Rumvejr forårsager mange års strålingsskader på satellitter ved hjælp af elektrisk fremdrift

Brugen af ​​elektrisk fremdrift til at hæve satellitter ind i geostationær bane kan resultere i betydelig solcelleforringelse ifølge en ny undersøgelse. Den forlængede rejse resulterer i større eksponering for de skadelige virkninger af rumvejr. At forstå størrelsen af ​​denne risiko er afgørende for, at kommercielle operatører kan tage skridt til at afbøde virkningerne og beskytte deres aktiver.

Den nye forskning fra British Antarctic Survey, University of Cambridge, og DH Consultancy - offentliggjort i denne måned i tidsskriftet Rumvejr — præsenteres på Royal Astronomical Society's National Astronomy Meeting i dag (1. juli 2019).

Undersøgelsen konkluderer, at efter en strålingsstorm, maksimal solcelleudgangseffekt kan reduceres med op til 8 procent, når satellitterne når deres måldestination ved hjælp af elektrisk kredsløbsforhøjelse. Dette svarer til niveauet af skader, der ville forventes efter at have tilbragt omkring 15 år i geostationær kredsløb.

Under en strålingsstorm, ladede partikler frigivet af Solen bliver fanget i Jordens magnetfelt, danner Van Allens strålingsbælter, der omkranser Jorden, og kollisioner med disse ladede partikler forårsager skade på solcellerne. Denne forringelse er op til 8 procent af udgangseffekten i et worst-case scenario, men selv i rolige omgivelser, undersøgelsen forudsiger en reduktion på 1-3 procent i produktionen.

Hovedforfatter Alexander Lozinski, en rumvejrforsker ved British Antarctic Survey (BAS), kommentarer:

"Nu forstår vi niveauet af skade forårsaget af en langsommere rejse ind i geostationær bane, kommercielle satellitoperatører kan planlægge optimale ruter under missionens design- og planlægningsfaser for at sikre den bedste levetid for deres produkter."

I de sidste fire år er kommercielle satellitmissioner begyndt at anvende elektrisk fremdrift til at hæve kredsløb. Uden behov for at medbringe kemisk drivmiddel ombord, satellitstørrelse og -masse kan reduceres, resulterer i betydelige omkostningsbesparelser. At reducere størrelsen af ​​satellitter kan gøre det muligt at opsende to rumfartøjer på den samme raket (næsten halvere omkostningerne ved opsendelsen). Alternativt massebesparelserne kunne bruges til at rumme yderligere/større nyttelast, muliggør øget omsætning eller større teknisk kapacitet.

I en konventionel opsendelse placeres satellitten i en geostationær overførselsbane af løfteraketten og bruger kemiske drivmidler til at nå geosynkron bane. Denne orbitale overførselsmanøvre tager typisk et par dage. Imidlertid, når der (kun) anvendes elektrisk fremdrift, det kan tage op til 200 dage at nå målet kredsløb på grund af lavere tryk. Dette resulterer i, at satellitter bruger længere tid i Van Allen bælterne, hvor de udsættes for de skadelige virkninger af rumstråling.

"Vi undersøgte tre forskellige typer kredsløbsforhøjelse og fandt ud af, at selvom 8 procent nedbrydning er meget høj, omhyggeligt valg af kredsløb og afskærmning kan reducere dette til et acceptabelt niveau, " siger Lozinski." For eksempel, overførselsbaner med en høj indledende apogeum (maksimal højde) tillader satellitter at passere gennem områder, hvor der er fanget protoner til stede, med større hastighed, reducere niveauet af skader fra stråling."

"Kommercielle satellitter med al-elektrisk fremdrift blev først introduceret i 2015," siger professor Richard Horne, Leder af Space Weather-teamet hos BAS. "Vi havde aldrig forventet en så stor reduktion i kraft fra en strålingsstorm. Det gode er, at denne undersøgelse vil hjælpe satellitindustrien med at planlægge den bedste bane, som reducerer strålingsskader."