Swarm afslører, hvorfor GPS -satellitter mister overblikket over ækvator mellem Afrika og Sydamerika

Satellitingeniører har undret sig over, hvorfor GPS-navigationssystemer på lavt kredsende satellitter som ESA's Swarm undertiden mørklægger, når de flyver over ækvator mellem Afrika og Sydamerika. Tak til Swarm, det ser ud til, at 'tordenvejr' i ionosfæren er skylden.

Lanceret i 2013, Swarm -trioen måler og frigør de forskellige magnetfelter, der stammer fra Jordens kerne, kappe, skorpe, oceaner, ionosfære og magnetosfære - en virksomhed på mindst fire år.

Som med mange satellitter, ESAs tre sværmsatellitter bærer GPS -modtagere som en del af deres positioneringssystem, så operatører holder dem i de rigtige baner. Ud over, GPS viser, hvor satellitterne foretager deres videnskabelige målinger.

Imidlertid, nogle gange mister satellitterne deres GPS -forbindelse. Faktisk, i løbet af deres første to år i kredsløb, linket blev brudt 166 gange.

Et papir udgivet for nylig beskriver, hvordan Swarm har afsløret, at der er en direkte forbindelse mellem disse blackouts og ionosfæriske 'tordenvejr', omkring 300–600 km over Jorden.

Claudia Stolle fra GFZ forskningscenter i Potsdam, Tyskland sagde, "Ionosfæriske tordenvejr er velkendte, men nu har vi været i stand til at vise en direkte forbindelse mellem disse storme og tabet af forbindelse til GPS.

"Det er takket være Swarm, fordi det er første gang, at højopløselig GPS og ionosfæriske mønstre kan detekteres fra den samme satellit."

Disse tordenvejr opstår, når antallet af elektroner i ionosfæren undergår store og hurtige ændringer. Dette har en tendens til at ske tæt på Jordens magnetiske ækvator og typisk kun i et par timer mellem solnedgang og midnat.

Som navnet antyder, ionosfæren er hvor atomer brydes op af sollys, hvilket fører til frie elektroner. Et tordenvejr spreder disse frie elektroner, skaber små bobler med lidt eller intet ioniseret materiale. Disse bobler forstyrrer GPS -signalerne, så Swarm GPS -modtagerne kan miste overblikket.

Det viser sig, at 161 af de tabte signalhændelser faldt sammen med ionosfæriske tordenvejr. De øvrige fem var over polarområderne og svarede til øget stærk solvind, der får Jordens beskyttende magnetosfære til at 'vakle'.

At løse mysteriet om blackouts er ikke kun gode nyheder for Swarm, men også for andre lav-kredsende satellitter, der oplever det samme problem. Det betyder, at ingeniører kan bruge denne nye viden til at forbedre fremtidige GPS -systemer til at begrænse signaltab.

Christian Siemes, der arbejder på ESA på missionen, sagde, "I lyset af denne nye viden, vi har været i stand til at indstille Swarm GPS -modtagerne, så de er mere robuste, resulterer i færre blackouts.

"Det er vigtigt, vi er i stand til at måle variationer i GPS -signalet, hvilket ikke kun er interessant for ingeniører, der udvikler GPS -instrumenter, men også interessant at fremme vores videnskabelige forståelse af dynamik i øvre atmosfære. "

ESA's sværm missionschef, Rune Floberghagen, tilføjet, "Det, vi ser her, er et slående eksempel på, at en teknisk udfordring bliver til spændende videnskab, en sand essens i en Earth Explorer -mission som Swarm.

"These new findings demonstrate that GPS can be used as a tool for understanding dynamics in the ionosphere related to solar activity. Perhaps one day we will also be able to link these ionospheric thunderstorms with the lightning we see from the ground."