська спільнота досить згуртована, і вони активно одне одному допомагають — це унікальний досвід

А щодо GPS, то компанії, які надають ці послуги з супутникової навігації, мають на Землі мережу так званих контрольно-корегуючих станцій. Вони ці всі зміни відпрацьовують і своїм користувачам дають корекції. Інше питання, що не всі компанії розуміють усі нюанси, які при цьому виникають. Головна проблема полягає в тому, що якщо у вас ці ефекти на певній ділянці мають певну силу, то це не означає, що за 20 км вони будуть мати таку саму силу. Тому, щоб правильно вносити корекції, потрібно мати багато даних з різних місць.

«УПЕРШЕ В ІСТОРІЇ УКРАЇНИ ЦІЛИЙ СУПУТНИК ПРИСВЯЧЕНИЙ ВИРІШЕННЮ НАУКОВИХ ЗАВДАНЬ»

— Читала, що наука визначає сонячну активність не лише нинішню, а й ту, яка була в минулому…

— Цим займається наука палеокліматологія. Існує багато різних методів, які дають змогу це реконструювати. Якщо брати не дуже давню історію, коли людство вже існувало, то навіть картини можуть нам це продемонструвати. Наприклад, одна з найвідоміших картин Пітера Брейгеля-старшого «Мисливці на снігу» дала цінну інформацію про один з періодів аномально низької сонячної активності — так званий мінімум Шперера. Також замальовки полярних сяйв у японських літописах дали можливість оцінити частоту виникнення найбільш потужних магнітних бур. 

Є ще один метод — буріння льоду, коли дивляться його ізотопний склад. Існують й інші методи. Завдяки ним, можна казати про якісні зміни сонячної активності. Проте не знаю, чи можна визначати певні числа.

— Існує твердження, що на Заході космічна погода практично спрямована, а в нас це більше теоретична дисципліна. Яка ваша думка щодо цього?

— Донедавна в нас космічної погоди як такої не було взагалі. Потрібно розуміти, що є дві споріднені дисципліни: космічна погода й сонячна-земна фізика. Вони досліджують те саме, тільки сонячна-земна фізика це робить з фундаментального погляду, щоб з’ясувати якісь причини, механізми, формули написати, а космічну погоду цікавлять практичні речі, що саме зараз конкретно робити.

Я займався і тим, й тим і намагаюся й досі щось практичне в Україні організувати. Ми в Головному центрі спеціального контролю організували оперативний центр космічної погоди. Тобто до ключових завдань роботи цього центру ще додали те, як їхні технічні засоби та міжнародні дані можна використовувати, щоб вести оперативну діяльність щодо космічної погоди. Щоправда, зараз це в зародковому стані, і бозна-коли воно вийде на реально практичну діяльність, особливо враховуючи те, що цим в Україні займається до десяти людей.

— А як справи з супутником «Мікросат». Які його функції і на якому етапі перебуває його підготовка?

— Науковий керівник цього експерименту — Георгій Лізунов. «Мікросат» виконує подвійну функцію, це науково-технологічний супутник. По-перше, це справді вперше в історії України, коли цілий супутник присвячений розв’язанню наукових завдань. Його відмінністю від інших експериментів є те, що замість вивчення окремих, найбільш яскравих подій, він буде дивитися все, що відбувається, і набирати статистику. Таких статистичних досліджень досі не проводили. Крім того, на борту є кілька технологічних експериментів, суть яких — відпрацювання нових технологій створення супутників або їх компонентів, щоб потім їх використовувати в майбутньому.

Щодо запуску. Витрати на запуск мають бути передбачені Загальнодержавною цільовою науково-технічною космічною програмою України. Остання така програма завершилась 2017 року, а наступну, яка мала розпочатися з 2018, так і не було прийнято. В наступні роки в її проєкті просто переписувалися дати, не змінюючи суті робіт. Ця програма досі не прийнята, тож запуск буде не раніше 2023 року. Як тільки Верховна Рада ухвалить космічну програму, і в межах неї Державне космічне агентство укладе пусковий контракт, за 18 місяців після цього відбудеться запуск супутника.

— Водночас Україна бере участь у міжнародних місіях, наприклад, у 2017 році…

— Це проєкт 7-ї рамкової програми ЄС, який називався QB50. Він передбачав запуск у космос 50 наносупутників. Їхні розміри — 10 на 10 на 20/30 см. Це такі маленькі паралелепіпеди, які важать 2,5 чи 4 кг. І один з таких супутників робив КПІ разом з китайським університетом, беручи участь у цій місії.

