Hohe Sonnenaktivität dürfte GOCEs Lebensabend verkürzen
BLOG: Go for Launch
Aufgrund der hohen Sonnenaktivität ist mit steigender Luftdichte in der Hochatmosphäre zu rechnen. Heute um 00:30 UTC ereignete sich eine Sonneneruption der Klasse M9. Mit weiteren Eruptionen der Klasse M ist zu rechnen, vielleicht kommt es sogar zu solchen der Klasse X.
Die bei Sonneneruptionen gesteigerte Emission im Extrem-UV-Berech wird, wenn sie die Erde erreicht, fast vollständig in der Thermosphäre (dem Bereich der Hochatmosphäre zwischen 100 und 600 km Höhe) absorbiert und führt zu einer Zunahme der Temperatur und der Dichte in diesen Höhen. Wie stark die Dichte variieren kann, hängt allerdings stark von der Höhe ab.
Bei einer Höhe von 400 km kann es zwischen dauerhaft niedriger und dauerhaft hoher Sonnenaktivität durchaus eine Größenordnung Unterschied in der Atmosphärendichte geben, d.h., bei niedriger Aktivität etwa 10⁻¹² kg/m³, bei hoher aber mehr als 10⁻¹¹ kg/m³. Kurzfristige Schwankungen der Sonnenaktivität führen zu geringeren atmosphärischen Dichtevariationen.
GOCE ist aber (noch) in einer Höhe von etwa 200 km, allerdings mit jetzt leerem Teibstofftank mit deutlichem Negativtrend. Bei 200 km liegt die atmosphärische Dichte schon um 2*10⁻¹⁰ kg/m³. Die Variation zwischen dauerhaft niedriger und dauerhaft hoher Sonnenaktivität liegt nur noch etwa bei einem Faktor 2, die aufgrund der jetzigen sowie möglicher kommender Eruptionen zu erwartende Dichtezunahme dürfte nochmals geringer sein, aber eins steht fast: Die atmosphärische Dichte wird zunehmen und der Bahnabstieg wird beschleunigt.
Die große Frage ist nun, wann der Punkt erreicht sein wird, wenn das Lageregelungssystem es nicht mehr schafft, die kleinste Querschnittsfläche in Richtung der Anströmung zu orientieren. Erhöhte Sonnenaktivität verkürzt die Zeit zu diesem Punkt.
Weitere Information
Aktuelle Informationen zur Sonnenaktivität finden Sie auf spaceweather.com
Eigentlich hätte ich erwartet, dass GOCE es nicht aktiv schaffen muss (Zitat)“die kleinste Querschnittsfläche in Richtung der Anströmung zu orientieren”, sondern dass der Satellit so konstruiert ist, dass dies automatich geschieht. Wenn sich der hintere Teil von GOCE etwas in den “Wind” dreht, sollte er eigentlich einen grösseren Widerstand erfahren, so dass er wieder in den Windschatten zurückpendelt.
Solch eine passive Stabilisierung muss es beim Wiedereintritt mit bemannnten Raumfahrzeugen ja geben, denn eine aktive Lenkung ist beim Wiedereintritt ab einem bestimmten Punkt nicht mehr möglich. Das Hitzeschild muss so konstruiert sein, dass er sich automatisch optimal in Flugrichtung ausrichtet.
Auch bei GOCE sollte man etwas ähniches erwarten.
Das war das große Thema am Mittagstisch und die Schlussfolgerung war dieselbe wie bei Ihnen. Allerdings kann es da eine Anzahl von Fragen geben, die man nur beantworten kann, wenn man sich genau im Designprozess von GOCE auskennt, was bei mir nicht der Fall ist.
Was bei einem Körper beim Wiedereintritt passiert, wo in der Tat bei Kapseln eine passive Lagestabilisierung Standard ist, ist eine ganz andere Frage, denn da geht hat man es nicht mit freimolekularer Strömung zu tun.
Der Pfeileffekt in freimolekularer Strömung wie im Fall GOCE dürfte dagegen nur nei kleinen Auslenkungen aus der Orientierung entgegen der Anströmungsrichtung zuverlässig funktionieren.
Die Selbststabiliiserung von GOCE geht sicher bereits verloren, wenn eines der seitlich montierten Sonnenpanels abgerissen wird. Und das dürfte beim Wiedereintritt – oder schon vorher – mit Sicherheit passieren.
Natürlich herrschen deutlich unter 200 km Flughöhe sowieso ganz andere Verhältnisse als die für die GOCE ausgelegt wurde. Die eingebaute Selbststabilisierung könnte in diesen tieferen Flughöhen tatsächlich schon verloren gehen bevor irgend etwas abgerissen wird oder sich gefährtlich erhitzt.
So als Hausnummer kann man davon ausgehen, dass ein Satellit bei irgendwo zwischen 113 bis 117 km anfängt, Sachen zu verlieren. GOCE vielleicht am unteren Ende des Bereichs, aber wie auch immer, es könnte sein, dass er danach noch einen Umlauf schafft, oder einen halben … wenn beispielsweise bei einem Durchlauf durch den äquatorialen Atmosphärenwulst “equatorial bulge” was verloren geht und der eigentliche Eintritt erst beim nächsten Treffen auf den Wulst geschieht, dann in der Tat mit vollkommen undefinierter Lage.
GOCE scheint tatsächlich aerodynamisch passiv stabilisiert zu sein, wie man in GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) liest: – Centre of Pressure (COP) behind Centre of Mass (COM) for passive aerodynamic stability (with winglets)
Die theoretische Arbeit zu diesem Thema PASSIVE AERODYNAMIC STABILIZATION OF A LOW EARTH ORBIT SATELLITE ist eine passive Stabilisation für Satelliten mit niedrigem Orbit möglich, liest man doch in der Zusammenfassung: “The analysis resulted in a number of design guidelines
for the structural and mass properties of a aerodynamic stabilized satellite.
Simulations performed with GSO-L data demonstrated the feasibility of aerodynamic stabilization”
So ein Wiedereintritt ist schon eine brutale Sache. Mich würde interessieren was genau ein Astronaut ausser seinem Schutzanzug bräuchte um eine Wiedereintritt heil zu überstehen. Würden ein paar Hitzekacheln hinter denen er sich versteckt genügen oder würde er in einer solch minimalen Konstruktion gegrillt und gegart herunterkommen?
Ich habe gerade mit einem D5-Folienfilter und einem Teleskop auf die Sonne geschaut. Es ist wirklich beeindruckend, was sich da gerade tut. Wer gefahrlos schauen möchte, kann das auf spaceweather.com tun.