太阳风暴会破坏卫星 – 太空天气专家解释说

2022年2月4日,SpaceX作为Elon Musk的Starlink Internet项目的一部分推出了49颗卫星,几天后的大气中,大部分都在大气中燃烧。原因超过5000万美元的失败

2022年2月4日,SpaceX作为Elon Musk的Starlink Internet项目的一部分推出了49颗卫星,几天后的大​​气中,大部分都在大气中燃烧。导致这超过5000万美元失败的原因是由太阳造成的地磁风暴。

当太空天气袭来并与地球相互作用时,发生地磁风暴。太空天气是由爆炸电子,质子和其他颗粒进入太空的阳光波动引起的。我研究了空间天气对空间资产的构成,以及科学家如何改善模型和太空天气的预测以防止这些危害。

当太空天气到达地球时,它会触发许多复杂的过程,这些过程可能会给轨道上的任何东西带来很多麻烦。像我这样的工程师正在努力更好地理解这些风险,并捍卫卫星对它们。

是什么原因导致空间天气?

太阳总是将稳定的电荷颗粒释放到太空中。这称为太阳风。太阳风还带有太阳能磁场。有时,阳光下的局部波动会沿特定方向施加异常强的颗粒。如果地球恰好是这些事件之一产生的太阳风的路径,那么您将获得一场地磁风暴。

地磁风暴的两个最常见原因是冠状质量弹出 – 来自太阳表面的血浆爆炸 – 太阳风通过冠状孔逸出 – 太阳外部大气中低密度的斑点。

弹出的血浆或太阳风到达地球的速度是一个重要因素 – 速度越快,地磁风暴​​越强。通常,太阳能风速约为90万英里 /小时(140万公里 /小时)。但是强烈的太阳能事件可以释放最多五倍的速度。记录的最强烈的地磁风暴是由1859年9月的冠状动脉质量弹射引起的。当颗粒质量撞击地球时,它们在电报线中引起电气冲浪,震惊了操作员和震惊,在某些极端情况下,实际上将电报仪器着火了。研究表明,如果今天的地球袭击地球,这将造成大约2万亿美元的破坏。

地球的磁场充当吸收大多数太阳风的盾牌。 (NASA / Wikimediacommons)

包括太阳风在内的太阳的排放对任何不幸的生活形式都非常危险,直接接触到它们。值得庆幸的是,地球的磁场在保护人类方面做得很大。

太阳风接近地球时,第一件事是磁层。地球大气周围的该区域充满了电子和离子制成的等离子体。它由地球的强磁场主导。当太阳风撞击磁层时,它会将质量,能量和动量转移到该层中。

磁层可以从日常的太阳风中吸收大部分能量。但是在强风暴中,它可以被超载并将多余的能量传递到杆附近地球大气层的上层。将能量重定向到极点是奇妙的极光事件的原因,但它也会导致高层大气的变化会损害太空资产。

轨道上的危险危险在几种不同的方式上,地磁风暴​​威胁着每天为地面上的人们服务的卫星。

当大气从磁场吸收能量时,它会加热并向上膨胀。这种膨胀显着增加了热圈的密度,这是从约50英里(80公里)延伸到地球表面上方约600英里(1,000公里)的大气层。更高的密度意味着更多的阻力,这可能是卫星的问题。

Starlink卫星分批释放,由于地磁风暴,2月初40颗被销毁。 (SpaceX / Wikimedia Commons)

这种情况正是导致2月份SpaceX Starlink卫星的消亡的原因。 Starlink卫星被Falcon 9火箭掉入低空轨道,通常在地球表面上方60至120英里(100和200公里)之间。然后,卫星使用板载发动机慢慢克服拖放力,并提高自己的最终高度约350英里(550公里)。

最新一批的Starlink卫星遇到了一场地磁风暴,同时仍处于低地球轨道。他们的发动机无法克服明显增加的阻力,卫星开始缓慢地朝地球掉下来,最终在大气中燃烧。

阻力只是太空天气对空间资产构成的危险。强烈的地磁风暴期间,磁层内的高能电子的显着增加意味着更多的电子将穿透航天器上的屏蔽并在其电子中积聚。这种电子的积聚可以在基本上是小型雷击和损坏电子设备中排出。磁层中的辐射或带电的颗粒(即使在轻度的地磁风暴中)也可以改变电子设备的输出信号。这种现象可能会在航天器电子系统的任何部分引起错误,如果错误发生在关键的事物中,则整个卫星可能会失败。小错误是常见的,通常是可解决的,但是完全失败确实会发生。

最后,地磁风暴​​会破坏卫星使用无线电波与地球通信的能力。例如,许多通信技术,例如GPS,都依赖无线电波。气氛总是使无线电波扭曲一定数量,因此在构建通信系统时,工程师会纠正这种失真。但是,在地磁风暴中,电离层的变化 – 相当于热圈的带电范围大致相同的高度范围 – 将改变无线电波穿过它的方式。在地磁风暴期间,安静气氛的校准变得错误。

例如,这使得很难锁定GPS信号,并且可以将位置掉下几米。对于许多行业(航空,海事,机器人技术,运输,农业,军事和其他行业),GPS定位几米的误差根本不可替代。自动驾驶系统也将需要准确的定位。如何防止空间天气

卫星对现代世界的许多工作非常重要,保护空间资产免受太空天气是重要的研究领域。

通过屏蔽电子设备免受辐射或开发更耐辐射具有耐药性的材料,可以将某些风险降至最低。但是,面对强大的地磁风暴,只能做太多的屏蔽。

准确预测风暴的能力将使通过关闭敏感电子设备或重新定位卫星以更好地保护卫星和其他资产可以在一定程度上进行预先保护的卫星和其他资产的能力。但是,尽管在过去几年中,对地磁风暴的建模和预测有了显着改善,但预测通常是错误的。国家海洋和大气管理局警告说,在冠状大规模弹射之后,一场地磁风暴可能“可能”发生在2月的前一天或二月份星际链接发射之日。任务还是继续进行。

太阳就像一个经常发脾气的孩子。这对生活至关重要,但是它不断变化的倾向使事情具有挑战性。

本文根据Creative Commons许可从对话中重新发布。阅读原始文章。

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