ماهواره‌های آینده با فناوری ‘کشتی‌سازی’ می‌توانند از وضعیت‌های خطرناک فضایی هشدار دهند

نیواورلئان — بادبان‌های خورشیدی که به ماهواره‌ها اجازه می‌دهند بر اساس نور خورشید حرکت کنند، ممکن است به زودی به واقعیت تبدیل شوند. این فناوری به دانشمندان این امکان را می‌دهد که هشدارهای زودهنگام‌تری از رویدادهای شرایط جوی فضایی مانند طوفان‌های ژئومغناطیسی که ممکن است سیستم‌های فناوری زمین را مختل کنند، ارائه دهند. ایرفان عزیزیم، رئیس بخش پژوهش و عملیات و برنامه‌ریزی پروژه‌ها در اداره شرایط جوی فضایی سازمان NOAA، در مصاحبه‌ای در نشست سالانه انجمن جوشناسی آمریکا در دی گفت: “بسیاری از ما تجربه قایقرانی داریم؛ این دقیقاً مانند آن است.” او افزود: “حالا به جای استفاده از هوا، ما در واقع از فوتون‌ها، نوری که از خورشید تابیده می‌شود، برای حرکت دادن ماهواره‌هایمان استفاده می‌کنیم.”

او اضافه کرد: “این یک فناوری کاملاً نوآورانه است. ما به طور سنتی به نیروهای محرکه برای حرکت دادن ماهواره‌ها از یک مکان به مکان دیگر تکیه داشتیم و بادبان خورشیدی یک روش جدید برای سفر در فضا به روشی بسیار مقرون به صرفه ارائه می‌دهد.”

اداره شرایط جوی فضایی NOAA بر سیستم‌های ماهواره‌ای عملیاتی این سازمان در فضا نظارت می‌کند که داده‌های حیاتی را از نقاط مشاهده‌ای میان زمین و خورشید جمع‌آوری می‌کنند. اطلاعات به دست آمده از مجموعه وسیعی از ابزارهای نصب شده روی ماهواره‌ها به تولید پیش‌بینی‌های شرایط جوی فضایی کمک می‌کند. این داده‌ها به پیش‌بینی‌کنندگان شرایط جوی فضایی کمک می‌کنند تا هشدارها و اعلان‌هایی صادر کنند اگر فلر خورشیدی توانایی تأثیرگذاری بر زمین، فناوری‌های فضایی دیگر یا فضانوردان را داشته باشد.

قایقرانی به جلو: دستاوردها و چالش‌ها

برنامه‌های جاری فضایی که اندازه‌گیری‌هایی از آنچه در خورشید در حال رخ دادن است، شامل کاوشگر ترکیب پیشرفته ناسا و رصدخانه اقلیمی فضای عمیق NOAA هستند که باد خورشیدی را رصد می‌کنند. برخلاف نسیمی که در زمین می‌وزد، این باد از الکترون‌ها و پروتون‌های تاج خورشید تشکیل شده است. نظارت بر باد خورشیدی اهمیت دارد زیرا زمانی که به زمین می‌رسد، می‌تواند با میدان مغناطیسی زمین تعامل داشته باشد و شفق‌های قطبی ایجاد کند و در صورت قوی بودن، طوفان‌های ژئومغناطیسی را به وجود آورد. با اینکه هشدارهای طوفان قبل از وقوع این رویدادها صادر می‌شود، هنوز نیاز به زمان پیش‌بینی طولانی‌تری وجود دارد تا در صورت احتمال تأثیرات بر سیستم‌های مختلف فناوری، از جمله شبکه‌های برق، GPS، کشاورزی و ترافیک هوایی، هشدار داده شود.

از طریق برنامه NOAA به نام Space Weather Next، دانشمندان همچنان بر این موضوع کار می‌کنند که چگونه مأموریت‌های ماهواره‌ای آینده می‌توانند کمک کنند تا زمان پیش‌بینی طوفان‌های ژئومغناطیسی افزایش یابد.

این بدان معناست که آنها باید راه‌هایی برای به دست آوردن اطلاعات به محض وقوع فلرهای خورشیدی پیدا کنند، با اندازه‌گیری‌هایی نزدیک‌تر به خورشید. این‌جاست که بادبان‌های خورشیدی وارد عمل می‌شوند. عزیزیم گفت: “بادبان خورشیدی به ما این امکان را می‌دهد که با کارایی بیشتری از نقطه لاگرانژ یک (L1) عبور کنیم.” “در حال حاضر، L1 یک مدار نیمه‌پایدار برای مشاهده بدون مانع و مستمر از خورشید فراهم می‌کند.

اما اگر بخواهید دورتر بروید، باید از راکت‌های شیمیایی استفاده کنید. بادبان‌های خورشیدی راهی مقرون به صرفه برای حرکت بالاتر از نقطه L1 فراهم می‌کنند.” L1 مکانی بین خورشید و زمین است که تقریباً ۹۳۲,۰۰۰ مایل (۱.۵ میلیون کیلومتر) از زمین فاصله دارد. در این مکان، فضاپیماها می‌توانند در نقطه‌ای ثابت قرار بگیرند و فعالیت‌های خورشید را مشاهده کنند. اما هرچه محققان بتوانند ماهواره‌ها را به خورشید نزدیک‌تر کنند، سریع‌تر می‌توانند داده‌ها را پیش از وقوع، در حین و پس از رویدادهای جوی فضایی به دست آورند.

با استفاده از بادبان‌های خورشیدی، فضاپیماها می‌توانند از جریان باد خورشیدی بالاتر بروند که به نوبه خود می‌تواند زمان پیش‌بینی هشدارها را تا ۵۰٪ افزایش دهد، عزیزیم توضیح داد. این همچنین در مکانی متفاوت از مکانی است که طی ۴۵ سال گذشته استفاده شده است. در نشست سالانه AMS، NOAA پیشرفت‌های این پروژه را به‌روزرسانی کرد. ساخت نسخه تمام مقیاس بادبان خورشیدی NOAA در چارچوب پروژه Solar Cruiser در همکاری با ناسا در حال انجام است.

پس از راه‌اندازی، این بادبان مساحت ۱۷,۷۹۳ فوت مربع (۱,۶۵۳ متر مربع) را پوشش خواهد داد. علاوه بر داشتن یک فضاپیما در مرکز با سیستم‌های اسپول و استقرار بادبان، این پروژه شامل چهار بادبان است که در چهار ربع مختلف ساخته می‌شوند و همه آنها قرار است در بهمن ۱۴۰۵ به پایان برسند. اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، NOAA امیدوار است که یک پرتاب مشترک در سال ۱۴۰۸ در دسترس باشد. عزیزیم گفت: “من بیشتر از همه به پیچیدگی خالص این پروژه و آوردن رشته‌های مختلف با هم هیجان‌زده‌ام.” “دیدن پیشرفت‌های جدید در علم مواد و دیگر رشته‌ها، چطور این پیشرفت‌ها به ما در جامعه شرایط جوی فضایی کمک می‌کند تا گام‌هایی که باید برداریم، این واقعاً هیجان‌انگیز است.”