A crescente indústria espacial e a sociedade de tecnologias depende cada vez mais de – grades elétricas, aviação e Telecomunicações – são todos vulneráveis à mesma ameaça: clima espacial.
Essas ejeções são feixes de campos magnéticos e partículas que se originam do sol. Eles podem viajar a velocidades de até 1.242 milhas por segundo (2.000 quilômetros por segundo) e podem causar Tempestades geomagnéticas.
Eles criam lindos Aurora exibe – Como as luzes do norte, às vezes você pode ver nos céus – mas também pode interromper as operações de satélite, Desligue a grade elétrica e expor astronautas a bordo de futuras missões tripuladas para a lua e Marte para doses letais de radiação.
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O espaço também é um domínio crítico para operações militares. Os satélites fornecem recursos essenciais para comunicação militar, vigilância, navegação e inteligência.
À medida que países como os EUA crescem para depender da infraestrutura no espaço, os eventos climáticos extremos representam uma ameaça maior. Hoje, o clima espacial ameaça até US $ 2,7 trilhões em ativos globalmente.
Uma aurora australis é vista na descoberta do ônibus espacial no STS-39 em 1991. (Crédito da imagem: NASA (tripulação do STS-39))
Monitores do clima espacial de hoje
Os serviços climáticos espaciais dependem fortemente de satélites que monitoram o vento photo voltaicque é composto de linhas de campo magnéticas e partículas provenientes do sol e comunicam suas observações de volta à Terra. Os cientistas podem então Evaluate essas observações com registros históricos para prever o clima espacial e explorar como a Terra pode responder às mudanças observadas no vento photo voltaic.
O campo magnético da Terra naturalmente protege os seres vivos e os satélites que orbitam a terra da maioria dos efeitos adversos do clima espacial. No entanto, eventos climáticos espaciais extremos podem comprimir – ou, em alguns casos, descascar – o escudo magnético da Terra.
Este processo permite que as partículas solares do vento entrem em nosso ambiente protegido – a magnetosfera – Expondo satélites e astronautas a bordo de estações espaciais a condições adversas.
Nessas distâncias, os satélites permanecem dentro do escudo magnético protetor da Terra e podem medir com segurança a resposta do planeta às condições climáticas espaciais. No entanto, para estudar mais diretamente o vento photo voltaic, os pesquisadores usam satélites adicionais localizados mais longe a montante – centenas de milhares de quilômetros da Terra.
Os EUA, o Agência Espacial Europeia e a Índia todos operam satélites de monitoramento climático espacial posicionados em torno do L1 Lagrange Level – A quase 900.000 milhas (1.450.000 km) da Terra – onde as forças gravitacionais do Sol e da Terra se equilibram. A partir desse ponto de vista, os monitores do clima espacial podem fornecer até 40 minutos de aviso prévio para eventos solares que chegam.
Um infográfico mostra como diferentes sistemas na Terra são afetados pelo clima espacial. (Crédito da imagem: ESA/Escritório de Ciência, CC BY-SA 3.0 IGO)
Aviso antecipado para o clima espacial
Aumentar o tempo de aviso além de 40 minutos – o tempo de aviso atual – ajudaria os operadores de satélite, planejadores de grade elétricos, diretores de vôo, astronautas e Oficiais da força espacial Melhor preparar -se para eventos climáticos espaciais extremos.
Por exemplo, durante tempestades geomagnéticas, a atmosfera aquece e se expande, aumentando o arrasto em satélites na órbita baixa da terra. Com um aviso prévio suficiente, os operadores podem atualizar seus cálculos de arrasto para impedir que os satélites descem e queimem durante esses eventos. Com os cálculos de arrasto atualizados, os operadores de satélite poderiam Use os sistemas de propulsão dos satélites para manobrar -os mais altos em órbita.
As companhias aéreas podem mudar suas rotas para evitar expor passageiros e funcionários a doses de alta radiação durante tempestades geomagnéticas. E futuros astronautas a caminho ou trabalhar na lua ou em Marte, que não têm proteção contra essas partículas, podem ser alertados com antecedência para se esconder.
Os amantes da Aurora também gostariam de ter mais tempo para chegar aos seus destinos de visualização favoritos.
