ESA

In einer einzigartigen Studie wurden Erinnerungen an Sonneneinschläge von sieben ESA-Raumfahrzeugen gesammelt und analysiert, um die Strahlungsumgebung im Weltraum besser zu verstehen. Riesige Mengen technischer Daten wurden verwendet, um die Auswirkungen extremer Weltraumwetterereignisse auf Raumfahrzeuge im gesamten Sonnensystem aufzudecken, wo keine wissenschaftlichen Beobachtungen verfügbar sind, mit Auswirkungen auf das zukünftige Design von Raumfahrzeugen, die Weltraumwetterwissenschaft und unser Verständnis der Risiken für Menschen und Menschen Roboterleben außerhalb des Schutzschildes der Erde.

Jedes Raumschiff wird mit einem bestimmten Ziel gestartet, und bei wissenschaftlichen Missionen sind die Instrumente an Bord der Schlüssel zur Erfüllung dieses Ziels. Ganz gleich, ob es sich um das äußerst empfindliche Teleskop von Gaia handelt, das mehr als eine Milliarde Sterne in der Galaxie kartiert, oder um die hochauflösende Stereokamera von Mars Express, die die Topographie des Roten Planeten enthüllt, Raumschiffe haben ihre „Augen“ im Allgemeinen auf Dinge und Phänomene gerichtet, die Menschen betreffen möchte verstehen.

Aber genau wie wir haben auch Raumschiffe Körper, die spüren, was mit ihnen passiert, und Erinnerungen, die die Geschichte ihrer Erfahrungen über Jahre, manchmal Jahrzehnte im Weltraum speichern.

Diese als „Housekeeping-Daten“ bezeichneten und meist als technisches Hilfsmittel betrachteten Informationen wurden möglicherweise im Hinblick auf die wissenschaftlichen Erkenntnisse übersehen, die sie über die Umgebungen unserer Missionen liefern, und wenn es um den Roten Planeten geht, wo wir eines Tages auch sein werden Ich hoffe, zu Hause anrufen zu können.

Eine erste umfassende Machbarkeitsstudie wurde fertiggestellt und untersucht jahrelange Archiv-Tagebucheinträge von sieben über das Sonnensystem verteilten ESA-Missionen, wobei der Schwerpunkt auf einem der gefährlichsten Wetterphänomene im Weltraum für aktuelle und zukünftige menschliche und robotische Erforschung liegt – solarenergetische Teilchen Veranstaltungen…

„Weltraumwetter“ ist völlig anders als das Wetter auf der Erde, aber solarenergetische Teilchen (SEPs) könnten als atomare „Hagelkörner“ betrachtet werden, die auf unvorstellbar hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Dabei handelt es sich um von der Sonne emittierte Teilchen, meist Protonen, aber auch größere Teilchen wie Heliumkerne (mit zwei Protonen und zwei Neutronen) und „HZE-Ionen“.

HZE-Ionen entstehen, wenn die Kerne von Elementen schwerer als Wasserstoff und Helium, also mit drei und mehr Protonen, ihrer Elektronen entzogen werden und daher nicht mehr neutral, sondern elektrisch geladen sind.

Diese Teilchen werden von der Sonne ständig in alle Richtungen ausgestoßen – der Sonnenwind –, aber sie erhalten häufig einen enormen Schub, wenn die Sonne mit riesigen Sonneneruptionen und koronalen Massenauswürfen ausbricht.

Das Ergebnis sind massive Wellen geladener Teilchen, die von diesen Eruptionen mitgerissen und auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Sie können das Erdmagnetfeld durchdringen und eine erhebliche Strahlungsgefahr für Raumfahrzeuge und Astronauten darstellen.

Das Verständnis der Verteilung und Bewegung solarer Energieteilchen im gesamten Sonnensystem ist wichtig, aber schwierig, da es Instrumente erfordert, die über den Weltraum verteilt sind, um sie zu erkennen und zu verstehen, wie sie sich bewegen.

Daten von technischen Sensoren an Bord von Rosetta, ExoMars TGO, Mars Express, Venus Express, Solar Orbiter, BepiColombo und Gaia wurden gesammelt und analysiert und ergaben gleichzeitige Nachweise von solarenergetischen Teilchenereignissen an verschiedenen Orten im Sonnensystem. Die Studie zeigt, dass diese Missionen ein gutes Netzwerk zur Detektion von Sonnenpartikeln an Orten bieten, an denen keine wissenschaftlichen Beobachtungen verfügbar sind.

Raumfahrzeuge verfügen über viele Haushaltsdetektoren an verschiedenen Positionen, die ihren Gesamtzustand und den ihrer Nutzlasten – wissenschaftliche Instrumente – überwachen. Dazu gehören Speicherzähler zur Fehlererkennung und -korrektur (EDAC), deren Aufgabe es ist, die Speicher in einem Raumfahrzeugcomputer vor Fehlern zu schützen, die durch auf Computerchips treffende energiereiche Teilchen verursacht werden – „Bit-Flips, die durch Störungen einzelner Ereignisse verursacht werden“.

