Este artículo fue publicado originalmente en La conversación. La publicación contribuyó con el artículo a Space.com Voces de expertos: Op-Ed e Insights.
La industria espacial floreciente y la sociedad de las tecnologías se basan cada vez más en las redes eléctricas, la aviación y telecomunicaciones – Todos son vulnerables a la misma amenaza: clima espacial.
Clima espacial abarca cualquier variación en el entorno espacial entre el Sol y Tierra. Un tipo común de evento meteorológico espacial se llama expulsión interplanetaria de masa coronal.
Estas eyecciones son paquetes de campos magnéticos y partículas que se originan en el Sol. Pueden viajar a velocidades de hasta 1,242 millas por segundo (2,000 kilómetros por segundo) y pueden causar tormentas geomagnéticas.
Ellos crean hermosos Aurora muestra – Al igual que la aurora boreal que a veces puede ver en los cielos, pero también puede interrumpir las operaciones satelitales, Apague la cuadrícula eléctrica y Exponer astronautas a bordo de las futuras misiones tripuladas para la luna y Marte a dosis letales de radiación.
Soy heliófísico y experto en clima espacialy mi equipo lidera el desarrollo de una próxima generación Constelación satelital llamada Swiftque está diseñado para predecir los eventos meteorológicos espaciales potencialmente peligrosos por adelantado. Nuestro objetivo es pronosticar el clima espacial extremo con mayor precisión y antes.
Los peligros del clima espacial
Intereses comerciales Ahora cree una gran parte de la exploración espacial, centrándose en turismo espacialedificio Redes satelitalesy trabajando hacia Extracción de recursos desde la luna y los asteroides cercanos.
El espacio también es un dominio crítico para operaciones militares. Los satélites proporcionan capacidades esenciales para la comunicación militar, la vigilancia, la navegación e inteligencia.
A medida que países como Estados Unidos crecen para depender de la infraestructura en el espacio, los eventos climáticos del espacio extremo representan una mayor amenaza. Hoy, el clima espacial amenaza hasta US $ 2.7 billones en activos a nivel mundial.
En septiembre de 1859, el evento meteorológico espacial más poderoso, conocido como el Evento Carringtoncausó fuegos en América del Norte y Europa por líneas de telégrafo sobrealimentadoras. En agosto de 1972, otro Evento similar a Carrington Casi golpeó a los astronautas orbitando la luna. La dosis de radiación podría haber sido fatal. Más recientemente, en febrero de 2022, SpaceX perdió 39 de sus 49 Los satélites Starlink recientemente lanzados debido a un evento meteorológico espacial moderado.
Los monitores de clima espacial de hoy
Los servicios meteorológicos espaciales dependen en gran medida de los satélites que monitorean el viento solarque se compone de líneas de campo magnéticas y partículas que provienen del sol, y comunican sus observaciones de regreso a la tierra. Los científicos pueden entonces Compare esas observaciones con registros históricos para predecir el clima espacial y explorar cómo la Tierra puede responder a los cambios observados en el viento solar.
El campo magnético de la Tierra protege naturalmente los seres vivos y los satélites con órbita de la Tierra de la mayoría de los efectos adversos del clima espacial. Sin embargo, los eventos meteorológicos espaciales extremos pueden comprimir, o en algunos casos, despegar, el escudo magnético de la Tierra.
Este proceso permite que las partículas de viento solar se conviertan en nuestro entorno protegido – la magnetosfera – Exponer satélites y astronautas a bordo estaciones espaciales a condiciones duras.
La mayoría de los satélites que Controle continuamente el clima espacial con destino a la tierra órbita relativamente cerca del planeta. Algunos satélites se colocan en órbita terrestre bajaa unas 100 millas (161 kilómetros) sobre la superficie de la Tierra, mientras que otros están en órbita geosíncronaaproximadamente 25,000 millas (40,000 km) de distancia.
A estas distancias, los satélites permanecen dentro del escudo magnético protector de la Tierra y pueden medir de manera confiable la respuesta del planeta a las condiciones climáticas espaciales. Sin embargo, para estudiar más directamente el viento solar entrante, los investigadores usan satélites adicionales ubicados más aguas arriba, a cientos de miles de millas de la Tierra.
Estados Unidos, el Agencia Espacial Europea y la India operan el espacio de monitoreo del clima de espacio ubicado alrededor del L1 LAGRANGE PUNTO – Casi 900,000 millas (1,450,000 km) de la Tierra, donde las fuerzas gravitacionales del sol y el equilibrio de la Tierra. Desde este punto de vista, los monitores meteorológicos espaciales pueden proporcionar hasta 40 minutos de advertencia anticipada para eventos solares entrantes.
Advertencia anticipada para el clima espacial
Aumentar el tiempo de advertencia más allá de los 40 minutos, el tiempo de advertencia actual, ayudaría a los operadores satelitales, planificadores de red eléctrica, directores de vuelo, astronautas y Oficiales de la Fuerza Espacial Mejor prepárese para eventos meteorológicos espaciales extremos.
