Угрозы космической погоды для современных технологий
Растущая космическая индустрия и технологии, от которых всё больше зависит общество — электрические сети, авиация и телекоммуникации — уязвимы перед одной и той же угрозой: космической погодой.
Космическая погода включает любые изменения в космической среде между Солнцем и Землёй. Одним из распространённых явлений космической погоды является выброс корональной массы (interplanetary coronal mass ejection).
Эти выбросы представляют собой сгустки магнитных полей и частиц, исходящих от Солнца. Они могут двигаться со скоростью до 1 242 миль в секунду (2 000 километров в секунду) и вызывать геомагнитные бури.
Влияние космической погоды
Они создают красивые полярные сияния, но также могут нарушать работу спутников, отключать электрические сети и подвергать астронавтов на будущих пилотируемых миссиях к Луне и Марсу летальным дозам радиации.
Мы, специалисты по космической погоде, разрабатываем спутниковую систему нового поколения под названием SWIFT (Space Weather Investigation Frontier), которая предназначена для прогнозирования потенциально опасных явлений космической погоды заранее. Наша цель — более точно и заблаговременно прогнозировать экстремальные явления космической погоды.
Коммерческие интересы и космическая погода
Коммерческие интересы сейчас составляют значительную часть освоения космоса, фокусируясь на космическом туризме, создании спутниковых сетей и работе по добыче ресурсов с Луны и близлежащих астероидов.
Космос также является критически важной областью для военных операций. Спутники обеспечивают основные возможности для военной связи, наблюдения, навигации и разведки.
По мере того как такие страны, как США, всё больше зависят от инфраструктуры в космосе, экстремальные явления космической погоды представляют всё большую угрозу. Сегодня космическая погода угрожает активам на сумму до 2,7 триллионов долларов США во всём мире.
Развитие системы SWIFT
Для мониторинга космической погоды используются спутники, которые отслеживают солнечный ветер, состоящий из магнитных силовых линий и частиц, исходящих от Солнца, и передают свои наблюдения обратно на Землю. Учёные могут сравнивать эти наблюдения с историческими данными, чтобы прогнозировать космическую погоду и исследовать, как Земля может реагировать на наблюдаемые изменения в солнечном ветре.
Магнитное поле Земли естественным образом защищает живые организмы и спутники, находящиеся на орбите Земли, от большинства неблагоприятных последствий космической погоды. Однако экстремальные явления космической погоды могут сжимать — или в некоторых случаях отводить назад — магнитный щит Земли.
Использование солнечных парусов
Для более прямого изучения входящего солнечного ветра исследователи используют дополнительные спутники, расположенные дальше — на сотнях тысяч миль от Земли. США, Европейское космическое агентство и Индия управляют спутниками для мониторинга космической погоды, расположенными вокруг точки Лагранжа L1 — почти в 900 000 милях (1 450 000 км) от Земли, где гравитационные силы Солнца и Земли уравновешены.
Спутники с традиционными химическими и электрическими двигательными установками не могут поддерживать орбиту в этом месте в течение длительного времени. Поэтому наша команда потратила десятилетия на разработку новой двигательной установки. Наше решение предназначено для того, чтобы достичь расстояния, более близкого к Солнцу, чем традиционная точка L1, и работать там более десяти лет, используя надёжный источник энергии — солнечный свет.
Система SWIFT будет использовать безтопливную двигательную установку, называемую солнечным парусом, для выхода на орбиту. Солнечный парус — это тонкая отражающая поверхность, имитирующая очень тонкое зеркало, которая охватывает примерно треть футбольного поля. Он уравновешивает силу световых частиц, исходящих от Солнца, которые отталкивают его, с гравитацией Солнца, которая притягивает его внутрь.
Чтобы доставить его в космос, команда тщательно свернёт и плотно упакует парус в небольшой контейнер. Самая большая проблема, которую предстоит решить, — это развёртывание паруса в космосе и использование его для управления спутником по его орбитальному пути.
Если проект будет успешным, Solar Cruiser проложит путь для созвездия из четырёх спутников SWIFT. Созвездие будет включать один спутник, оснащённый парусной двигательной установкой, который будет размещён на орбите за пределами L1, и три меньших спутника с химической двигательной установкой на точке Лагранжа L1.
Каждый из четырёх спутников может наблюдать за солнечным ветром из разных мест, помогая учёным лучше прогнозировать, как он может развиваться, прежде чем достигнет Земли. Инвестирование в прогнозирование космической погоды может защитить как космические, так и наземные технологии.