ОДНА З НАЙВІДОМІШИХ КАРТИН ПІТЕРА БРЕЙГЕЛЯ-СТАРШОГО «МИСЛИВЦІ НА СНІГУ» ДАЛА ЦІННУ ІНФОРМАЦІЮ ПРО ОДИН З ПЕРІОДІВ АНОМАЛЬНО НИЗЬКОЇ СОНЯЧНОЇ АКТИВНОСТІ — ТАК ЗВАНИЙ МІНІМУМ ШПЕРЕРА

Проте тут важливо розуміти одну річ. Корисне навантаження, яким проводилося вимірювання, їм присилали бельгійці та нідерландці, які керували цим проєктом, а КПІ робили тільки саму платформу, кубик, на якому воно ставилося, службові системи. Це важлива річ, безсумнівно, але так можна сказати, що Україна брала участь і в інших випадках, коли КБ «Південне» робило платформу для якогось апарата, на який ставилися іноземні прилади. Тож слід розуміти: між корисним навантаженням і службовим є велика різниця.

— Ви входите до кількох міжнародних робочих та координаційних груп. Як саме відбувається співпраця?

— У кожній глобалізованій сфері діяльності обов’язково з’являються міжнародні координаційні структури, які потрібні для того, щоб, по-перше, люди не займалися дублюванням одних і тих самих розробок, щоб був «світовий розподіл праці», а по-друге, щоб обмінюватися знанням і досвідом. Така сама ситуація є і в космічній погоді. Так склалося, що ця координація з’явилася надто пізно, тому було дуже багато організацій, які якусь маленьку частину цієї діяльності мали в своєму складі.

І це ускладнює роботу. Бо є така організація, як Комітет космічних досліджень, яка переймається здебільшого науковим аспектом, є Всесвітня метеорологічна організація, яка має свої аспекти, є Міжнародний комітет метеорологічних супутників тощо. І всі мають у цьому свій інтерес, свої традиції роботи, загальні принципи. Нині робота триває в напрямі того, щоб усе привести до спільного знаменника. Це повільно рухається, зокрема й тому, що основною організацією є комітет ООН з використання космосу в мирних цілях. А оскільки він працює на основі консенсусу, це дуже довга робота.

До всіх цих груп входять одні й ті самі люди й кажуть подібні речі. Зокрема, розглядають такі питання: стандартизація даних, обмін оперативною інформацією, розробка нових індексів, метрик, характеристик.

Для України участь у таких групах важлива з кількох міркувань. По-перше, це участь у світовому розподілі праці, тобто можливість для українських фахівців долучатися до міжнародних проєктів. По-друге, це обмін досвідом і можливість об’єднання ресурсів різних країн, тобто збільшення ефективності використання коштів, що на це виділяються. По-третє, це перенесення в Україну передових організаційних практик провідних країн. І останнє за переліком, а не за значущістю, це просування українських ідей і розробок на світовому ринку.

«ПРОБЛЕМА УКРАЇНСЬКОЇ НАУКИ НАСАМПЕРЕД ІНСТИТУЦІЙНА»

— Як би ви схарактеризували стан України в цій сфері?

— У нас загальна наукова проблема полягає в тому, що люди, які раніше цим займалися, — уже похилого віку. Представників наступного покоління, від 30 до 45 років, не дуже багато. А далі нікого — молоді зараз немає в науці.

Проблема української науки насамперед інституційна. Структури, які мали б опікуватися наукою в України, не завжди це виконують. Не буду називати конкретні інституції, бо провина в цьому загальна. Звісно, є історичні передумови, чому так сталося: 90-ті роки не були використані для проведення реформ, навпаки, було намагання заморозити ситуацію.

Зараз нам це все шкодить, тому що в нашій науці збереглася планова система радянського зразку, з поправкою на економічні реалії. Змінилося дуже мало. І всі намагання виправити ситуацію наштовхуються на величезний спротив. Будучи спікером з питань науки політичної партії «Демократична сокира», я написав проєкт такої програми реформування української науки, в якому виклав своє бачення, як це можна зробити. І вона вже отримала позитивне схвалення наукової спільноти.

— Які основні кроки цієї програми?

— Для початку потрібно розуміти поточну ситуацію. Вона така: є окремі групи, які всупереч усім несприятливим умовам продовжують працювати. Потрібно їх виявити, перенести в нормальне середовище — з нормальним фінансуванням, інфраструктурним забезпеченням, правилами роботи, щоб позбавити їх токсичного впливу тієї системи, яка є наразі. Бо там працює принцип відра з крабами — коли хтось намагається вибратися, інші його починають тягнути назад. Тож треба їх звідти витягувати й переводити.

