Pada penghujung 2021, pengendali buruj Swarm Agensi Angkasa Eropah (ESA) menyedari sesuatu yang membimbangkan: Satelit, yang mengukur medan magnet di sekeliling Bumi, mula tenggelam ke arah atmosfera pada kadar yang luar biasa pantas — sehingga 10 kali lebih pantas daripada sebelumnya. Perubahan itu bertepatan dengan permulaan kitaran suria baharu, dan pakar berpendapat ia mungkin permulaan beberapa tahun sukar untuk kapal angkasa mengorbit planet kita.
“Dalam tempoh lima, enam tahun lepas, satelit itu tenggelam kira-kira dua setengah kilometer [1.5 miles] setahun,” Anja Stromme, pengurus misi Swarm ESA, memberitahu Space.com. “Tetapi sejak Disember tahun lepas, mereka hampir menyelam. Kadar tenggelam antara Disember dan April ialah 20 kilometer [12 miles] setiap tahun.”
Satelit mengorbit berhampiran Bumi sentiasa menghadapi seretan baki suasana, yang secara beransur-ansur memperlahankan kapal angkasa dan akhirnya membuat mereka jatuh kembali ke planet ini. (Mereka biasanya tidak bertahan dalam apa yang dipanggil kemasukan semula ini dan terbakar di atmosfera.) Seretan atmosfera ini memaksa Stesen Angkasa Antarabangsa‘s pengawal untuk melaksanakan tetap gerakan “bangkitkan semula”. untuk mengekalkan orbit stesen 250 batu (400 km) di atas Bumi.
Seretan ini juga membantu membersihkan persekitaran berhampiran Bumi daripada sampah angkasa lepas. Para saintis tahu bahawa keamatan seretan ini bergantung pada aktiviti suria – jumlah angin suria dimuntahkan oleh matahariyang berbeza-beza bergantung pada kitaran suria 11 tahun. Kitaran terakhir, yang berakhir secara rasmi pada Disember 2019, agak mengantuk, dengan bilangan bulanan di bawah purata tompok matahari dan minimum yang berpanjangan hampir tidak ada sebarang aktiviti. Tetapi sejak musim gugur lepas, yang bintang telah bangun, mengeluarkan lebih banyak angin suria dan menghasilkan bintik matahari, suar suria dan lonjakan jisim koronal pada kadar yang semakin meningkat. Dan atmosfera atas Bumi telah merasakan kesannya.
“Terdapat banyak fizik kompleks yang kita masih tidak faham sepenuhnya berlaku di lapisan atas atmosfera di mana ia berinteraksi dengan angin suria, ” kata Stromme. “Kami tahu bahawa interaksi ini menyebabkan peningkatan atmosfera. Ini bermakna udara yang lebih padat beralih ke atas ke altitud yang lebih tinggi.”
Udara yang lebih padat bermakna seretan yang lebih tinggi untuk satelit. Walaupun ketumpatan ini masih sangat rendah 250 batu di atas Bumi, peningkatan yang disebabkan oleh atmosfera upwelling sudah cukup untuk menghantar beberapa satelit yang mengorbit rendah menjunam.
“Ia hampir seperti berlari dengan angin melawan anda,” kata Stromme. “Ia lebih sukar, ia seret – jadi ia memperlahankan satelit, dan apabila ia perlahan, ia tenggelam.”
Dipatahkan oleh ribut suria
Buruj Swarm, yang dilancarkan pada 2013, terdiri daripada tiga satelit, dua daripadanya mengorbit Bumi pada ketinggian 270 batu (430 km), kira-kira 20 batu (30 km) di atas Stesen Angkasa Antarabangsa. Satelit Swarm ketiga mengelilingi planet ini agak lebih tinggi — kira-kira 320 batu (515 km) di atas tanah. Kedua-dua kapal angkasa yang mengorbit lebih rendah lebih banyak terkena oleh matahari yang bertindak keluar daripada satelit yang lebih tinggi, kata Stromme.
Keadaan dengan dua bahagian bawah menjadi sangat tidak menentu sehinggakan menjelang Mei, pengendali terpaksa mula menaikkan ketinggian satelit menggunakan pendorongan atas kapal untuk menyelamatkannya.
Matahari melepaskan suar suria kelas X1.1 utama daripada gugusan tompok matahari yang aktif pada anggota timurnya pada 17 April 2022. (Kredit imej: NASA/SDO dan pasukan sains AIA, EVE dan HMI)
Dalam ribut seperti itu, satelit tiba-tiba jatuh ke ketinggian yang lebih rendah. Semakin rendah orbit satelit apabila ribut suria melanda, semakin tinggi risiko kapal angkasa tidak dapat pulih, menyebabkan pengendali tidak berdaya memerhatikan apabila kapal itu jatuh dan mati di atmosfera.
Starlink satelit mempunyai orbit operasi 340 batu (550 km), yang melebihi kawasan paling berisiko. Bagaimanapun, selepas pelancaran, Falcon 9 roket menyimpan kumpulan satelit yang sangat rendah, hanya kira-kira 217 batu (350 km) di atas Bumi. SpaceX kemudiannya menaikkan orbit satelit menggunakan unit pendorong di atas kapal. Syarikat itu mengatakan pendekatan itu mempunyai kelebihan, kerana mana-mana satelit yang mengalami masalah teknikal selepas pelancaran akan segera jatuh kembali ke Bumi dan tidak bertukar menjadi serpihan angkasa yang menjengkelkan. Walau bagaimanapun, tingkah laku matahari yang semakin meningkat dan tidak dapat diramalkan menjadikan satelit tersebut terdedah kepada kemalangan.
