Opracowanie nowego systemu ostrzegania przed pogodą kosmiczną
W kosmosie też jest pogoda – i może mieć ogromny wpływ zarówno na warunki na Ziemi, jak i na sprzęt oraz personel znajdujący się na orbicie. Przykładem są burze geomagnetyczne, powodowane przez cząstki i promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez Słońce i docierające do naszej planety. Zakłócają one ziemską magnetosferę i mogą powodować gromadzenie się ładunków elektrycznych w komponentach satelitów, powodując mini wyładowania, które mogą zniszczyć układy elektroniczne. Cząstki energetyczne mogą być również szkodliwe dla astronautów, zakłócać komunikację radiową i indukować prądy zdolne do uszkodzenia sieci energetycznych. W ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu PAGER(odnośnik otworzy się w nowym oknie) zespół wiodących ekspertów akademickich i branżowych stworzył nowy system zdolny do prognozowania burz magnetycznych z wyprzedzeniem od jednego do dwóch dni. System pozwoli europejskim operatorom satelitarnym ocenić potencjalne zagrożenia i podjąć odpowiednie działania. „Wiarygodne prognozy mogą pomóc operatorom w podejmowaniu decyzji o przełączeniu sprzętu w tryb bezpieczeństwa, unikaniu wynoszenia satelitów na orbitę podczas zakłóceń, eliminowaniu konieczności konserwacji lub modernizacji i wydawaniu ostrzeżeń, a także mogą pomóc lepiej zrozumieć przyczyny anomalii kosmicznych”, wyjaśnia Yuri Shprits(odnośnik otworzy się w nowym oknie), profesor fizyki kosmicznej i pogody kosmicznej na Uniwersytecie w Poczdamie(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i pracownik ośrodka badawczego GFZ-Potsdam(odnośnik otworzy się w nowym oknie), jak również koordynator projektu PAGER.
Środowiska prądu pierścieniowego i pasa radiacyjnego
Nowy system umożliwia między innymi przewidywanie stanu środowisk prądu pierścieniowego(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i pasa radiacyjnego(odnośnik otworzy się w nowym oknie) wokół Ziemi, stanowiących dwie populacje cząstek energetycznych uwięzionych przez ziemskie pole magnetyczne. Gdy burza geomagnetyczna uderza w Ziemię, cząstki prądu pierścieniowego i pasa radiacyjnego są naładowane, w związku z czym mogą uszkodzić nawet dobrze zabezpieczone satelity. „Dokładne przewidywanie stanu środowisk prądu pierścieniowego i pasa radiacyjnego pozwala nam oszacować ryzyko związane z tymi trudnymi warunkami”, mówi Shprits.
Prognozowanie ryzyka związanego z naładowaniem powierzchni satelitów
Zainteresowane strony, takie jak agencje rządowe czy podmioty branżowe, potrzebują prognoz z wystarczającym wyprzedzeniem, dającym im czas na reakcję. W odpowiedzi na to zapotrzebowanie zespół projektu opracował system PAGER, który tworzy modele środowiska kosmicznego, począwszy od obrazów Słońca, aby umożliwić przewidywanie z wyprzedzeniem od jednego do dwóch dni wiatru słonecznego – strumienia naładowanych cząstek pochodzących ze Słońca. Prognozy te są następnie łączone z innymi danymi, znanymi jako „kody”, dotyczącymi środowiska kosmicznego i naładowania satelitów, uwzględniając dane dotyczące prądu pierścieniowego i pasa radiacyjnego. „Dużym wysiłkiem było zebranie tych kodów i połączenie ich w taki sposób, by mogły ze sobą współpracować”, dodaje Shprits. Ostatecznie udało się zapewnić aż cztery dni wyprzedzenia w przypadku prognoz dotyczących pasa radiacyjnego i do dwóch dni w przypadku naładowania powierzchni satelity. Aby zapewnić wysoki poziom pewności i wiarygodności prognoz, zespół dostosował kody, tak by umożliwić tworzenie oddzielnych prognoz z różnymi poziomami zaufania: łącząc wariant najbardziej prawdopodobny z najgorszym możliwym scenariuszem. Prosty system sygnalizacji świetlnej pozwala użytkownikom jasno zrozumieć ryzyko związane z naładowaniem satelity. System zapewnia również prognozy dotyczące wiatru słonecznego, wykorzystując generowane w czasie rzeczywistym ostrzeżenia o koronalnych wyrzutach masy – innej formie pogody kosmicznej, która może mieć szeroki wpływ na systemy elektryczne na Ziemi.
Wspólne działania
Shprits twierdzi, że kluczowe było utworzenie zespołu złożonego z wiodących ekspertów akademickich i branżowych, co pozwoliło na modelowanie zjawisk z różnych dziedzin badań, w tym takich zagadnień jak generowanie i propagacja wiatru słonecznego, jego wpływ na prąd pierścieniowy i pasy radiacyjne oraz naładowanie powierzchni satelitów. „Obecnie kod pasa radiacyjnego i prognozy dotyczące plazmosfery są przez nas dostarczane do ośrodka Community Coordinated Modeling Center działającego przy NASA(odnośnik otworzy się w nowym oknie). W przyszłości chcemy przystosować nasze oprogramowanie do potrzeb ESA(odnośnik otworzy się w nowym oknie)”, podkreśla Shprits. Dostęp do systemu można uzyskać za pośrednictwem strony internetowej projektu PAGER.