Sonnenpartikelereignisse können aus einem plötzlichen Anstieg der gezählten Fehler in der Größenordnung von zehn pro Tag abgeleitet werden, die von EDAC-Zählern protokolliert werden. Beispielsweise wird in den Daten ein Sonnenpartikelereignis vom 7. März 2012 als eines der größten auf Mars und Venus beobachteten Ereignisse gezeigt, das von Mars Express und Venus Express „gefühlt“ wurde. Die Sternverfolger von Venus Express, die bei der Orientierung der Raumsonde helfen, wurden durch das Ereignis sogar fünf Tage lang geblendet.

Die indirekte Erkennung dieser Ereignisse könnte für Sonnenwindmodellierer und Studien darüber, wie sich Partikel und „Transienten“ durch das Sonnensystem ausbreiten, sehr wichtig sein.

Die Missionen in der Studie unterscheiden sich erheblich: brandneue Raumschiffe wie BepiColombo und das älteste noch in Betrieb befindliche Raumschiff, Mars Express, das bereits in den 90er Jahren entwickelt wurde. Ihre Positionen im Sonnensystem, ihre unterschiedlichen Technologien und Materialien sowie die unterschiedlichen Standorte ihrer Sensoren liefern interessante Ergebnisse.

Mars Express reagiert empfindlicher auf Ereignisse solarer energetischer Teilchen (SEP) als alle anderen und spürt fast jedes einzelne Ereignis, Venus Express und Rosetta liegen nicht weit dahinter. BepiColombo und Solar Orbiter verfügen über wissenschaftliche Instrumente an Bord, die diese Ereignisse untersuchen sollen, und wurden daher als direkte Vergleiche herangezogen.

„Die extremen Umgebungen, in denen Missionen stattfinden, können eine enorme Belastung für die Hardware der Raumsonden darstellen. Das kann dazu führen, dass sie sich, obwohl sie für diese Szenarien entwickelt wurden, nicht immer genau so verhalten, wie wir es uns wünschen, insbesondere je älter die Raumsonden werden.“ „, fügt Simon Wood, Raumfahrzeugbetriebsingenieur bei Mars Express, hinzu. „Solche technischen Daten waren bei Missionen durch den Weltraum schon immer von entscheidender Bedeutung, aber es ist spannend zu wissen, dass diese Informationen aus Jahrzehnten auch verwendet werden können, um ein wissenschaftliches Bild davon zu erstellen.“ Sonnensystem. Deshalb werfen wir nie etwas weg – Sie wissen nicht, welche Geheimnisse in den aus dem Weltraum gestrahlten Daten gespeichert sind.“

Aus diesen Ergebnissen lässt sich sowohl für die Wissenschaft als auch für die Technik viel lernen. Für die Wissenschaft kann die Verteilung und Ausbreitung von SEPs im gesamten Sonnensystem von Orten weit und breit verstanden werden, an denen keine wissenschaftlichen Instrumente verfügbar sind.

Für die Technik könnten diese ausgegrabenen Erinnerungen nützlich sein, um mehr darüber zu erfahren, wie gut Raumfahrzeuge vor Sonneneinstrahlung geschützt sind, wie und warum an Bord Warnungen ausgelöst werden, die zu unnötigen und kostspieligen „Abgesicherten Modi“ führen, und vielleicht könnten diese Daten sogar nützlich sein für Echtzeitwarnungen vor Sonnenaktivität.

Letztendlich werden alle diese Daten im Planetary Science Archive der ESA öffentlich zugänglich gemacht, aber mit Tausenden von Verwaltungsparametern und vielen Tausend Terabytes an Daten müssen sie auf eine Weise organisiert werden, die für Wissenschaftler, die dies wünschen, zugänglich und sinnvoll ist benutze es.

„Raumschiffe werden mit Instrumenten und Nutzlasten gestartet und denken: ‚Großartig – damit kann man Wissenschaft betreiben‘, aber ein Raumschiff ist so viel mehr“, sagt Beatriz Sanchez-Cano, Hauptautorin des Papiers und Teil der Mars Express-Wissenschaft Team an der University of Leicester.

„Speicherzähler verraten viel, aber auch Staubeinschläge auf Sonnenkollektoren verraten uns etwas über Mikrometeoriten und Weltraumschrott, und auch große Temperaturschwankungen haben ihre Auswirkungen.“ Solche Erfahrungen, die Satelliten machen, tragen auch zur Wissenschaft bei, und all das zusammen macht diese Missionen wirklich unglaublich und fantastisch.“

Mit anhaltender Sorgfalt und Neugier können Raumschiffe viel mehr enthüllen, als sie ursprünglich entworfen wurden, und so neue Instrumente im Weltraum entwickeln und ihren wissenschaftlichen Nutzen steigern. Wenn wir hinsehen, stellen wir fest, dass das Sonnensystem seinen Fingerabdruck auf unseren Weltraumforschern hinterlässt, und wir müssen verstehen, wie sich das anfühlt, bevor wir es selbst sicher erkunden können.

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