Создан метод прогнозирования радиопотока от Солнца на 2 года вперед

Ученые из Сколтеха совместно с коллегами из Грацского университета имени Карла и Франца и обсерватории Канцельхох (Австрия), а также из Европейского центра управления космическими полётами разработали метод и программное обеспечение под названием RESONANCE для прогноза радиопотока от Солнца на 1-24 месяца вперед. RESONANCE будет использоваться для повышения точности оценки орбит спутников, сервисов возвращения спутников на Землю, моделирования космического мусора и предотвращения столкновения космических аппаратов. Результаты исследования опубликованы в одном из ведущих журналов по астрономии и астрофизике – The Astrophysical Journal Supplement Series.

С момента запуска в космос первого спутника в 1957 году, на орбиту вокруг Земли, Солнца и других небесных тел было размещено более 41 500 тонн искусственных объектов. Большинство объектов, корпуса ракет, большие куски космического мусора уже вернулись обратно в атмосферу Земли неконтролируемым образом. Это подвергает опасности население, а также объекты инфраструктуры на Земле.

Поэтому в настоящее время ведутся работы по прогнозированию солнечной активности для оценки времени возвращения космических аппаратов на Землю, корректировки орбит спутников, предупреждения столкновений, моделирования космического мусора.  Прогноз времени возвращения объектов на Землю – это сложная задача, поскольку требует оценки плотности верхней атмосферы Земли, сильно зависящей от солнечной активности, которую, в свою очередь, тоже трудно спрогнозировать. Из-за солнечной активности атмосфера Земли может сильно нагреваться и расширяться, и спутник может сойти с орбиты и упасть обратно на Землю – это явление называется атмосферное торможение.  Кроме того, когда спутник сходит с орбиты и встречается с космическим мусором, даже маленькая частичка, меньше 1 см, летящая на огромной скорости, может действовать как бомба при столкновении с космическим аппаратом.

Международная группа ученых под руководством профессора Космического центра Сколтеха Татьяны Подладчиковой разработала новый метод и программное обеспечение под названием RESONANCE (“Radio Emissions from the Sun: ONline ANalytical Computer-aided Estimator") для прогнозирования радиопотоков от Солнца F10.7 и F30 на 1-24 месяца вперед. Индексы F10.7 и F30 представляют собой плотность потока солнечного радиоизлучения на длине волны 10.7 и 30 см, усредненную за час, и являются индикаторами солнечного ультрафиолетового излучения, которое нагревает верхние слои атмосферы Земли. Разработанный метод объединяет использование современных физических моделей и передовых методов обработки данных. Полученные прогнозы радиопотоков F10.7 и F30 используются в качестве индикатора солнечной активности и поступают на вход сервиса прогнозирования возвращения объектов в атмосферу Земли для последующей оценки времени возвращения объектов на Землю.

«Мы провели систематическую оценку эффективности работы RESONANCE для прогнозирования времени возвращения объектов в атмосферу Земли на прошлых кампаниях Европейского космического агентства для 602 объектов полезной нагрузки и корпусов ракет, а также 2344 объектов космического мусора, которые вернулись на Землю в период с 2006 по 2019 гг. в течение полного 11-летнего цикла солнечной активности. Результаты испытаний показали, что прогнозы, полученные с помощью RESONANCE, приводят к улучшениям прогнозов времени возвращения объектов в атмосферу и поэтому могут быть рекомендованы в качестве новой операционной службы космической погоды», - говорит первый автор исследования, выпускник магистратуры Сколтеха Елена Петрова, которая сейчас продолжит учебу в аспирантуре в Лёвенском католическом университете, в Центре математической астрофизики плазмы.

«Количество объектов, которые возвращаются на Землю, тесно связано с уровнем солнечной активности - большинство объектов возвращается во время фазы максимума 11-летнего цикла солнечной активности. Интересно отметить, что время возврата объектов космического мусора строго следует за эволюцией солнечного цикла, мгновенно реагируя на изменения солнечной активности. Но в то же время полезные нагрузки и корпуса ракет также демонстрируют большое количество возвращений во время фазы снижения солнечного цикла, что может быть связано с временной задержкой между солнечной активностью и возвратом на Землю для крупных объектов», – говорит профессор Астрид Верониг, соавтор исследования и директор обсерватории Канцельхох Грацского университета.

«Очень важно отслеживать и прогнозировать солнечную активность для нужд прогнозирования поведения космических объектов. Например, американскую станцию Скайлэб после прекращения ее работы в 70-х годах хотели контролируемо спустить на Землю, но эффект торможения из-за солнечной активности не был четко рассчитан, и станция упала непредсказуемо сама по себе в океан.  Другой пример имел место совсем недавно, 9 мая 2021 года, когда остатки второй ступени ракеты Long March 5B, запустившей первый модуль китайской космической станции, неконтролируемо вернулись на Землю и упали в Индийский океан. Разработка надежных оперативных служб космической погоды, объединяющих передовые исследования с техническими приложениями, имеет первостепенное значение для защиты космической и наземной инфраструктуры, а также развития освоения космического пространства. И какие бы ни бушевали бури, мы желаем вам хорошей космической погоды», – говорит профессор Космического центра Сколтеха, соавтор исследования Татьяна Подладчикова.

В настоящее время авторы работают над подготовкой RESONANCE для создания новой оперативной службы космической погоды для непрерывного прогнозирования радиопотока от Солнца.

Источник информации и фото: Сколтех