Het gebruik van elektrische voortstuwing om satellieten in een geostationaire baan te brengen, kan volgens een nieuwe studie leiden tot aanzienlijke degradatie van zonnecellen. De langere reis resulteert in een grotere blootstelling aan de schadelijke effecten van ruimteweer. Inzicht in de omvang van dit risico is essentieel voor commerciële exploitanten om stappen te ondernemen om de effecten te verzachten en hun activa te beschermen.

Het nieuwe onderzoek van British Antarctic Survey, Universiteit van Cambridge, en DH Consultancy - deze maand gepubliceerd in het tijdschrift Ruimteweer -wordt vandaag (1 juli 2019) gepresenteerd op de National Astronomy Meeting van de Royal Astronomical Society.

De studie concludeert dat na een stralingsstorm, het maximale uitgangsvermogen van zonnecellen kan met maximaal 8 procent worden verminderd tegen de tijd dat satellieten hun doelbestemming bereiken met behulp van elektrische baanverhoging. Dit komt overeen met het schadeniveau dat zou worden verwacht na ongeveer 15 jaar in een geostationaire baan te hebben doorgebracht.

Tijdens een stralingsstorm, geladen deeltjes die door de zon worden vrijgegeven, komen vast te zitten in het magnetische veld van de aarde, de Van Allen-stralingsgordels vormen die de aarde omringen, en botsingen met deze geladen deeltjes veroorzaken schade aan de zonnecellen. Deze degradatie is tot 8 procent van het uitgangsvermogen in het ergste geval, maar zelfs in een rustige omgeving, de studie voorspelt een productievermindering van 1-3 procent.

Hoofdauteur Alexander Lozinski, een ruimteweerwetenschapper bij de British Antarctic Survey (BAS), opmerkingen:

"Nu begrijpen we het niveau van schade veroorzaakt door een langzamere reis naar een geostationaire baan, commerciële satellietoperators kunnen optimale routes plannen tijdens de ontwerp- en planningsfasen van de missie om de beste levensduur van hun producten te garanderen."

In de afgelopen vier jaar zijn commerciële satellietmissies begonnen met het gebruik van elektrische voortstuwing voor het verhogen van de baan. Zonder de noodzaak om chemisch drijfgas aan boord te hebben, satellietgrootte en massa kunnen worden verminderd, resulterend in aanzienlijke kostenbesparingen. Door de grootte van satellieten te verkleinen, zou het mogelijk kunnen worden om twee ruimtevaartuigen op dezelfde raket te lanceren (waarbij de lanceringskosten bijna worden gehalveerd). Alternatief, de besparingen in massa kunnen worden gebruikt om extra/grotere ladingen op te vangen, waardoor hogere inkomsten of grotere technische mogelijkheden mogelijk zijn.

Bij een conventionele lancering wordt de satelliet door het lanceervoertuig in een geostationaire baan om de aarde gebracht en gebruikt hij chemische drijfgassen om een ​​geosynchrone baan te bereiken. Deze orbitale transfermanoeuvre duurt meestal een paar dagen. Echter, wanneer (uitsluitend) elektrische aandrijving wordt gebruikt, het kan tot 200 dagen duren om de doelbaan te bereiken vanwege een lagere stuwkracht. Hierdoor blijven satellieten langer in de Van Allen-gordels, waar ze worden blootgesteld aan de schadelijke effecten van ruimtestraling.

"We hebben drie verschillende soorten baanverhoging bestudeerd en ontdekten dat hoewel 8 procent degradatie erg hoog is, zorgvuldige keuze van baan en afscherming kan dit tot een acceptabel niveau terugbrengen, " zegt Lozinski." Bijvoorbeeld, transferbanen met een hoge initiële apogee (maximale hoogte) laten satellieten door gebieden gaan waar ingesloten protonen aanwezig zijn, met grotere snelheid, het verminderen van het niveau van schade door straling."

"Commerciële satellieten met volledig elektrische voortstuwing werden voor het eerst geïntroduceerd in 2015", zegt professor Richard Horne, Hoofd van het Space Weather-team bij BAS. "We hadden nooit zo'n grote vermindering van het vermogen door een stralingsstorm verwacht. Het goede is dat deze studie de satellietindustrie zal helpen bij het plannen van de beste baan die stralingsschade vermindert."