Wie riskant ist es, eine Rakete während eines geomagnetischen und solaren Strahlungssturms zu starten?

Der heutige Start der Trägerrakete Arianespace Vega mit dem Erdbeobachtungssatelliten Sentinel 2A für die ESA und die Europäische Kommission verlief wie geplant und hob am 23. Juni 2015 genau um 01:51:58 UTC von Kourou, Französisch-Guayana, ab. Hier ist ein Video davon , falls Sie es verpasst haben.

Dass sie mit dem Start fortfuhren, ist jedoch etwas überraschend für mich, wenn man bedenkt, dass die Startzeit mit einem sich zusammenbrauenden geomagnetischen Sturm zusammenfiel, der nur wenige Stunden zuvor die Kategorie G4 ( schwer ) erreichte, bis zur Startzeit nicht vollständig abgeklungen ist und den nächsten Index für Stunden vorhergesagt hat voraus war G3 ( stark ):

Überblick über das Weltraumwetter

Laut dem Space Weather Prediction Center der NOAA , von dem ich die besten Grafiken erhalten habe, sind dies Beschreibungen für die 24-Stunden-beobachteten Maxima für Funkausfälle, Sonnenstürme und geomagnetische Sturmindizes:

G4 (Schwere) Geomagnetische Sturmeinwirkungen

  • Stromversorgungssysteme : Mögliche weitverbreitete Probleme bei der Spannungsregelung und einige Schutzsysteme lösen fälschlicherweise wichtige Anlagen aus dem Netz aus.
  • Raumfahrzeugbetrieb : Es können Probleme mit der Oberflächenladung und der Verfolgung auftreten, bei Orientierungsproblemen können Korrekturen erforderlich sein.
  • Andere Systeme : Induzierte Pipelineströme beeinträchtigen vorbeugende Maßnahmen, HF-Funkausbreitung sporadisch, Satellitennavigation für Stunden verschlechtert, Niederfrequenz-Funknavigation unterbrochen und Aurora wurde bis in Alabama und Nordkalifornien (typischerweise 45° geomagnetische Breite) gesehen.

S3 (Stark) Auswirkungen von Sonnenstrahlungsstürmen

  • Biologisch : Vermeidung von Strahlengefahren empfohlen für Astronauten auf EVA; Passagiere und Besatzungsmitglieder in hochfliegenden Flugzeugen in hohen Breiten können einem Strahlenrisiko ausgesetzt sein.
  • Satellitenbetrieb : Einzelereignis-Störungen, Rauschen in Bildgebungssystemen und eine leichte Verringerung der Effizienz in Solarmodulen sind wahrscheinlich.
  • Andere Systeme : Verschlechterte HF-Funkausbreitung durch die Polarregionen und Navigationspositionsfehler wahrscheinlich.

R2 (Mäßig) Auswirkungen des Funkausfalls

  • HF-Funk : Begrenzter Ausfall der HF-Funkkommunikation auf der sonnenbeschienenen Seite, Verlust des Funkkontakts für mehrere zehn Minuten.
  • Navigation : Verschlechterung von Niederfrequenz-Navigationssignalen für mehrere zehn Minuten.

Und hier sind ein paar weitere Diagramme aus derselben Quelle für das relevante Datum und die relevante Zeit (Beschreibungen an der Quelle , klicken Sie für Bilder mit höherer Auflösung):

3-tägige Satellitenumgebung D-Region-Absorptionsvorhersage ACE Mag und SWEPAM USAF Wing KP Vorhersageaktivitätsindex

Der nächste prognostizierte geomagnetische Sturmindex für Stunden nach dem Start und der Satelliteninjektion in die sonnensynchrone Umlaufbahn (SSO) war G3 und wurde dann wieder auf G4 (tatsächlich) hochgestuft:

G3 (Stark) Geomagnetische Sturmeinwirkungen

  • Stromversorgungssysteme : Möglicherweise sind Spannungskorrekturen erforderlich, bei einigen Schutzgeräten werden Fehlalarme ausgelöst.
  • Betrieb von Raumfahrzeugen : Bei Satellitenkomponenten kann es zu Oberflächenladungen kommen, bei Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn kann der Luftwiderstand zunehmen, und bei Orientierungsproblemen können Korrekturen erforderlich sein.
  • Andere Systeme : Intermittierende Satellitennavigation und niederfrequente Radionavigationsprobleme können auftreten, HF-Radio kann intermittierend sein, und Aurora wurde bis in Illinois und Oregon (typischerweise 50° geomagnetische Breite) gesehen.

Das sind ziemlich viele beängstigende Beschreibungen. Also zu meiner Frage;

Wie real sind all diese möglichen Auswirkungen, die auf der NOAA-Seite aufgeführt sind, wenn es um die letzten Vorbereitungen für einen Start und den Start in ein nahes polares SSO geht, während die geomagnetischen und Sonnenstrahlungsstürme andauern?