Водночас передбачається скорочення великої кількості наукових установ та їх укрупнення. Тому що кожна з них повинна мати повний набір керівного та допоміжного персоналу, що призводить до страшенно неефективного використання грошей, до надзвичайного адміністративного навантаження на науковців, і як результат, замість того, щоб проводити дослідження, вони перекладають папірці. Це неприпустимо. В програмі також вказано конкретні механізми, як забезпечити баланс інтересів, антикорупційні заходи, неможливість узурпації влади. Все це прописано і є на сайті партії.

— А як щодо популяризації науки? На щастя, з’являється все більше ініціатив, наприклад, «Дні науки»…

— П’ять років тому, коли почалася популяризація науки, в нас була критична ситуація зі ставленням суспільства до науки взагалі. Науку сприймали як якогось «дармоїда», якому невідомо за що виділяють кошти. Після того як на волонтерських засадах почалася популяризація, принаймні це ставлення вдалося змінити.

Друга проблема — науковців стало дуже мало, і треба якось мотивувати людей будь-якого віку, будь-якого бекграунду займатися наукою. Єдиний спосіб для здійснення цього — популяризація. Слід пояснювати людям, що таке наука, що це цікаво, і щоб нею займатися, не потрібно бути генієм.

Сьогодні, коли значно підвищилися можливості для молоді навчатися за кордоном і при цьому впала якість української освіти, як середньої, так і вищої, то важко знайти достойних кандидатів в українських вишах. Тому якщо ми не можемо брати молодь офіційними шляхами, то нам потрібні обхідні шляхи. Зараз є чудовий проєкт — Київський академічний університет, на базі інфраструктури колишнього Київського відділення МФТІ. Це намагання зробити західного плану університет в Україні, і на чолі цього стоїть дуже гарна команда. На нього покладаються великі надії.

— Щодо навчання за кордоном. Проблема, як я розумію, полягає не в тому, що студенти їдуть у інші країни, щоб навчатися. А що потім не повертаються і не діляться здобутими знаннями…

— Звичайно, немає нічого поганого, щоб навчатися за кордоном. Річ у тім, що наука, особливо фундаментальна, нині дуже глобалізована. Нормальним є закінчити університет у одній країні, аспірантуру — в іншій, на постдок поїхати в третю, а потім отримати позицію в четвертій. Інакше — дуже звужується світогляд, розуміння. В жодному разі не треба «маринуватися у власному соку», потрібно їздити, спілкуватися з іншими людьми, треба чути різні погляди на проблеми, обмінюватися досвідом — це дуже важливо. Тому що тільки так сьогодні можна досягти якихось значних результатів.

І, звісно, потім потрібно ділитися знаннями. Щодо цього нам варто багато повчитися в жителів африканських країн, які це роблять уже багато років, і в них вражаючі успіхи в космічній погоді, наприклад. У них така система: найкращих випускників направляють у США чи Західну Європу, вони там навчаються, працюють деякий час, потім повертаються в Африку, викладають, займаються наукою і продовжують підтримувати зв’язки з Заходом. І це працює. Крім того, в них є панафриканська співпраця між різними країнами. Ця велика панафриканська спільнота досить згуртована, і вони активно одне одному допомагають — це унікальний досвід.

«УВЕСЬ ЦЕЙ ЧАС МИ ВИВЧАЛИ ЛИШЕ 5% РЕЧОВИНИ В КОСМОСІ»

— Ваша спільна з батьком книжка «Як влаштовано Всесвіт. Вступ до сучасної космології» — теж приклад популяризації науки.

— Вона для цього писалася й видавалася. Бекграунд для її прочитання потрібний мінімальний. Якщо є незрозумілі астрономічні терміни, то ми рекомендуємо прочитати книжку Азімова «Всесвіт. Від Плоскої Землі до Квазарів», це давня книжка, але, як на мене, і досі найкращий вступ до астрономії.

У нашій книжці багато фактів, які можуть здивувати читачів. По-перше, бо в нас і досі не так багато якісної науково-популярної літератури. А ця книжка відрізняється навіть на тлі науково-популярних, бо ми з батьком професіонали в цій сфері й вмістили в книжку останні відомості з цієї теми на момент її виходу. Крім того, космологія — це наука, яка зараз перебуває у революційному стані. Не так давно космологи дізналися, що весь цей час ми вивчали лише 5% речовини у Всесвіті. Тож у книжці багато приводів для подиву.

Підготувала Марія ЧАДЮК, «День»

Газета: №94-95, (2020)

Підписуйтесь на нас в Telegram: тут найцікавіші аерокосмічні новини!