Satellietoperatoren hebben betere ruimteweermodellen nodig om de levensduur van hun satellieten te maximaliseren en botsingen in een lage baan om de aarde te voorkomen. De groei van het aantal satellieten en brokstukken in een baan om de aarde, aangedreven door megaconstellaties zoals Starlink van SpaceX, heeft een nieuwe impuls gegeven aan de inspanningen om beter te modelleren hoe gebeurtenissen in het ruimteweer de dichtheid van de bovenste atmosfeer kunnen verhogen en daarmee de weerstand die satellieten in lage banen kunnen ondervinden.
Dat werd duidelijk tijdens een grote zonnestorm in mei 2024, die bekend staat als de Gannonstorm. Deze storm, die vooral bekend is vanwege het schitterende poollicht op ongewoon lage breedtes, veroorzaakte ook een piek in de dichtheid van de atmosfeer die de nauwkeurigheid van de banen beïnvloedde die werden gebruikt om mogelijke botsingen te voorspellen. Dat resulteerde in fouten van 1 tot 1000 kilometer per dag, zei Dan Oltrogge van COMSPOC tijdens een lezing op de Space Weather Workshop hier op 18 maart. De veiligheid van bemande ruimtevluchten vereist daarentegen nauwkeurigheden van 100 tot 200 meter. “We hebben het over honderden kilometers aan fouten die de veiligheid van ruimtevluchten echt teniet doen,” zei hij.
Het herstellen van deze fouten wordt verder bemoeilijkt door problemen met het volgen van objecten waarvan de banen meer dan verwacht zijn verschoven. “Je hebt niet alleen een verkeerde voorstelling van de luchtweerstand, maar je krijgt ook geen waarnemingen die je kunnen helpen bij het herstellen”, zei hij. Satellietexploitanten, concludeerde hij, hebben ruimteweermodellen nodig die “nauwkeurig, voorspellend en tijdig” zijn, evenals atmosferische modellen die deze ruimteweervoorspellingen kunnen gebruiken om dichtheid en luchtweerstand te modelleren. De Gannon Storm onthulde ook gedrag zoals “massamigraties” van duizenden Starlink satellieten die automatische manoeuvres uitvoerden om hun banen te verhogen om de toegenomen luchtweerstand te compenseren. Dat kan ook een negatief effect hebben op de veiligheid in de ruimte. “Dit zijn allemaal ongeplande manoeuvres,” zei William Parker van het Massachusetts Institute of Technology in een toespraak tijdens de workshop, die voorspellingen die 12 tot 24 uur van tevoren waren gemaakt, in de war sturen. “Als de helft van alle actieve satellieten in één keer manoeuvreert, kun je in feite al die analyses uit het raam gooien.”
“Het vermijden van botsingen tussen satellieten is niet echt robuust tegen geomagnetische stormen,” zei hij, vanwege die manoeuvres en de fouten in de baanposities die worden veroorzaakt door de atmosferische weerstand van de stormen. “We hebben eigenlijk geen mogelijkheid om botsingen te vermijden in een lage baan om de aarde tijdens een dergelijke storm. Hij zei dat de ruimteweergemeenschap samen met satellietoperatoren moet werken aan manieren om de nauwkeurigheid van de voorspellingen te verbeteren of op zijn minst betere informatie te geven over de onzekerheden in die voorspellingen. Naast zorgen over de veiligheid in de ruimte, kan ruimteweer leiden tot een kortere levensduur van ruimtetuigen vanwege de hogere luchtweerstand. Dat ondervond Capella Space, een bedrijf dat een constellatie van radarbeeldsatellieten beheert, toen een veel hogere luchtweerstand dan voorspeld de levensduur van zijn Whitney-serie satellieten verkortte. Het ontwerp van de Whitney satellieten was gebaseerd op voorspellingen van de huidige zonnecyclus in 2019 door het Space Weather Prediction Center. Die voorspellingen bleken de zonneactiviteit en dus de luchtweerstand te onderschatten, aldus Scott Shambaugh, een voormalig senior ingenieur bij Capella die de uitdagingen waarmee het bedrijf werd geconfronteerd, documenteerde in een vorig jaar gepubliceerd artikel.
Het hogere activiteit door de zon verhoogde de dichtheid van de atmosfeer met een factor twee tot drie, waardoor de levensduur van de satellieten plots afnam. De satellieten van Capella waren vooral kwetsbaar vanwege hun grote radarantennes. In een toespraak tijdens de workshop merkte hij op dat de verwachte levensduur van de satellieten was gedaald van drie jaar naar slechts negen maanden. Zes satellieten kwamen in 2023 opnieuw binnen als gevolg van atmosferische weerstand. Capella ondernam verschillende stappen om het probleem aan te pakken, waaronder het kopen van speciale lanceringen van satellieten om ze in hogere banen te plaatsen dan de rideshare-missies boden en het herontwerpen van voortstuwingssystemen om meer stuwkracht te leveren om luchtweerstand tegen te gaan. “Het was een enorme inspanning,” zei hij. Hij noemde de problemen waarmee satellietbedrijven te maken hebben bij het verkrijgen van nauwkeurige modellen van het ruimteweer en de atmosfeer. Technici van ruimtevaartuigen “zijn geen experts op het gebied van ruimteweer”, zei hij. “Dit is een kloof tussen de academische gemeenschap en de operators in de industrie.
Shambaugh kondigde tijdens de workshop aan dat hij een bedrijf is begonnen met de naam Leonid Space dat satellietoperatoren gaat ondersteunen door meer gedetailleerde, nauwkeurige schattingen te maken van de levensduur van satellieten. Een voorbeeld dat hij ontwikkelde is dat van de vier NASA TROPICS cubesats, die in 2023 werden gelanceerd en waarvan aanvankelijk werd verwacht dat ze maximaal negen jaar in een baan om de aarde zouden blijven. De analyse van Leonid Space voorspelt echter dat de kubussen deze zomer weer in een baan om de aarde zullen komen. “Het echte antwoord dat we proberen te krijgen is het antwoord op de vraag 'Hoe lang heb ik voordat mijn satelliet opbrandt? “Mijn doel is om een brug te slaan tussen de ruimteweerwereld en satellietexploitanten.
Bron: SpaceNews.com
