Burze geomagnetyczne rozgrzewają górną atmosferę i zwiększają opór satelitów. NASA chce rozmieścić na orbicie sieć tanich czujników, które to przewidzą.
Satelita może być sprawny, mieć energię i wykonywać wszystkie polecenia, a mimo to zacząć nieoczekiwanie spadać. Winne potrafi być Słońce. NASA chce znacznie wcześniej wiedzieć, kiedy górna atmosfera napuchnie po burzy geomagnetycznej i zacznie hamować tysiące obiektów znajdujących się na niskiej orbicie.
W kosmosie też można wpaść na powietrze
Nawet kilkaset kilometrów nad naszymi głowami znajdują się pojedyncze cząsteczki ziemskiej atmosfery. Normalnie jest ich tak mało, iż opór działający na satelitę jest bardzo niewielki. Mimo to przez tysiące kolejnych okrążeń stopniowo odbiera mu energię. Satelita zwalnia, a zgodnie z mechaniką orbitalną zaczyna schodzić coraz niżej. Problem robi się znacznie poważniejszy, kiedy Słońce staje się aktywne.
Rozbłyski i koronalne wyrzuty masy mogą wywołać burzę geomagnetyczną. Dostarczona energia ogrzewa termosferę (bardzo rozrzedzoną, wysoką warstwę atmosfery) i po prostu powoduje jej rozszerzenie. Gaz, który wcześniej znajdował się niżej, dociera wtedy na wysokości wykorzystywane przez satelity. Podczas najpotężniejszych burz gęstość neutralnej atmosfery na wysokościach niskiej orbity może wzrosnąć choćby około 5-krotnie. Wraz z nią rośnie siła hamująca statek.
Najbardziej spektakularny przykład wydarzył się w lutym 2022 r. SpaceX wysłał wtedy 49 Starlinków na niską orbitę początkową. Dzień później nadeszła burza geomagnetyczna. Atmosfera rozszerzyła się na tyle, iż opór działający na nowe satelity był około 50 proc. większy niż podczas wcześniejszych startów. SpaceX próbował ustawić maszyny tak, aby stawiały jak najmniejszy opór, ale było już za późno. Jak pisaliśmy wtedy na Spider’s Web, aż 40 z 49 Starlinków nie zdołało podnieść swoich orbit i spłonęło w atmosferze.
Nie był to jednorazowy dziwny przypadek. Później obserwowaliśmy też przyspieszone opadanie satelitów Swarm, a aktywność słoneczna skraca w tej chwili życie również starszych statków. W 2026 r. opisywaliśmy choćby sondę Van Allen Probe A, której powrót w atmosferę nastąpił znacznie wcześniej, niż pierwotnie zakładano. Jedną z przyczyn była właśnie bardziej aktywna gwiazda i związany z nią większy opór atmosferyczny.
Największy problem jest taki, iż sami nie znamy dokładnie atmosfery
Sam mechanizm nie jest dla NASA jakąś wielką tajemnicą. Problemem pozostaje jednak jego dokładne przewidywanie. Termosfera zmienia się niezwykle szybko. Jej gęstość zależy głównie od aktywności Słońca, pory doby, szerokości geograficznej, warunków geomagnetycznych i procesów zachodzących w niższych częściach atmosfery. Dzisiejsze modele korzystają z obserwacji i wskaźników opisujących aktywność naszej gwiazdy, ale nie mają wystarczająco dużej liczby bezpośrednich pomiarów gęstości gazu dokładnie tam, gdzie latają satelity. W czasie burzy błąd zaczyna gwałtownie rosnąć.
Operator może źle przewidzieć położenie satelity za kilka lub kilkanaście godzin. A kiedy na niskiej orbicie krążą tysiące aktywnych maszyn i jeszcze więcej fragmentów kosmicznych śmieci, niedokładna orbita staje się problemem nie tylko dla właściciela jednego pojazdu. Trudniej przewidywać niebezpieczne zbliżenia, planować manewry unikowe i określać, kiedy niekontrolowany obiekt wejdzie w atmosferę.
Cztery zespoły mogą dostać po pół miliona dolarów
Dlatego 19 sierpnia NASA uruchomiła Orbital Clarity Challenge. Zamiast polegać na kilku drogich instrumentach naukowych, agencja chce znaleźć niewielkie i tanie czujniki, które będzie można montować masowo na komercyjnych satelitach. Takie urządzenia miałyby mierzyć bezpośrednio gęstość neutralnej atmosfery, jej ciśnienie albo przyspieszenie wywołane oporem. W ostatnim wariancie czujnikiem może być choćby sam statek – o ile uda się wystarczająco dokładnie zmierzyć, jak atmosfera go hamuje. NASA interesują wysokości od poniżej 300 km, określane jako VLEO, aż do 800 km.
Najważniejsza jest jednak skala. Projekt powinien nadawać się do wyprodukowania w liczbie przynajmniej 100 egzemplarzy, a pojedyncze urządzenie ma kosztować znacznie mniej niż obecne specjalistyczne instrumenty warte około 1-10 mln dol. Nie będzie to osobny satelita. Czujnik ma być dodatkowym ładunkiem przyczepianym do statku, który i tak leci na orbitę.
Zobacz także:
NASA chce przejść od pomysłu do sprzętu gotowego do lotu wyjątkowo szybko. Konkurs rozpoczął się 19 sierpnia. Rejestracja do pierwszego etapu potrwa do 28 października, a projekty można składać do 11 listopada. W grudniu wybranych zostanie maksymalnie 4 zwycięzców. Każdy otrzyma najpierw 200 tys. dol. na dalsze prace.
W drugim etapie powstanie model inżynieryjny i odbędą się testy naziemne. Kolejna nagroda może wynieść 200 tys. dol. W ostatniej fazie urządzenie ma zostać przygotowane do rzeczywistego lotu, za co przewidziano kolejne 100 tys. dol. Łącznie każdy z maksymalnie 4 zespołów może więc dostać 500 tys. dol., a cała pula konkursu wynosi 2 mln dol. Najciekawsza nagroda nie jest jednak gotówką. NASA chce każdemu zespołowi, który pomyślnie zakończy ostatni etap, zapewnić bezpłatny test urządzenia na niskiej orbicie.
*Źródło grafiki wprowadzającej: Buddy_Nath, pixabay, Canva Pro / Canva Pro