Ruang baru dan matahari yang tidak dapat diramalkan
Semua kapal angkasa di sekitar ketinggian 250 batu pasti menghadapi masalah, kata Stromme. Itu termasuk Stesen Angkasa Antarabangsa, yang perlu melakukan gerakan bangkit semula yang lebih kerap untuk terus bertahan, tetapi juga ratusan cubesats dan satelit kecil yang telah menduduki orbit Bumi yang rendah dalam dekad yang lalu. Satelit tersebut – produk pergerakan ruang angkasa baharu yang diterajui oleh usahawan swasta yang merintis teknologi mudah dan murah – amat terdedah.
“Banyak ini [new satellites] tidak mempunyai sistem pendorong,” kata Stromme. “Mereka tidak mempunyai cara untuk bangun. Ini pada asasnya bermakna bahawa mereka akan mempunyai jangka hayat yang lebih pendek di orbit. Mereka akan masuk semula lebih awal daripada semasa minimum solar.”
Secara kebetulan (atau nasib pemula), permulaan revolusi ruang angkasa baharu berlaku semasa kitaran suria yang mengantuk itu. Pengendali baharu ini kini menghadapi maksimum solar pertama mereka. Tetapi bukan itu sahaja. Aktiviti matahari pada tahun lalu ternyata jauh lebih sengit daripada ramalan cuaca suria, dengan lebih banyak tompok matahari, lebih banyak lonjakan jisim korona dan lebih banyak angin suria melanda planet kita.
“Aktiviti suria jauh lebih tinggi daripada ramalan rasmi yang dicadangkan,” Hugh Lewis, seorang profesor kejuruteraan dan sains fizikal di Universiti Southampton di UK yang mengkaji kelakuan satelit di orbit Bumi rendah, memberitahu Space.com. “Malah, aktiviti semasa sudah agak hampir dengan paras puncak yang diramalkan untuk kitaran suria ini, dan kami masih dua hingga tiga tahun lagi daripada maksimum suria.”
Stromme mengesahkan pemerhatian tersebut. “Kitaran solar 25 yang kita lalui sekarang meningkat dengan sangat mendadak,” katanya. “Kami tidak tahu sama ada ini bermakna ia akan menjadi kitaran suria yang sangat sukar. Ia boleh menjadi perlahan, dan ia boleh menjadi kitaran suria yang sangat lemah. Tetapi sekarang, ia meningkat dengan pantas.”
Membersihkan orbit
Walaupun aktiviti suria yang teruk adalah berita buruk bagi pengendali satelit, yang akan melihat jangka hayat misi mereka dipendekkan (malah satelit dengan pendorongan di atas kapal akan kehabisan bahan api dengan lebih cepat kerana keperluan untuk peningkatan ketinggian yang kerap), situasi ini akan mengalu-alukan. kesan penulenan pada ruang di sekeliling Bumi.
Di samping menjadi dihuni dengan ratusan satelit baharu sejak sedekad yang lalu, kawasan ruang angkasa ini dipenuhi dengan jumlah serpihan angkasa yang membimbangkan (satelit lama, peringkat roket terpakai dan serpihan perlanggaran). Penyelidik seperti Lewis telah lama memberi amaran bahawa sampah di mana-mana yang meluncur di sekitar planet mengancam keselamatan perkhidmatan satelit, memaksa pengendali melakukan gerakan mengelak dengan kerap. Selain itu, serpihan mungkin mencetuskan keadaan luar kawalan yang dikenali sebagai Sindrom Kesslerlata perlanggaran yang tidak dapat dihalang seperti yang digambarkan dalam filem pemenang Oscar 2013 “Gravity.”
“Secara amnya, meningkatkan aktiviti suria – dan kesannya pada atmosfera atas – adalah berita baik dari perspektif serpihan angkasa, kerana ia mengurangkan hayat orbit serpihan dan menyediakan ‘perkhidmatan pembersihan’ yang berguna,” kata Lewis.
Menurut Jonathan McDowell, pakar serpihan angkasa di Pusat Astrofizik Harvard-Smithsonian, kesan positif sudah boleh diperhatikan, kerana serpihan yang dihasilkan oleh November 2021 Ujian peluru berpandu anti-satelit Rusia kini turun lebih cepat daripada sebelumnya.
Walau bagaimanapun, terdapat kelemahan untuk proses pembersihan ini.
“Kadar peningkatan pereputan objek serpihan boleh dilihat hampir seperti hujan, ” kata Lewis. “Apabila aktiviti suria tinggi, kadar ‘hujan’ lebih tinggi, dan misi di altitud rendah berpotensi mengalami fluks serpihan yang lebih besar.”
Fluks serpihan yang lebih besar bermakna keperluan untuk gerakan mengelak pembakaran bahan api yang lebih kerap dan risiko perlanggaran yang meningkat buat sementara waktu, yang berpotensi menjana serpihan yang lebih berbahaya.
Stromme dan rakan-rakannya sedang menaikkan orbit dua satelit Swarm yang mengorbit rendah sejauh 28 batu (45 km). Satelit mungkin memerlukan lebih banyak pelarasan akhir tahun ini, tambahnya. Matlamatnya adalah untuk membantu misi, yang kini berada dalam tahun kesembilan dan melangkaui jangka hayat asalnya yang dirancang, untuk melalui kitaran suria. Sama ada pasukan itu berjaya bergantung pada tingkah laku matahari.
“Kami masih mempunyai bahan api untuk membantu kami melalui kitaran suria yang lain,” kata Stromme. “Jika ia tumbuh seperti sekarang, saya akan menggunakan bahan api sebelum kitaran solar selesai. Jika ia perlahan sedikit, saya mungkin menyelamatkannya melalui kitaran solar.”