Por ejemplo, durante las tormentas geomagnéticas, la atmósfera se calienta y se expande, aumentando el arrastre de los satélites en órbita de baja tierra. Con suficiente advertencia anticipada, los operadores pueden actualizar sus cálculos de arrastre para evitar que los satélites descendan y quemen durante estos eventos. Con los cálculos de arrastre actualizados, los operadores satelitales podrían Use los sistemas de propulsión de los satélites para maniobrarlos más arriba en órbita.
Las aerolíneas podrían cambiar sus rutas para evitar exponer a los pasajeros y al personal a altas dosis de radiación durante las tormentas geomagnéticas. Y los futuros astronautas en el camino o trabajando en la Luna o Marte, que carecen de protección contra estas partículas, podrían ser alertados de antemano para que se cubran.
Los amantes de Aurora también apreciarían tener más tiempo para llegar a sus destinos de visualización favoritos.
La frontera de investigación del clima espacial
Mi equipo y yo hemos estado desarrollando una nueva constelación de satélite meteorológica espacial, llamada la Frontera de investigación meteorológica espacial. Swift, por primera vez, colocará un monitor meteorológico espacial más allá del punto L1, a 1.3 millones de millas (2.1 millones de kilómetros) de la Tierra. Esta distancia permitiría a los científicos informar a los tomadores de decisiones de cualquier evento meteorológico espacial con destino a la tierra hasta casi 60 minutos antes de la llegada.
Los satélites con sistemas tradicionales de propulsión química y eléctrica no pueden mantener una órbita en ese lugar, más lejos de la Tierra y más cerca del sol, por mucho tiempo. Esto se debe a que tendrían que quemar el combustible continuamente para contrarrestar el tirón gravitacional del sol.
Para abordar este problema, nuestro equipo ha pasado décadas diseñando y desarrollando un nuevo sistema de propulsión. Nuestra solución está diseñada para alcanzar de manera asequible una distancia más cerca del sol que el punto L1 tradicional, y para operar allí de manera confiable durante más de una década aprovechando un recurso abundante y confiable: la luz solar.
Swift usaría un sistema de propulsión de Fuelses llamado una vela solar para alcanzar su órbita. Una vela solar es una superficie reflectante delgada, que simula un espejo muy delgado, que abarca aproximadamente un tercio de un campo de fútbol. Equilibra la fuerza de las partículas de luz que vienen del sol, lo que lo empuja, con la gravedad del sol, que la empuja hacia adentro.
Mientras que un velero aprovecha el ascensor creado por el viento que fluye sobre sus velas curvas para moverse a través del aguauna vela solar utiliza el impulso de los fotones de la luz del sol, reflejada en su gran vela brillante, para impulsar una nave espacial a través del espacio. Tanto el velero como la vela solar explotan la transferencia de energía de sus respectivos entornos para impulsar el movimiento sin depender de los propulsores tradicionales.
Una vela solar podría permitir que Swift ingrese a una órbita Sub-L1 inestable sin el riesgo de quedarse sin combustible.
La NASA lanzó con éxito su primera vela solar en 2010. Esta demostración en el espacio, llamada Nanosail-d2presentó un pie de 107 pies cuadrados (10 m2 ) Vaite y se colocó en órbita terrestre baja. Ese mismo año, la agencia espacial japonesa lanzó un Misión de vela solar más grande, Ikarosque desplegó un 2,110 pies2 (196 m2 ) navegue en el viento solar y orbitó con éxito Venus.
La Sociedad Planetaria y la NASA siguieron el lanzamiento de dos velas en órbita terrestre baja: Vorazcon un área de 344 pies2 (32 m2 ), y el Sistema de vela solar compuesta avanzadacon un área de 860 pies2 (80 m2 ).
La misión de demostración de vela solar del equipo de Swift, Solar Cruiser, estará equipado con una vela mucho más grande: tendrá un área de 17,793 pies2 (1.653 m2 ) y lanzar tan pronto como 2029. desplegado con éxito Un cuadrante de la vela en la Tierra a principios del año pasado.
Para transportarlo al espacio, el equipo se doblará meticulosamente y empacará bien la vela dentro de un pequeño recipiente. El mayor desafío para superar será desplegar la vela una vez en el espacio y usarlo para guiar el satélite a lo largo de su camino orbital.
Si tiene éxito, Solar Cruiser allanará el camino para la constelación de Swift de cuatro satélites. La constelación incluiría un satélite equipado con propulsión de vela, que se colocará en una órbita más allá de L1 y tres satélites más pequeños con propulsión química en órbita en el punto L1 Lagrange.
Los satélites estarán estacionados indefinidamente en L1 y más allá, recolectando datos en el viento solar sin interrupción. Cada uno de los cuatro satélites puede observar el viento solar de diferentes lugares, ayudando a los científicos a predecir mejor cómo puede evolucionar antes de llegar a la Tierra.
Como la vida moderna depende más de la infraestructura espacial, continuar invirtiendo en la predicción del clima espacial puede proteger las tecnologías espaciales y terrestres.
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