Fin 2021, les opérateurs de la constellation Swarm de l’Agence spatiale européenne (ESA) ont remarqué quelque chose d’inquiétant : les satellites, qui mesurent le champ magnétique autour de la Terre, ont commencé à descendre vers l’atmosphère à une vitesse inhabituellement rapide – jusqu’à 10 fois plus vite qu’auparavant. Le changement a coïncidé avec le début du nouveau cycle solaire, et les experts pensent que cela pourrait être le début de quelques années difficiles pour les engins spatiaux en orbite autour de notre planète.
“Au cours des cinq, six dernières années, les satellites ont coulé à environ deux kilomètres et demi [1.5 miles] un an”, a déclaré Anja Stromme, responsable de la mission Swarm de l’ESA, à Space.com. “Mais depuis décembre de l’année dernière, ils plongent virtuellement. Le taux de chute entre décembre et avril a été de 20 kilomètres [12 miles] par an.”
Les satellites en orbite proche de Terre toujours faire face à la traînée du résidu atmosphère, ce qui ralentit progressivement les engins spatiaux et finit par les faire retomber sur la planète. (Ils ne survivent généralement pas à cette soi-disant rentrée et brûlent dans l’atmosphère.) Cette traînée atmosphérique force le Station spatiale internationalecontrôleurs d’effectuer régulièrement manœuvres de “reboost” pour maintenir l’orbite de la station à 400 km au-dessus de la Terre.
Cette traînée aide également à nettoyer l’environnement proche de la Terre des déchets spatiaux. Les scientifiques savent que l’intensité de cette traînée dépend de l’activité solaire – la quantité de vent solaire vomi par le Soleilqui varie selon les Cycle solaire de 11 ans. Le dernier cycle, qui s’est officiellement terminé en décembre 2019, a été plutôt somnolent, avec un nombre de cycles mensuels inférieur à la moyenne. taches solaires et un minimum prolongé de presque aucune activité. Mais depuis l’automne dernier, le étoile s’est réveillé, crachant de plus en plus de vent solaire et générant des taches solaires, éruptions solaires et éjections de masse coronale à un rythme croissant. Et la haute atmosphère terrestre en a ressenti les effets.
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“Il y a beaucoup de physique complexe que nous ne comprenons pas encore parfaitement dans les couches supérieures de l’atmosphère où elle interagit avec le vent solaire”, a déclaré Stromme. “Nous savons que cette interaction provoque une remontée de l’atmosphère. Cela signifie que l’air plus dense se déplace vers le haut vers des altitudes plus élevées.”
Un air plus dense signifie une traînée plus élevée pour les satellites. Même si cette densité est encore incroyablement faible à 250 milles au-dessus de la Terre, l’augmentation causée par la remontée de l’atmosphère est suffisante pour faire chuter virtuellement certains des satellites en orbite basse.
“C’est presque comme courir avec le vent contre vous”, a déclaré Stromme. “C’est plus dur, ça traîne – donc ça ralentit les satellites, et quand ils ralentissent, ils coulent.”
Renversé par une tempête solaire
La constellation Swarm, lancée en 2013, se compose de trois satellites, dont deux orbitent autour de la Terre à une altitude de 270 miles (430 km), à environ 20 miles (30 km) au-dessus de la Station spatiale internationale. Le troisième satellite Swarm fait le tour de la planète un peu plus haut, à environ 515 km au-dessus du sol. Les deux engins spatiaux en orbite basse ont été plus touchés par l’action du soleil que le satellite le plus haut, a déclaré Stromme.
La situation avec les deux inférieurs est devenue si précaire qu’en mai, les opérateurs ont dû commencer à augmenter l’altitude des satellites en utilisant la propulsion embarquée pour les sauver.
Les satellites Swarm de l’ESA ne sont pas les seuls engins spatiaux à lutter contre la détérioration de la météo spatiale. En février, SpaceX a perdu 40 nouveaux satellites Starlink qui ont été frappés par un tempête solaire juste après le lancement.
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Dans de telles tempêtes, les satellites tombent soudainement à des altitudes plus basses. Plus l’orbite des satellites est basse lorsque la tempête solaire frappe, plus le risque que l’engin spatial ne puisse pas récupérer est élevé, laissant les opérateurs regardant impuissants alors que l’engin tombe dans l’atmosphère.
Lien stellaire les satellites ont des orbites opérationnelles de 340 miles (550 km), ce qui est au-dessus de la région la plus à risque. Cependant, après le lancement, Faucon 9 les fusées déposent les lots de satellites très bas, à environ 350 km au-dessus de la Terre. SpaceX élève ensuite les orbites des satellites à l’aide d’unités de propulsion embarquées. La société affirme que cette approche présente des avantages, car tout satellite qui rencontre des problèmes techniques après son lancement retomberait rapidement sur Terre et ne se transformerait pas en débris spatiaux embêtants. Cependant, le comportement croissant et imprévisible du soleil rend ces satellites vulnérables aux accidents.
Nouvel espace et soleil imprévisible
Tous les engins spatiaux autour de l’altitude de 250 milles auront forcément des problèmes, a déclaré Stromme. Cela inclut la Station spatiale internationale, qui devra effectuer des manœuvres de reboost plus fréquentes pour se maintenir à flot, mais aussi les centaines de cubesats et les petits satellites qui ont peuplé l’orbite terrestre basse au cours de la dernière décennie. Ces satellites – un produit du nouveau mouvement spatial mené par des entrepreneurs privés pionniers de technologies simples et bon marché – sont particulièrement vulnérables.
“Beaucoup d’entre eux [new satellites] n’ont pas de systèmes de propulsion », a déclaré Stromme. « Ils n’ont pas de moyens de se lever. Cela signifie essentiellement qu’ils auront une durée de vie plus courte en orbite. Ils rentreront plus tôt qu’ils ne le feraient pendant le minimum solaire.”
Par coïncidence (ou chance du débutant), le début de la nouvelle révolution spatiale est survenu pendant ce cycle solaire endormi. Ces nouveaux opérateurs sont désormais confrontés à leur premier maximum solaire. Mais pas seulement. L’activité solaire au cours de l’année écoulée s’est avérée beaucoup plus intense que ne l’avaient prédit les météorologues solaires, avec plus de taches solaires, plus d’éjections de masse coronale et plus de vent solaire frappant notre planète.
“L’activité solaire est beaucoup plus élevée que ne le suggèrent les prévisions officielles”, a déclaré à Space.com Hugh Lewis, professeur d’ingénierie et de sciences physiques à l’Université de Southampton au Royaume-Uni qui étudie le comportement des satellites en orbite terrestre basse. “En fait, l’activité actuelle est déjà assez proche du niveau de pointe prévu pour ce cycle solaire, et nous sommes encore à deux ou trois ans du maximum solaire.”
Stromme a confirmé ces observations. “Le cycle solaire 25 dans lequel nous entrons actuellement augmente actuellement très fortement”, a-t-elle déclaré. “Nous ne savons pas si cela signifie que ce sera un cycle solaire très difficile. Il pourrait ralentir et devenir un cycle solaire très faible. Mais en ce moment, il augmente rapidement.”
Nettoyer les orbites
Alors que la rude activité solaire est une mauvaise nouvelle pour les opérateurs de satellites, qui verront la durée de vie de leurs missions raccourcie (même les satellites à propulsion embarquée tomberont à court de carburant beaucoup plus rapidement en raison de la nécessité de fréquentes augmentations d’altitude), la situation aura des effets positifs. effets purificateurs sur l’espace autour de la Terre.
En plus de s’être peuplée de centaines de nouveaux satellites au cours de la dernière décennie, cette région de l’espace est encombrée d’un quantité inquiétante de débris spatiaux (anciens satellites, étages de fusées usagés et fragments de collision). Des chercheurs comme Lewis avertissent depuis longtemps que les déchets omniprésents qui se précipitent autour de la planète menacent la sécurité des services par satellite, obligeant les opérateurs à effectuer de fréquentes manœuvres d’évitement. De plus, les débris pourraient déclencher une situation incontrôlable connue sous le nom de Syndrome de Kesslerune cascade imparable de collisions telle que décrite dans le film “Gravity”, lauréat d’un Oscar en 2013.
“D’une manière générale, l’augmentation de l’activité solaire – et ses effets sur la haute atmosphère – est une bonne nouvelle du point de vue des débris spatiaux, car elle réduit la durée de vie orbitale des débris et fournit un” service de nettoyage “utile”, a déclaré Lewis.
Selon Jonathan McDowell, expert en débris spatiaux au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, l’effet positif peut déjà être observé, car les fragments produits par le Test de missile anti-satellite russe de novembre 2021 descendent beaucoup plus vite qu’avant.
Cependant, il y a un inconvénient à ce processus de nettoyage.
“Le taux accru de décomposition des débris peut être perçu presque comme de la pluie”, a déclaré Lewis. “Lorsque l’activité solaire est élevée, le taux de” pluie “est plus élevé et les missions à basse altitude connaîtront potentiellement un plus grand flux de débris.”
Un plus grand flux de débris signifie la nécessité de manœuvres d’évitement encore plus fréquentes et un risque temporairement accru de collisions, ce qui pourrait potentiellement générer des fragments plus dangereux.
Stromme et ses collègues élèvent actuellement l’orbite des deux satellites Swarm en orbite basse de 28 miles (45 km). Les satellites pourraient nécessiter encore plus d’ajustements plus tard cette année, a-t-elle ajouté. L’objectif est d’aider la mission, qui est actuellement dans sa neuvième année et au-delà de sa durée de vie initialement prévue, à traverser le cycle solaire. Le succès de l’équipe dépendra en grande partie du comportement du soleil.
“Nous avons encore du carburant pour nous faire traverser, espérons-le, un autre cycle solaire”, a déclaré Stromme. “S’il pousse comme maintenant, j’épuiserai le carburant avant la fin du cycle solaire. S’il ralentit un peu, je pourrais les économiser tout au long du cycle solaire.”
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