ESA plant het eerste speciale ruimteweerobservatorium van de aarde om te waarschuwen voor mogelijk schadelijke turbulentie in onze moederster. Als een scheidsrechter bij een sportwedstrijd, het Lagrange-ruimtevaartuig zal zowel de zon als de aarde kunnen observeren, evenals de ruimte ertussen, maar zal zelf in de vuurlinie van het ruimteweer zijn.

"Dit zal een operationele, eerder een wetenschappelijke missie zijn, wat betekent dat het moet blijven werken omdat mensen er afhankelijk van zullen zijn, ", legt ESA-ruimtemilieuspecialist Piers Jiggens uit.

"Op aarde zou het niet acceptabel zijn om een ​​infrastructuur voor weersvoorspellingen te hebben die stopt met werken als er een orkaan op komst is. omdat de dekking verloren zou gaan op het moment dat een extreme weersgebeurtenis ons leven het meest beïnvloedt.

"In de ruimte zal het hetzelfde zijn - dus hebben we bij ESA's Space Environment and Effects-sectie nauw samengewerkt met het Space Weather Office van het Agentschap, toezicht houden op de Lagrange-missie, Voor meerdere jaren. Ons doel is een geoptimaliseerd ontwerp dat de stralingsstormen die gepaard gaan met ruimteweergebeurtenissen op een efficiënte maar effectieve manier doorstaat."

Zon maakt ruimteweer

Op dezelfde manier drijft de hitte van de zon het weer op aarde, zonneactiviteit is verantwoordelijk voor verstoringen in onze ruimteomgeving, 'ruimteweer' genoemd. Naast het uitzenden van een continue stroom van geladen deeltjes, bekend als de zonnewind, de zon produceert soms uitbarstingen die 'coronal mass ejections' (CME's) worden genoemd - waarbij miljarden tonnen materiaal worden verdreven dat is verbonden met magnetische velden, vaak in volumes groter dan de aarde zelf.

Als deze wolken van deeltjes onze thuisplaneet bereiken, kunnen ze het magnetisch veld van de aarde en de bovenste atmosfeer verstoren, satellieten in een baan om de aarde verstoren, en elektrische en communicatie-infrastructuur, mogelijk voor miljarden euro's aan schade.

De zonnewaarnemer van vandaag, het ESA-NASA SOHO-ruimtevaartuig bevindt zich op 1,5 miljoen km afstand bij het Lagrange-punt L1, op een rechte lijn tussen de aarde en de zon, dus bekijkt inkomende CME's frontaal.

Zijdelingse weergave

Daarentegen, de Lagrange-missie zal veel verder van de aarde worden geplaatst, honderd keer verder dan SOHO op 150 miljoen km afstand, op het derde punt van een gelijkzijdige driehoek gevormd met de aarde en de zon.

Lagrange ontleent zijn titel aan de zwaartekrachtstabiele locaties in het zon-aarde-systeem, waarvan het er om één zal draaien - het vijfde punt aarde-zon Lagrange (L5). Deze zijn gezamenlijk genoemd naar de Italiaanse wiskundige die als eerste theoretiseerde over het bestaan ​​van deze stabiele punten in de ruimte.

Zittend op dit punt op gelijke afstand van de aarde en de zon, Lagrange zal stormachtige segmenten van het oppervlak van de zon kunnen identificeren voordat ze ronddraaien om naar de aarde te kijken. en volg dan CME-wolken terwijl ze onze kant op komen.

"Alleen omdat het ruimtevaartuig niet is uitgelijnd met de aarde en de zon, betekent niet dat het niet zal worden beïnvloed door de ruimteweergebeurtenissen die het zal volgen, ", voegt Piers toe. "Dit komt omdat het magnetische veld van de zon, welke hoogenergetische deeltjes volgen, is gekromd door de rotatie van de zon, een fenomeen dat bekend staat als de 'Parkerspiraal'.

"Dit betekent dat de snelst geladen deeltjes van een CME-gebeurtenis Lagrange binnen enkele minuten na een uitbarsting zullen bereiken, kan mogelijk nadelige effecten hebben op het ruimtevaartuig op het punt dat het meest nodig is om de richting en snelheid van het materiaal dat naar de aarde gaat, te bepalen, werken op een tijdschaal van uren.

"Vaak kun je sommige van deze effecten zien op SOHO-afbeeldingen van CME's - wat lijkt op sneeuw zijn eigenlijk geladen deeltjes die de cameradetectoren activeren. Bovendien, straling kan 'bit flips' van het ingebouwde geheugen veroorzaken."

Het ruimtevaartuig afschermen

Zoals al standaard is, het ruimtevaartuig zelf zal worden opgebouwd uit zorgvuldig afgeschermde, door straling geharde elektronische componenten. De systemen aan boord zullen worden uitgerust met 'foutdetectie- en -correctie'-systemen om bitflips of andere anomalieën te identificeren en te corrigeren. Voor de Lagrange-missie, ESA en haar industriële partners onderzoeken hoe deze systemen nog robuuster kunnen worden gemaakt.

"Voor de L5-missie, het ruimtevaartuig moet intelligenter zijn dan andere, en moet een slimme storingsdetectie hebben, isolatie- en herstelstrategie, " merkt Stefan Kraft op, toezicht houden op de missie.

"Als andere missies zich verstoppen en in slaapstand gaan, we zullen de storm het hoofd moeten bieden en wakker moeten blijven om altijd in dienst te blijven."

Aan de beeldkant, de deeltjes belemmeren het zicht van de zeer gevoelige instrumentatie van de missie. Geautomatiseerde boordsystemen passen kunstmatige intelligentie toe om valse pixels frame voor frame te identificeren en te verwijderen.

Een kortere beeldbelichtingstijd is een andere oplossing die wordt onderzocht om het aantal stralingshits te verminderen. Daarnaast zou er extra aluminium afscherming rond de detectoren kunnen worden aangebracht, om te voorkomen dat geladen deeltjes er vanaf de zijkant op botsen.

Zoals Juha-Pekka Luntama van ESA's Space Weather Office uitlegt:"De metingen van Lagrange moeten in realtime duidelijk zijn, zodat ze in ruimteweermodellen kunnen worden ingevoerd en voorspellers mogelijke effecten kunnen voorspellen."

De Lagrange-missie wordt momenteel ontwikkeld via parallelle industriële studies, eind dit jaar presenteren aan de Europese ministers van Ruimte op Space19+. Indien goedgekeurd, het wordt gelanceerd in 2025.

De Amerikaanse National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) plant een zonne-observatorium op L1 met een lancering als doel in 2024. Deze missie zou gegevens opleveren die de waarnemingen van L5 aanvullen. De twee missies zouden samen een gecombineerd observatiesysteem vormen, met stereosopische beelden van ruimteweergebeurtenissen zoals ze zich voordoen.