Ученые из Сколтеха совместно с коллегами из Грацского университета имени Карла и Франца и обсерватории Канцельхох (Австрия), а также из Европейского центра управления космическими полетами разработали метод и программное обеспечение под названием RESONANCE для прогноза радиопотока от Солнца на 1-24 месяца вперед. RESONANCE будет использоваться для повышения точности оценки орбит спутников, сервисов возвращения спутников на Землю, моделирования космического мусора и предотвращения столкновения космических аппаратов.
Сколтех
# Земля
# космическая погода
# космический мусор
# радиопоток
# Солнце
Создан метод прогнозирования радиопотока от Солнца на два года вперед / ©Getty images
Результаты исследования опубликованы в одном из ведущих журналов по астрономии и астрофизике – The Astrophysical Journal Supplement Series. С момента запуска в космос первого спутника в 1957 году, на орбиту вокруг Земли, Солнца и других небесных тел было запущено боле 41 500 тонн искусственных объектов. Большинство объектов, такие, как корпуса ракет, большие куски космического мусора, уже вернулись обратно в атмосферу Земли неконтролируемым образом.
Это подвергает опасности людей, а также объекты инфраструктуры на Земле. Поэтому в настоящее время ведутся работы по прогнозированию солнечной активности для оценки времени возвращения космических аппаратов на Землю, корректировки орбит спутников, предупреждения столкновений, моделирования космического мусора. Прогноз времени возвращения объектов на Землю – это сложная задача, поскольку требует оценки плотности верхней атмосферы Земли, сильно зависящей от солнечной активности, которую, в свою очередь, тоже трудно спрогнозировать.
Количество объектов, вернувшихся в атмосферу земли в течение 11-летнего солнечного цикла № 24. Верхняя панель: Радиопоток от Солнца F10.7 см. Средняя панель: Объекты полезной нагрузки и корпуса ракет. Нижняя панель: Объекты космического мусора / ©Petrova et. al., 2021
Из-за солнечной активности атмосфера Земли может сильно нагреваться и расширяться, и спутник может сойти с орбиты и упасть обратно на Землю – это явление называют атмосферным торможением. Кроме того, когда спутник сходит с орбиты и встречается с космическим мусором, даже маленькая частичка, меньше одного сантиметра, летящая на огромной скорости, может действовать, как бомба при столкновении с космическим аппаратом.
Международная группа ученых под руководством профессора Космического центра Сколтеха Татьяны Подладчиковой разработала новый метод и программное обеспечение под названием RESONANCE (Radio Emissions from the Sun: ONline ANalytical Computer-aided Estimator) для прогнозирования радиопотоков от Солнца F10.7 и F30 на 1-24 месяца вперед. Индексы F10.7 и F30 представляют собой плотность потока солнечного радиоизлучения на длине волны 10.7 и 30 сантиметров, усредненную за час, и являются индикаторами солнечного ультрафиолетового излучения, которое нагревает верхние слои атмосферы Земли.
Разработанный метод объединяет использование современных физических моделей и передовых техник обработки данных. Полученные прогнозы радиопотоков F10.7 и F30 используются в качестве индикатора солнечной активности и поступают на вход сервиса прогнозирования возвращения объектов в атмосферу Земли для последующей оценки времени возвращения объектов на Землю.
«Мы провели систематическую оценку эффективности работы RESONANCE для прогнозирования времени возвращения объектов в атмосферу Земли на прошлых кампаниях Европейского космического агентства для 602 объектов полезной нагрузки и корпусов ракет, а также 2344 объектов космического мусора, которые вернулись на Землю в период с 2006 по 2019 годы в течение полного 11-летнего цикла солнечной активности.
Обломок вернувшегося космического объекта, найденный в Индонезии. Сфера диаметром примерно 50 сантиметров и массой 7,4 килограмма / ©Европейское космическое агентство.
Результаты испытаний показали, что прогнозы, полученные с помощью RESONANCE, приводят к улучшениям прогнозов времени возвращения объектов в атмосферу, и поэтому могут быть рекомендованы в качестве новой операционной службы космической погоды», – говорит первый автор исследования, выпускник магистратуры Сколтеха Елена Петрова, которая сейчас продолжит учебу в аспирантуре в Лёвенском католическом университете, в Центре математической астрофизики плазмы.
«Количество объектов, которые возвращаются на землю тесно связано с уровнем солнечной активности — большинство объектов возвращаются во время фазы максимума 11-летнего цикла солнечной активности. Интересно отметить, что время возврата объектов космического мусора строго следует за эволюцией солнечного цикла, мгновенно реагируя на изменения солнечной активности.
Но в то же время, полезные нагрузки и корпуса ракет также демонстрируют большое количество возвращений во время фазы снижения солнечного цикла, что может быть связано с временной задержкой между солнечной активностью и возвратом на Землю для крупных объектов», – говорит профессор Астрид Верониг, соавтор исследования и директор обсерватории Канцельхох Грацского университета.
«Очень важно отслеживать и прогнозировать солнечную активность для нужд прогнозирования поведения космических объектов. Например, американскую станцию Скайлэб после прекращения ее работы в 1970-х годах хотели контролируемо спустить на Землю, но эффект торможения из-за солнечной активности не был четко рассчитан, и станция упала непредсказуемо сама по себе в океан.
Другой пример имел место совсем недавно, 9 мая 2021 года, когда остатки второй ступени ракеты Long March 5B, запустившей первый модуль китайской космической станции, неконтролируемо вернулись на Землю и упали в Индийский океан. Разработка надежных оперативных служб космической погоды, объединяющих передовые исследования с техническими приложениями, имеет первостепенное значение для защиты космической и наземной инфраструктуры, а также развития освоения космического пространства.
И какие бы ни бушевали бури, мы желаем вам хорошей космической погоды», – говорит профессор Космического центра Сколтеха, соавтор исследования, Татьяна Подладчикова. В настоящее время авторы работают над подготовкой RESONANCE для создания новой оперативной службы космической погоды для непрерывного прогнозирования радиопотока от Солнца.
Источник: