CARIOQA Research Spotlight: Weltraumwetterforschung
Die CARIOQA Quantum Pathfinder Mission wird erstmalig einen Quantenbeschleunigungsmesser im All testen. Die Daten dieses neuartigen Instruments können einen wichtigen Beitrag zur Messung der Dichte der Atmosphäre auf dem Satellitenorbit leisten. Eine Publikation des Instituts zeigt erste Simulationsergebnisse.
Das Weltraumwetter hat einen weitreichenden Einfluss auf sowohl auf Satelliten als auch terrestrische Infrastruktur. Sonnenaktivität regt unter anderem die Erdatmosphäre an, so dass mit steigender Sonnenaktivität auch die Dichte der Atmosphäre auf der Höhe von Satelliten in erdnahen Orbits ansteigt. Diese atmosphärische Reibung beeinflusst den Orbit indem Kräfte, so genannte nicht-gravitative Störbeschleunigungen, auf Satelliten oder auch Weltraumschrott einwirken. Die genaue Kenntnis des Dichte der oberen Atmosphäre erlaubt eine bessere Vorhersage von Orbits in der Missionsplanung und hilft mögliche Kollisionen zwischen Satelliten und Weltraumschrott zu vermeiden.
Die Dichte der Atmosphäre lässt sich aus Messungen dieser nicht-gravitativen Störbeschleunigungen auf Satelliten abgeleitet. Ein Beispiel für eine operative Mission, bei denen dieses Prinzip angewendet wird, ist die GRACE-FO Mission. Dies ist ein mit Beschleunigungsmessern ausgestattetes Satellitenpaar zur Bestimmung von Schwerefeldvariationen der Erde, die unter anderem durch Prozesse des Klimawandels verursacht werden. Anhand eines 3D Satellitenmodells und den Daten der Beschleunigungsmesser, die die nicht-gravitativen Störbeschleunigungen messen, wird die Dichte an der Satellitenposition berechnet.
Quantenbeschleunigungsmesser sind eine vielversprechende Entwicklung die Einschränkungen klassischer Sensoren, wie sie auf der GRACE-FO Mission eingesetzt werden, überwinden können. Das vorrangige Ziel dieser technologischen Entwicklung sind zeitlich und räumlich hochauflösendere Schwerefeldmodelle der Erde. Ein zusätzlicher Nutzen ist die Dichtebestimmung aus den Beschleunigungsmessungen.
Die Studie CARIOQA Quantum Pathfinder Mission for Space Weather Research (Open Access) analysiert die in CARIOQA Phase A präferierten Orbitoptionen bei der zum Missionsstart prädizierten Sonnenaktivität. Zudem untersucht sie die Leistungsfähigkeit des Quantenbeschleunigungsmessers bei der Messung der nicht-gravitativen Störbeschleunigungen und der daraus abgeleiteten Dichte der Atmosphäre. Es zeigt sich, dass die Designvorgabe des Instruments für beide evaluierten Orbitoptionen in der Lage ist die nicht gravitativen Störbeschleunigungen in einem breiten Frequenzband zu messen und so die hochfrequente Dichtebestimmung entlang des Orbits ermöglicht.
Weitere Informationen zur Publikation sind auf der Webseite der CARIOQA Quantum Pathfinder Mission in einem Factsheet zusammengefasst.