Os engenheiros trabalham em uma vela photo voltaic no Langley Analysis Heart da NASA. (Crédito da imagem: NASA)
A fronteira da investigação do clima espacial
Minha equipe e eu estamos desenvolvendo uma nova constelação espacial de satélite climática, denominada Fronteira de investigação climática espacial. Swift, pela primeira vez, colocará um monitor de clima espacial além do ponto L1, a 2,1 milhões de quilômetros da Terra. Essa distância permitiria aos cientistas informarem os tomadores de decisão sobre qualquer evento climático espacial à Terra até quase 60 minutos antes da chegada.
Os satélites com sistemas tradicionais de propulsão química e elétrica não podem manter uma órbita naquele native – mais longe da Terra e mais perto do sol – por muito tempo. Isso ocorre porque eles precisariam queimar continuamente combustível para neutralizar a atração gravitacional do sol.
Para resolver esse problema, nossa equipe passou décadas projetando e desenvolvendo um novo sistema de propulsão. Nossa solução foi projetada para atingir a distância acessível que está mais próxima do sol do que do ponto L1 tradicional e para operar lá de maneira confiável por mais de uma década, aproveitando um recurso abundante e confiável – luz photo voltaic.
Swift usaria um sistema de propulsão de combustível chamado uma vela photo voltaic para alcançar sua órbita. Uma vela photo voltaic é uma superfície refletiva finas para cabelos-simulando um espelho muito fino-que se estende por cerca de um terço de um campo de futebol. Equilibra a força de partículas de luz provenientes do sol, que o afasta, com a gravidade do sol, que o puxa para dentro.
Enquanto um veleiro aproveita o elevador criado pelo vento fluindo sobre suas velas curvas Para se mover pela águauma vela photo voltaic usa o momento de fótons da luz photo voltaic, refletiu sua grande e brilhante vela, para impulsionar uma espaçonave pelo espaço. Tanto o veleiro quanto a vela photo voltaic exploram a transferência de energia de seus respectivos ambientes para impulsionar o movimento sem depender de propulsores tradicionais.
Uma vela photo voltaic poderia permitir que Swift insira uma órbita sub-L1 instável sem o risco de ficar sem combustível.
A NASA lançou com sucesso sua primeira vela photo voltaic em 2010. Esta demonstração no espaço, nomeada Nanosail-d2apresentava um 107 metros quadrados (10 m2 ) velejar e foi colocado em baixa órbita terrestre. Nesse mesmo ano, a agência espacial japonesa lançou um Missão de Sail Photo voltaic Maior, Ikarosque implantou 2.110 pés2 (196 m2 ) navegar no vento photo voltaic e orbitar com sucesso Vênus.
Uma ilustração da vela photo voltaic Ikaros no espaço (Crédito da imagem: Andrzej Mirecki through Wikimedia Commons)
A missão de demonstração de vela photo voltaic da equipe Swift, Photo voltaic Cruiser, estará equipada com uma vela muito maior – terá uma área de 17.793 pés2 (1.653 m2 ) e lançar já em 2029. Nós implantado com sucesso Um quadrante da vela na terra no início do ano passado.
Para transportá -lo para o espaço, a equipe dobrará meticulosamente e empacotará firmemente a vela dentro de uma pequena vasilha. O maior desafio a ser superado será a implantação da vela uma vez no espaço e Usando -o para guiar o satélite ao longo de seu caminho orbital.
Se for bem -sucedido, o Photo voltaic Cruiser abrirá caminho para a constelação de Swift de quatro satélites. A constelação incluiria um satélite equipado com propulsão de vela, definido para ser colocado em uma órbita além de L1 e três satélites menores com propulsão química em órbita no ponto L1 Lagrange.
Os satélites serão estacionados indefinidamente em e além de L1, coletando dados no vento photo voltaic sem interrupção. Cada um dos quatro satélites pode observar o vento photo voltaic de diferentes locais, ajudando os cientistas a prever melhor como ele pode evoluir antes de chegar à Terra.
Como a vida moderna depende mais da infraestrutura espacial, continuar investindo na previsão do clima espacial pode proteger as tecnologias espaciais e terrestres.
