Przejdź do treści

ESA: lepsza ochrona satelitów obserwacyjnych

swarm

Z każdą minutą sztuczne satelity ESA rejestrują całe gigabajty danych naukowych dotyczących naszej planety, w tym jej atmosfery i klimatu. To wystarczająco dużo, by zapełnić wszystkie strony książek ustawionych na regale liczącym 100 metrów długości. Satelity te poruszają się na niskiej orbicie Ziemi i pracują niemal bez przerwy.

Odbiorem takich danych satelitarnych zajmuje się w ESA specjalne Centrum Operacyjne zlokalizowane w niemieckim Darmstadt. Wiele współczesnych satelitów obserwacyjnych okrąża Ziemię w zwartej formacji - tak zwanej flocie. Na przykład nowoczesny Copernicus Sentinel-5P na swojej orbicie podąża bezpośrednio za satelitą amerykańskiej NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), Suomi-NPP. Satelity te niejako współpracują ze sobą, naprzemiennie i w sposób ciągły obserwując te same części ziemskiego globu, dzięki czemu uzyskiwane jest doskonałe pokrycie czasowe obrazowania Ziemi. Pozwala to na monitorowanie klimatu, ale także szybko zmieniających się zjawisk, takich jak kataklizmy pogodowe czy wielkie pożary i powodzie.

Inny przykład złożone formacji to satelity ESA - Earth Explorer Swarm. Stanowią one konstelację złożoną z trzech obiektów, których głównym zadaniem jest najdokładniejsze na dziś dzień badanie ziemskiego pola geomagnetycznego. Poszczególne satelity działają razem w sposób zsynchronizowany, osiągając taki sam cel, jaki mógłby realizować jeden dużo większy od nich - a więc i dużo, dużo droższy - satelita. Ale nadzór nad taką konstelacją oznacza całkiem nowe wyzwania. Kontrola jest tu dużo trudniejsza niż w przypadku pojedynczych satelitów, bowiem trzeba dodatkowo zadbać o to, by utrzymać stałe odległości pomiędzy wszystkimi satelitami należącymi do danej floty. Każda podejmowana przez kontrolę naziemną decyzja, każde wysłane do satelity  polecenie powinno być właściwe i przemyślane - szczególnie jeśli chodzi o manewry satelitów na orbicie. Muszą być one odpowiednio zaplanowane, tak aby nie zagrażały pobliskim satelitom i zachowywały spójną konfigurację całej formacji.

W ubiegłym roku we wszystkich łącznie satelitarnych misjach obserwujących Ziemię prowadzonych przez ESA wykonano 28 tak zwanych manewrów unikania kolizji. W praktyce polegały one na tym, że operatorzy z Ziemi wysyłali do danych satelitów polecenia zejścia z kursów nadlatujących śmieci kosmicznych. Zderzenia takie mogą całkowicie zniszczyć satelitę, przy okazji skutkując pojawieniem się na okołoziemskiej orbicie nowych śmieci. Gdy jednak satelita naukowy „skręca” w celu uniknięcia kolizji, konieczne może okazać się czasowe wyłączenie jego instrumentów naukowych dla ich ochrony. Z tego powodu zespoły kontrolujące poszczególne misję orbitalne zastanawiają się teraz, jak lepiej chronić europejską flotę obserwatorów Ziemi - ale przy jednoczesnym zapewniebiu ich ciągłej pracy naukowej.

Specjaliści z ESA wpadli na pomysłową koncepcję ratowania nauki satelitarnej podczas manewrów unikowych satelity Sentinel-5P. Szybko zauważono, że podczas takich manewrów konieczne jest przerywanie zbierania danych na prawie cały dzień z powodu awaryjnego odpalania silników odrzutowych. To jednak duża strata cennych obrazów Ziemi. A ponieważ ilość śmieci kosmicznych wciąż rośnie, wyłączenia takie miałyby miejsce dość często. Naukowcy wymyślili więc inne rozwiązanie w oparciu o zwiększoną autonomię samego satelity - ma to na celu zredukowanie utraty danych do minimum. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, wyłączenia instrumentów pokładowych na Sentinel-5P będą trwały tylko przez około godzinę, co stanowi niewiele w porównaniu z całym dniem.

Jednak sprawne unikanie zagrożeń w postaci śmieci orbitalnych to nie jedyny problem sztucznych satelitów. Często muszą one też poruszać się w dość niespokojnych warunkach pogodowych w kosmosie. Mowa o pogodzie kosmicznej, czyli całości warunków środowiskowych panujących wokół Ziemi ze względu na dynamiczny charakter Słońca. Zmienność naszej gwiazdy wpływa na funkcjonowanie satelitów w kosmosie, a także na infrastrukturę (na przykład linie przesyłowe prądu) na Ziemi. Gdy Słońce jest szczególnie aktywne, przekazuje dodatkową energię do atmosfery, zmieniając gęstość powietrza na niskich orbitach wokół Ziemi. Zwiększona energia w atmosferze oznacza, że satelity krążące w tym obszarze doświadczają większego „przeciągania” - siły, która działa w przeciwnym kierunku do ruchu statku kosmicznego na orbicie, powodując efektywnie spadek wysokości, na jakiej jest dany satelita. ESA śledzi więc na bieżąco zmienność pogody kosmicznej i w razie potrzeby wykonuje dodatkowe manewry zwiększające prędkość satelitów w celu przeciwdziałania tej sile. To bardzo istotne - zrozumienie oporu atmosferycznego ma również zasadnicze znaczenie dla przewidywania, kiedy najbardziej zagrażają nam kosmiczne śmieci.

 Centrum Kontroli Sentinel 

Na zdjęciu: Centrum Kontroli satelitów Sentinel. Źródło: ESA

Pogoda kosmiczna wpływa również na komunikację między stacjami naziemnymi a satelitami - z powodu zachodzących wówczas zmian w górnej atmosferze i jonosferze. Operatorzy satelitów unikają zatem krytycznych działań takich jak manewry czy aktualizacje oprogramowania pokładowego w okresach wysokiej aktywności słonecznej.

Kiruna station

Na zdjęciu: Naziemna stacja satelitarna ESO Kiruna położona w Salmijärvi, w północnej Szwecji. Widoczne tu anteny satelitarne służą do komunikacji z wieloma sztucznymi satelitami, w tym CryoSat-2, Integral, konstelacją Swarm oraz Sentinelem-1A.
Źródło: ESA


Czytaj więcej:

Na zdjęciu powyżej: Swarm - pierwsza należąca do agencji kosmicznej ESA konstelacja satelitów obserwujących Ziemię. Trzy identyczne satelity zostały wyniesione na orbitę na pokładzie tej samej rakiety. Dwa z nich okrążają teraz Ziemię tuż obok siebie na tej samej wysokości, natomiast trzeci znajduje się na wyższej orbicie o nieco innym kącie nachylenia. Różne orbity i obecność na ich pokładach różnych instrumentów naukowych pozwalają na lepszą optymalizację czasową i przestrzenną obserwacji Ziemi, a w szczególności rozróżnienie wpływu różnych źródeł pola magnetycznego.
Źródło: ESA