NASA-Sonden werden potenziell gefährliches „Weltraumwetter“ untersuchen

SpaceX hat am Mittwoch für die NASA zwei Satelliten gestartet, die untersuchen sollen, wie der elektrisch geladene Sonnenwind mit dem Magnetfeld der Erde interagiert und so ein sich ständig änderndes und gelegentlich gefährliches „Weltraumwetter“ erzeugt, das Satelliten, Stromnetze und andere kritische Systeme beeinträchtigt.

Die identischen TRACERS-Satelliten werden in der Magnetosphäre operieren, „der Region um unsere Erde, die vom Magnetfeld des Planeten dominiert wird und uns vor der Sternenstrahlung und eigentlich vor allem anderen schützt, was im Weltraum vor sich geht“, sagte Joseph Westlake, Direktor der Abteilung für Sonnenphysik der NASA.

„Was wir von TRACERS lernen werden, ist entscheidend für das Verständnis und letztendlich für die Vorhersage, wie sich die Energie unserer Sonne auf die Erde und unsere Weltraum- und Bodenressourcen auswirkt, seien es GPS- oder Kommunikationssignale, Stromnetze, Weltraumressourcen und unsere Astronauten, die im Weltraum arbeiten.

„Es wird uns helfen, unsere Lebensweise hier auf der Erde zu schützen.“

Neben TRACERS wurden auf einer Falcon 9-Rakete von SpaceX fünf weitere kleine Satelliten ins All befördert, darunter einer, der ein neues „mehrsprachiges“ Terminal verwenden wird, um über verschiedene Protokolle mit mehreren anderen Satelliten und Raumsonden zu kommunizieren.

Ein anderes wird Daten darüber sammeln, wie viel Sonnenenergie die Erde absorbiert und in den Weltraum wieder abgibt (die sogenannte „Strahlungsbilanz“), und ein weiteres wird sich darauf konzentrieren, wie hochenergetische „Killerelektronen“ aus den Van-Allen-Strahlungsgürteln herausgeschlagen werden und in die Atmosphäre niedergehen.

An Bord befanden sich zwei weitere Kleinsatelliten, darunter ein experimenteller „Cubesat“, der die Hochgeschwindigkeits-Kommunikationstechnologie 5G im Weltraum testen soll, und ein weiterer, von einem australischen Unternehmen gebauter Satellit mit fünf Kleinsatelliten zur Erprobung weltraumgestützter Flugverkehrsmanagementtechnologie, die die Verfolgung und Kommunikation von Flugzeugen überall auf der Welt ermöglichen könnte.

Die Mission startete um 14:13 Uhr EDT, als eine SpaceX Falcon 9-Rakete im Startkomplex 4E der Vandenberg Space Force Base an der kalifornischen Küste zum Leben erwachte. Der Start verzögerte sich um einen Tag, da am Dienstag ein regionaler Stromausfall den Flugverkehr über dem Pazifik nahe Vandenberg unterbrach.

Beim zweiten Mal lief der Countdown reibungslos bis Null, und nachdem die Oberstufe und die Nutzlast aus der unteren Atmosphäre herausgeholt worden waren, löste sich die erste Stufe, kehrte den Kurs um und flog zurück zu einer Landung in der Nähe der Startrampe.

Wenige Sekunden später schaltete sich das Triebwerk der Oberstufe ab, um das Fahrzeug in seine geplante vorläufige Umlaufbahn zu bringen. Die beiden Satelliten, die die primäre TRACERS-Nutzlast bilden, wurden etwa anderthalb Stunden nach dem Start ausgesetzt.

Zwei der anderen Kleinsatelliten sollten früher in einer leicht anderen Umlaufbahn ausgesetzt werden, die übrigen folgten TRACERS einige Minuten später.

TRACERS steht für Tandem Reconnection and Cusp Electrodynamics Reconnaissance Satellites. Die beiden von Boeing gebauten Raumfahrzeuge werden im Tandem im gleichen Orbit fliegen, im Abstand von zehn Sekunden bis zwei Minuten. So können Forscher schnelle Veränderungen, die die Kopplung des Sonnenwinds mit dem Erdmagnetfeld anzeigen, präzise messen.

„Die Sonne ist also eine brennende, feurige Kugel aus Plasma und während sie brennt, stößt sie Abgase aus, die wir Sonnenwind nennen. Es ist ein Plasma, und dieses strömt ständig von der Sonne in Richtung Erde“, sagte David Miles, leitender Forscher an der University of Iowa.

Und manchmal hält das Magnetfeld der Erde es im Grunde auf die gleiche Weise ab, wie wenn man einen Stein in einem Bach hat und das Wasser sozusagen um ihn herumfließt. Aber manchmal verbinden sich diese beiden Systeme, und man gibt Masse, Energie und Impuls in das Erdsystem ab.

Diese Kopplung führt zu spektakulären Polarlichtern , „aber sie führt auch zu einigen negativen Dingen, die wir verstehen und eindämmen wollen, wie etwa ungeplante elektrische Ströme in unseren Stromnetzen, die möglicherweise zu einer beschleunigten Alterung von Stromleitungen, Störungen des GPS und dergleichen führen können.“

„Wir versuchen also zu verstehen, wie sich die Kopplung zwischen diesen Systemen räumlich und zeitlich verändert“, sagte Miles.

Die Ziele der anderen am Mittwoch gestarteten Satelliten reichen von der Grundlagenforschung bis zur Technologieentwicklung. Das Polylingual Experimental Terminal (PExT) wird Geräte testen, die Daten von mehreren staatlichen und kommerziellen Satelliten über verschiedene Kommunikationsprotokolle senden und empfangen können.

Ziel ist es, die Kommunikation zu und von einer Vielzahl von Satelliten und Raumsonden zu optimieren, um die Effizienz zu verbessern und die Kosten zu senken.

Ein weiterer Satellit namens Athena-EPIC wird die laufenden Messungen der Strahlungsbilanz der Erde fortsetzen, also der Bilanz zwischen der in die Erdumgebung einfallenden Sonnenenergie und der in den Weltraum zurückgestrahlten Energie.

Unter Verwendung von Ersatzteilen aus früheren Missionen wird Athena-EPIC innovative LEGO-ähnliche Satellitenkomponenten testen, die die Kosten senken und gleichzeitig die Größe der Satelliten reduzieren sollen.

Der Satellit „Relativistic Atmospheric Loss“ (REAL), ein weiterer kleiner Cubesat, untersucht, wie Elektronen in den Van-Allen-Strahlungsgürteln aus ihrer Position gestoßen werden und so eine Gefahr für Satelliten und andere Systeme darstellen. Robyn Millan von der Dartmouth University ist die leitende Forscherin.

„Die Strahlungsgürtel sind eine Region rund um die Erde, die mit hochenergetischen geladenen Teilchen gefüllt ist, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen“, sagte sie. „Manchmal werden diese Teilchen auch Killerelektronen genannt, weil sie eine Gefahr für unsere Satelliten im Weltraum darstellen. Sie regnen auch in unsere Atmosphäre ein und können dort zur Ozonzerstörung beitragen.“

Der REAL Cubesat wiegt weniger als 4,5 Kilogramm und ist nur 30 Zentimeter lang. Trotz seiner geringen Größe „trägt er einen leistungsstarken Partikelsensor, der erstmals sehr schnelle Messungen dieser Elektronen beim Eintritt in unsere Atmosphäre ermöglicht. Dies ist entscheidend, um zu verstehen, wodurch sie gestreut werden.“

Was REAL einzigartig mache, sagte sie, sei die geringe Größe des Sensors, die es ermögliche, ihn von einem Cubesat zu tragen, was „zukünftige Missionen ermöglichen könnte, insbesondere solche, die Satellitenkonstellationen erfordern.“