Sonnenwetter außer Kontrolle: Australische Mini-Satelliten sterben Flammentod
(Bild: NASA/SDO/AIA/Goddard Space Flight Center)
Drei australische Mini-Satelliten verglühten vorzeitig in der Atmosphäre. Statt geplanter sechs Monate Forschung im All beendete erhöhte Sonnenaktivität ihre Mission.
Vergangene Woche verglühten drei australische Kleinsatelliten des Binar Space Program der Curtin University in der Erdatmosphäre. Das war zu erwarten. Denn Binar bedeutet in der Sprache der Noongar, der Ureinwohner von Perth, "Feuerball".
Wenn sich ein Satellit in einer niedrigen Erdumlaufbahn (2.000 km oder weniger) befindet, verliert er mit zunehmender Annäherung an die Erdoberfläche seine Umlaufbahn und verglüht schließlich.
Diese Würfelsatelliten (CubeSats), bekannt als Binar-2, 3 und 4, traten jedoch viel früher als erwartet in die Atmosphäre ein. Sie hielten nur zwei Monate – ein Drittel der erwarteten Lebensdauer. Dadurch ging wertvolle Zeit für die Wissenschaft und die Erprobung neuer Systeme verloren.
Der Grund für das vorzeitige Ende? Unsere Sonne hat einen Gang zugelegt, und die Binar-Satelliten sind bei Weitem nicht die einzigen Opfer. Die hohe Sonnenaktivität der letzten Jahre hat den Satellitenbetreibern unerwartete Probleme bereitet und nimmt weiter zu.
Was macht die Sonne so aktiv?
Zur Sonnenaktivität gehören Phänomene wie Sonnenflecken, Sonneneruptionen und der Sonnenwind – der Strom geladener Teilchen, der auf die Erde zurast.
Diese Aktivität ist ein Produkt des sich ständig verändernden Magnetfeldes der Sonne, das sich etwa alle 11 Jahre vollständig umkehrt. In der Mitte dieses Zyklus ist die Sonnenaktivität am höchsten.
Obwohl dieser Zyklus bekannt ist, ist es schwierig, die spezifische Sonnenaktivität vorherzusagen – die Dynamik ist komplex und die Sonnenvorhersage steckt noch in den Kinderschuhen.
In den vergangenen Monaten waren die Indikatoren für die Sonnenaktivität mehr als anderthalbmal so hoch wie die Vorhersagen für diesen Zeitpunkt im aktuellen Zyklus, der als Sonnenzyklus 25 bezeichnet wird.
Auswirkungen des Weltraumwetters
Unter Weltraumwetter versteht man Umwelteinflüsse, die von außerhalb unserer Atmosphäre (hauptsächlich von der Sonne) kommen. Sie beeinflussen uns auf der Erde in vielfältiger Weise, sowohl spürbar als auch unmerklich.
Am offensichtlichsten ist das Auftreten von Polarlichtern. In den letzten Monaten waren Polarlichter viel intensiver und näher am Äquator zu sehen als in den vergangenen zwei Jahrzehnten. Dies ist eine direkte Folge der verstärkten Sonnenaktivität.
Das Weltraumwetter und insbesondere die Sonnenaktivität stellen auch Satelliten und Satellitenbetreiber vor zusätzliche Herausforderungen.
Eine höhere Sonnenaktivität bedeutet mehr Sonneneruptionen und einen stärkeren Sonnenwind, was zu einem höheren Fluss geladener Teilchen führt, die elektrische Komponenten auf Satelliten beschädigen oder stören können.
Sie bedeutet auch eine Zunahme der ionisierenden Strahlung, was zu einer höheren Strahlendosis für Astronauten und Piloten und zu möglichen Störungen der Langstrecken-Funkkommunikation führt.
Für Satelliten in erdnahen Umlaufbahnen besteht die wichtigste Auswirkung der Sonnenaktivität jedoch darin, dass die zusätzliche Energie von der äußeren Atmosphäre absorbiert wird, die sich dadurch nach außen ausdehnt.
Dies hat zur Folge, dass alle Satelliten, die weniger als 1.000 km von der Erde entfernt sind, einen deutlichen Anstieg des atmosphärischen Widerstands erfahren. Diese Kraft stört ihre Umlaufbahn und lässt sie auf die Erdoberfläche stürzen.
Die bekanntesten Satelliten in diesem Bereich sind die Internationale Raumstation und die Starlink-Konstellation. Diese Satelliten verfügen über Triebwerke, um diesem Effekt entgegenzuwirken, aber diese Korrekturen können kostspielig sein.
In der erdnahen Umlaufbahn befinden sich auch viele Universitätssatelliten, wie die Binar CubeSats. CubeSats sind selten mit Werkzeugen zur Höhenanpassung ausgestattet, sodass sie dem Weltraumwetter völlig ausgeliefert sind.
Was ist aus Binar geworden?
Das Raumfahrtprogramm Binar ist ein Satellitenforschungsprogramm der Curtin University. Es soll unser Verständnis des Sonnensystems erweitern und die Hürden für den Betrieb im Weltraum senken.
Das Programm nahm im September 2021 mit seinem ersten Satelliten, Binar-1, den Betrieb auf. Das war weniger als ein Jahr nach Beginn des Sonnenzyklus 25, als die Sonnenaktivität relativ gering war.
Unter diesen Bedingungen startete der zehn Zentimeter große CubeSat-Satellit in einer Höhe von 420 Kilometern und überlebte 364 Tage im Orbit.
Die Folgemissionen des Programms – Binar-2, 3 und 4 – waren drei gleich große CubeSats. Aufgrund der zusätzlichen Fläche durch neue ausfahrbare Solarpaneele und einer prognostizierten Zunahme der Sonnenaktivität wurde jedoch eine Lebensdauer von etwa sechs Monaten erwartet.
Stattdessen hielten sie nur zwei Monate durch, bevor sie verglühten. Während Cube-Satelliten-Missionen relativ kostengünstig sind, ist das vorzeitige Ende einer Mission immer kostspielig. Dies gilt umso mehr für kommerzielle Satelliten, was die Notwendigkeit genauerer Weltraumwettervorhersagen unterstreicht.
Die gute Nachricht: Die Sonne wird sich wieder beruhigen. Trotz der derzeit unerwartet hohen Sonnenaktivität wird sie sich bis 2026 voraussichtlich verlangsamen und 2030 wieder ein solares Minimum erreichen.
Obwohl dies kein explizites Ziel der Mission war, hat das Binar-Raumfahrtprogramm nun eindrucksvoll die dramatischen Auswirkungen der Sonnenaktivität auf Raumfahrteinsätze demonstriert.
Der vorzeitige Verlust von Binar-2, 3 und 4 ist bedauerlich, aber die Arbeit an zukünftigen Missionen hat bereits begonnen. Es wird erwartet, dass sie bei weitaus weniger störungsanfälligem Weltraumwetter starten werden.
Kyle McMullan ist Doktorand im Fachbereich Luft- und Raumfahrttechnik an der Curtin University.
Dieser Artikel wurde zuerst von The Conversation unter einer Creative-Commons-Lizenz veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel. Übersetzer: Bernd Müller