Transatlantische Forschung führt in den Weltraum
Sonnenstürme sind der Grund für die wunderschönen Phänomene der Aurora Borealis, die den nördlichen Himmel erhellen. Für Satellitenbetreiber können diese Stürme jedoch ein echtes Problem darstellen – und ein kostspieliges noch dazu. „Sonneneruptionen und geomagnetische Stürme führen dazu, dass die im Magnetfeld der Erde gefangenen geladenen Teilchen an Intensität zunehmen“, erklärt Geoff Reeves, Wissenschaftler am New Mexico Consortium(öffnet in neuem Fenster) (NMC) in den USA. „Bei hoher Intensität kann sich im Inneren eines Satelliten Ladung aufbauen und kleine Blitze verursachen. Dadurch können Satelliten zerstört oder zumindest die von ihnen erbrachten Dienste erheblich unterbrochen werden.“ So haben beispielsweise die jüngsten Sonnenstürme die GNSS(öffnet in neuem Fenster) –Signale von GPS- und Galileo(öffnet in neuem Fenster) –Satelliten gestört, was zu fehlerhaften Positionsberechnungen und in einigen Fällen zu einem vollständigen Signalverlust führte. Die Herausforderung besteht darin, dass sich Sonnenstürme nahezu unmöglich vorhersagen lassen. „Wir können zwar nicht das Weltraumwetter vorhersagen, wohl aber seine Dauer und Schwere“, sagt János Lichtenberger von der Weltraumforschungsgruppe der Eötvös-Loránd-Universität(öffnet in neuem Fenster) (ELTE) in Ungarn. „Satellitenbetreiber können diese Informationen nutzen, um wirksame Schutzmaßnahmen zu ergreifen und so ihre Weltraumressourcen besser zu schützen.“
Transatlantisches Team forscht zum Weltraumwetter
Um solche Vorhersagen treffen zu können, haben das NMC und ELTE im Rahmen des EU-finanzierten Projekts FARBES(öffnet in neuem Fenster) ihre Köpfe zusammengesteckt. Weitere Partner des Projekts sind ONERA(öffnet in neuem Fenster) (Frankreich), NKUA(öffnet in neuem Fenster) (Griechenland), IAP(öffnet in neuem Fenster) (Tschechische Republik) und BAS(öffnet in neuem Fenster) (Vereinigtes Königreich). „Wir möchten den ungehinderten Betrieb von Satelliten und Raumfahrzeugen unterstützen, indem wir Vorhersagen über die Weltraumumgebung auf der Grundlage von am Boden aufgezeichneten Daten bieten“, fügt Lichtenberger hinzu. Satellitenbetreiber in den USA und in Europa werden von der Bündelung des Fachwissens zur Behebung dieses Problems enorm profitieren. Das NMC und ELTE arbeiteten bereits im Rahmen des EU-finanzierten Projekts PLASMON zusammen, bei dem ein bodengestütztes Datenassimilations-Modell für die Plasmasphäre der Erde entwickelt wurde. Auf dieser erfolgreichen Zusammenarbeit baut FARBES auf.
Fachwissen von beiden Seiten des Atlantiks
Zum Schutz der Geräte kann der Satellitenbetrieb zeitlich verschoben oder auf andere Dienste umgestellt werden, noch bevor ein Sonnensturm auftritt. Für die Betreiber wäre dies jedoch unrentabel. „Die Satellitenbetreiber möchten wissen, wie lange die Strahlungsgürtel für sichere Arbeitsbedingungen zu stark sind und wann der normale Betrieb wieder gefahrlos aufgenommen werden kann“, erklärt Reeves. Zu diesem Zweck entwickelte das Projekt nützliche und umsetzbare Vorhersagewerkzeuge für Satellitenbetreiber in Europa und den USA, indem das Fachwissen des NMC bei der fortgeschrittenen Modellierung der erdnahen Weltraumumgebung mit dem Erfahrungsschatz von ELTE bei der bodengestützten Messung des Weltraumwetters kombiniert wurde. „Anstatt sich auf feine Details zu konzentrieren, wird bei diesen Bodenmessungen die Dauer der gefährlichsten Perioden eines Sonnensturms kalkuliert“, erläutert Lichtenberger. Im Rahmen des Projekts sollen etwa zehn szenariobasierte Modelle entwickelt werden, mit denen die Betreiber von Raumfahrzeugen wichtige Informationen vorhersagen können: die Zeit bis zum Auftreten der extremsten Umgebungsbedingungen, das schwerwiegendste Strahlungsflussniveau und das Ende des Ereignisses. Diese Vorhersagen, die sich auf leicht zugängliche, bodengestützte Treiber und Messungen der Strahlungsgürteldynamik stützen, werden im Verlauf eines Sonnenereignisses kontinuierlich aktualisiert.
Ein Partner aus den USA, der auch Kunde ist
Das NMC ist nicht nur Projektpartner, sondern auch Erstkunde für die bodengestützten Modelle des Projekts. Die FARBES-Modelle werden in die DREAM3D-Strahlungsmodelle des NMC integriert – eine Maßnahme, die auch als unabhängige Prüfung für die Projektarbeit dient. Das Projekt beabsichtigt auch, seine Arbeit in das Programm „Space Safety“(öffnet in neuem Fenster) (Weltraumsicherheit) der Europäischen Weltraumorganisation(öffnet in neuem Fenster) und das von ONERA geleitete Projekt RB-FAN2 (Space Environment Nowcast and Forecast Development 2) einzubringen. „Indem es reale, bodengestützte Daten in die Weltraumwettervorhersage einbezieht, konnte das Projekt FARBES den Satellitenbetreibern ein leistungsfähiges neues Instrument an die Hand geben, mit dem sie ihre Weltraumressourcen – und die von ihnen angebotenen Dienste – vor den verheerenden Auswirkungen von Sonnenstürmen schützen können“, so Lichtenberger abschließend.
