Erfassen von Wetterphänomenen im Weltraum für eine größere Sicherheit und besseren Schutz der Weltraum- und Bodeninfrastruktur
Wandernde ionosphärische Störungen spielen eine wichtige Rolle bei der Verbreitung von Funksignalen über die Ionosphäre der Erde. Diese breiten sich als Wellen mit einem breiten Spektrum von Geschwindigkeiten und Frequenzen in der Ionosphäre aus. Wandernde ionosphärische Störungen können den Betrieb von Infrastrukturen im Weltraum und auf der Erde stören, insbesondere die Dienste European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) und Netzwerk-Echtzeit-Kinematik (NRTK) sowie Hochfrequenzkommunikation und Funkaufklärungsoperationen. „Wandernde ionosphärische Störungen kommen fast täglich vor“, erklärt Anna Belehaki, Koordinatorin des EU-finanzierten Projekts TechTIDE. „Sie zu identifizieren und zu verfolgen, ist ausgesprochen kompliziert, und dies muss im operativen Dienstmodus noch erreicht werden.“
Warndienste für Systeme im Weltraum und auf der Erde
Die Projektpartner entwarfen, testeten und validierten neue, praktikable Strategien zur Minderung der Auswirkungen wandernder ionosphärischer Störungen auf direkt betroffene Technologien. Sie arbeiteten eng mit den Betreibern dieser Technologien zusammen, um den Mehrwert der vorgeschlagenen Techniken zur Minderung von Störungen für den EGNOS-, NRTK- und Hochfrequenzbetrieb zu demonstrieren. Die entwickelten Methoden sind erstmals in der Lage, die direkte Identifizierung und Verfolgung von wandernden ionosphärischen Störungen in Echtzeit über riesige Gebiete der Welt hinweg zu unterstützen. Diese Nachweismethoden wurden online mit Daten in Echtzeit implementiert. Die Ergebnisse wurden nahezu in Echtzeit berechnet. Alle Software-Codes für die Identifikation wandernder ionosphärischer Störungen wurden für den freien Zugang veröffentlicht. Das TechTIDE-Team schuf ein webbasiertes System zur Ausgabe von Warnungen beim Auftreten von wandernden ionosphärischen Störungen in dem Gebiet, das sich von Europa bis Südafrika erstreckt. Es stellt 70 verschiedene Produkte zur Unterstützung der Nutzerinnen und Nutzer bereit und verarbeitet Daten und Produkte von 21 verschiedenen Datenanbietern. Die Open-Access-Produkte sind in Echtzeit verfügbar, und die archivierten Daten sind über die TechTIDE-API zugänglich. Das System schätzt die Parameter, welche die Eigenschaften wandernder ionosphärischer Störungen spezifizieren, und stellt den Nutzerinnen und Nutzern alle zusätzlichen geophysikalischen Informationen zur Verfügung, um diesen bei der Risikoeinschätzung sowie der Entwicklung von auf ihre Anwendungen zugeschnittenen Techniken zur Minderung von Störungen zu helfen. Auf diese Weise werden sich die Betreiber von Kommunikationssystemen in der Luft und am Boden der Gefahren bewusst, die wandernde ionosphärische Störungen für ihre Systeme darstellen. Infolgedessen können sie Techniken zur Minderung von Störungen entwickeln, welche von der TechTIDE-Warnlösung in Echtzeit unterstützt werden.
Größerer Einblick in die Wirkung von wandernden ionosphärischen Störungen
Durch den systematischen Vergleich von Vorhersagen von wandernden ionosphärischen Störungen mit Daten zur Leistungsverschlechterung konnten die Projektpartner die Auswirkungen unter verschiedenen Sonnenzyklusphasen, Jahreszeiten, Ortszeiten sowie Kopplungsbedingungen zwischen Sonnenwind und Magnetosphäre spezifizieren. Durch ihre Forschungsbemühungen konnten sie die Phänomene besser verstehen, die zur Entstehung verschiedener Arten von wandernden ionosphärischen Störungen führen, die durch Störungen im Sonnenwind und in der Troposphäre ausgelöst werden. „Diese Errungenschaft sowie die Entwicklung innovativer Nowcasting-Techniken legt den Grundstein für die Entwicklung von Vorhersagemodellen für wandernde ionosphärische Störungen, die eine wesentliche Voraussetzung für jeden hochgenauen Weltraumwetterdienst sind“, merkt Belehaki an. In Zusammenarbeit mit potenziellen Nutzerinnen und Nutzern wie der Europäischen Weltraumorganisation bewerteten die Projektpartner die Funktionalität, Zuverlässigkeit und Effizienz der vorgeschlagenen Dienste und ebneten damit den Weg zu deren systematischer Nutzung und ihrem nachhaltigen Betrieb. „TechTIDE hat unser Verständnis der physikalischen Prozesse, die zur Bildung von wandernden ionosphärischen Störungen führen, durch die Identifizierung von Treibern im interplanetaren Medium, der Magnetosphäre und der Atmosphäre verbessert“, so Belehaki abschließend. „Die Ergebnisse trugen dazu bei, die Auswirkungen der wandernden ionosphärischen Störungen auf weltraumgestützte Navigationssysteme, hauptsächlich EGNOS und NRTK, sowie auf bodengestützte Hochfrequenz-Kommunikations- und Geolokalisierungssysteme zu identifizieren.“
Schlüsselbegriffe
TechTIDE, TID, Weltraum, EGNOS, NRTK, Ionosphäre, Hochfrequenzkommunikation, wandernde ionosphärische Störungen, bodengestützte Infrastruktur