Gibt es etwas Besonderes an der Vega-Trägerrakete und ihrer heutigen Nutzlast (Sentinel-2A), dass Arianespace beschlossen hat, das Weltraumwetter vollständig zu ignorieren und mit dem Start fortzufahren? Ich weiß, dass einige frühere Starts kleinerer Trägerraketen, wie z. B. Antares, aufgrund des Weltraumwetters verzögert wurden und sogar Sonnenflecken drohen, die sich nahe am Sonnenäquator direkt vor der Erdumlaufbahn bewegen:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Und diese wurden von einigen als Heilige Mutter aller Sonnenflecken beschrieben, Batman, die sind RIESIG! Nun, heute sieht die Sonne eigentlich nicht viel besser aus. HMI-Intensitätsdiagramm von SDO/AIA :

              HMI-Intensitätsgramm

Und ich entschuldige mich für eine medienlastige Frage, aber ich denke, diese Bilder erzählen die Geschichte. Wenn diese Sonnenflecken nicht der Holy Batman sind, dann sind sie zumindest die Holy Robin -Klasse, würde ich sagen.

Was ist also der Unterschied zwischen Vega und anderen Trägerraketen, deren Starts aufgrund des Weltraumwetters oder nur wegen der Drohung geschrubbt und verzögert wurden? Sicherlich kann es nicht sein, dass Vega aus nahen äquatorialen Breiten gestartet wurde und diejenigen, die für Weltraumwetter geschrubbt wurden, aus den USA gestartet wurden? Denn Vega passierte mit ihrer Oberstufe noch Polarregionen, als sie Sentinel 2A in eine polnahe (rückläufige Neigung von 98,5°) sonnensynchrone Umlaufbahn brachte, die dann auf ihren 786 km etwa alle 50 Minuten eine der beiden Polarregionen überfliegt Höhe, 100,6 Minuten Umlaufbahn.

Antworten (2)

Es ist nicht so riskant, wenn die richtigen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Der Schlüsselpunkt ist, wie in den meisten Fällen bei der Raumfahrt, die Redundanz. Es besteht eine größere Wahrscheinlichkeit von Störungen durch einzelne Ereignisse während eines geomagnetischen Sturms. Dies kann durch Hardware-Redundanzen abgemildert werden.

Darüber hinaus werden geomagnetische Stürme für die meisten Raumfahrzeuge erst dann wirklich zu einem Problem, wenn sie sich jenseits von LEO befinden. Da die meisten Raketen nicht über LEO hinaus feuern, ist dies kein großes Problem.

Einige Raketenhersteller entscheiden sich dafür, nicht so viel in Tests und Redundanz zu investieren, und daher gibt es mehr zu befürchten, wenn ein geomagnetischer Sturm auftritt. Antares war eine, die Sie ausdrücklich erwähnt haben. Das ISS-Nutzlastsystem COTS (Commercial Orbital Transportation Services) wurde als relativ niedrige Priorität eingestuft. Wenn die Mission also um einen Tag verschoben werden muss, um sicherzustellen, dass keine Probleme auftreten, hat dies nur geringe Auswirkungen. Häufiger verwendete Raketen müssen über höhere Sicherheitsvorkehrungen verfügen, die nicht nur vor Sonnenstürmen schützen, sondern der Rakete auch eine insgesamt höhere Zuverlässigkeit verleihen, wodurch sie besser geschützt sind.

Wenn Sie darüber nachdenken, arbeiten viele Satelliten die ganze Zeit durch Sonnenstürme, daher kann dies leicht durchgeführt werden, wenn Sie die Zeit und das Geld investieren, um dies rechtzeitig zu tun.

Etwas riskant: SpaceX gab am 08.02.2022 bekannt, dass sie 40 Starlink-Satelliten verloren haben, weil ein geomagnetischer Sturm den Widerstand in der Umlaufbahnhöhe (nur 210 km kurz nach dem Start) so stark erhöhte, dass die Satelliten deorbitierten:

Am Donnerstag, den 3. Februar um 13:13 Uhr EST brachte Falcon 9 49 Starlink-Satelliten vom Launch Complex 39A (LC-39A) im Kennedy Space Center in Florida in eine erdnahe Umlaufbahn. Die zweite Stufe von Falcon 9 beförderte die Satelliten in ihre vorgesehene Umlaufbahn mit einem Perigäum von etwa 210 Kilometern über der Erde, und jeder Satellit erreichte einen kontrollierten Flug. [...]
Leider wurden die am Donnerstag eingesetzten Satelliten am Freitag von einem geomagnetischen Sturm erheblich beeinträchtigt. Diese Stürme führen dazu, dass sich die Atmosphäre erwärmt und die atmosphärische Dichte in unseren niedrigen Einsatzhöhen zunimmt. Tatsächlich deutet das GPS an Bord darauf hin, dass die Eskalationsgeschwindigkeit und Schwere des Sturms dazu führten, dass der atmosphärische Luftwiderstand um bis zu 50 Prozent höher war als bei früheren Starts. [...]
Vorläufige Analysen zeigen, dass der erhöhte Luftwiderstand in den niedrigen Höhen die Satelliten daran hinderte, den Sicherheitsmodus zu verlassen, um mit Manövern zum Anheben der Umlaufbahn zu beginnen, und bis zu 40 der Satelliten werden wieder in die Erdatmosphäre eintreten oder bereits wieder eingetreten sein.

Bis zu 80 % Ausfall bei einem Start, autsch!
Aus dem Artikel ... atmosphärischer Luftwiderstand um "bis zu 50%" höher !!!
@ BrendanLuke15 Verlust, kein Ausfall ... die Satelliten sind / waren immer noch funktionsfähig (soweit irgendjemand weiß), stecken nur im abgesicherten Modus in einer niedrigen Umlaufbahn fest, wo die aufgeblähte Atmosphäre ihnen eine sehr kurze Umlaufbahnlebensdauer verlieh.