21 november 2019

Machine-learning technologie ontwikkeld voor bescherming hardware satellieten

NASA ontwikkelt geavanceerde machine-learning technologie om hardware van rondom de aarde gestationeerde satellieten beter te kunnen beschermen voor optimaal functioneren. In het kader hiervan heeft recent een onderzoeksteam van de Universiteit van Oxford een virtuele component gebouwd voor NASA’s Solar Dynamics Observatory (SDO) die het vermogen verhoogt om extreme ultraviolet straling (EUV) te meten. Het gaat i.c. om een virtuele component voor het MEGS-A kanaal, het Multiple EUV Grating Spectrograph A-kanaal*. Dit maakt deel uit van het extreme ultraviolette variabiliteitsinstrument van het observatorium (EVE). EUV is de dominante factor voor wat betreft zonneactiviteit in het thermo- en ionosfeersysteem van de aarde (de lagen tussen de 85 en 1000 km hoogte waar deeltjes door de zonstraling worden geïoniseerd). Tijdens een verhoogde zonneactiviteit kan EUV hardware componenten beschadigen. Deze kunnen op hun beurt leiden tot satellietstoringen en radioblackouts. Met deze doorbraak krijgt NASA meer inzicht in de effecten van ruimteweer en dit kan van vitaal belang blijken te zijn naarmate meer en meer satellieten rondom de aarde gestationeerd worden. Momenteel draaien er zo een 5000 satellieten rondom de aarde, met een scala aan toepassingen van communicatie tot navigatie. Echter met de geplande mega-constellaties, welke wereldwijd snel internettoegang beogen, van met name SpaceX’ “Starlink’ en Amazon’s ‘Project Kuiper’ zullen er nog duizenden extra satellieten de lucht in gaan. Een betere stralingsmonitoring kan ervoor zorgen dat het goed functioneren en operationeel houden van zulke grote constellaties in de toekomst soepeler uitgevoerd kan worden.

NASA’s Solar Dynamics Observatory, gelanceerd in 2010 Credits; NASA

Het onderzoeksteam stond onder leiding van Alexandre Szenicer, een promovendus in Computational Geophysics aan Oxford en is 2 oktober j.l. gepubliceerd in Science Advances**.  Szenicer stelt; “De EUV-straling van de zon is de dominante motor van het thermosfeer- en ionosfeersysteem van de aarde. Tijdens periodes van verhoogde zonneactiviteit en EUV straling gaat dit gepaard met ongunstige ruimteweereffecten zoals radioblackouts, verhoogde aerodynamische weerstand op satellieten in hun baan en schommelingen van signalen van wereldwijde navigatiesatellietsystemen. Als zodanig is een goed begrip van de effecten van EUV belangrijk om adequaat te reageren en de effecten van ongunstig ruimteweer te verminderen.” 

Extreme ultraviolet beeld van de zon (rood: 21.1 nm, groen: 19.3 nm, blauw: 17.1 nm) van het SDO, 1 augustus 2010, met zonnevlam en coronale massa-uitstoot. Credits; NASA

De onderzoekers creëerden een virtuele component voor het Multiple EUV Grating Spectrograph A-kanaal, ook bekend als MEGS-A welke deel uitmaakt van het extreme ultraviolette variabiliteitsinstrument. Deze ondervond vier jaar geleden een storing. Een afzonderlijk instrument, de Atmospheric Imaging Assembly of AIA, verzamelt gegevens over de andere lagen van de atmosfeer van de zon. Het team verzamelde de gegevens van vier jaar waarin MEGS-A en de AIA wel correct samenwerkten. Vervolgens konden ze waarnemingen produceren die ontbrekende spectrale informatie opvulden. Het best presterende model van het onderzoek heeft een maximale foutpercentage van 4,6 procent. “De satellieten van Starlink zijn, gezien hun hoogte (550 km), onderhevig aan atmosferische weerstand”, zegt Szenicer. “Daarom is het erg belangrijk voor de operatoren om een goed begrip te hebben van de dynamiek van de thermo- en ionosfeer, waarvoor informatie over de spectrale straling van de EUV cruciaal is.” Het zijn niet alleen satellieten die kunnen profiteren van het onderzoek. Verbeterde stralingsmonitoring kan ook helpen bij raketlanceringen en de impact van EUV straling op de elektronica aan boord van de raketten,” aldus Szenicer. Bron; The Verge / NASA Solar Dynamics Observatory / Artikel Science Advances oktober 2019

* De SDO is een NASA satelliet, gelanceerd in 2010, met als doel meer te weten te komen over de invloed van de zon op de aarde en de ruimte om de aarde. Het onderzoekt o.a. het ontstaan van het magnetisch veld van de zon, hoe deze energie wordt omgezet en en losgelaten in de heliosfeer en ruimte in de vorm van zonnewind, en variaties in het zonlicht. De missie, eerst vijf jaar heeft een uitloop naar 10 jaar. SDO kan data sturen naar de aarde via de k- en s-band.  De sonde bevat drie instrumenten waaronder de EVE, het Extreme Ultraviolet Variability Experiment, hiermee wordt de extreme ultraviolette straling van de zon gemeten. Doel is een verband te onderzoeken tussen veranderingen in deze straling en veranderingen in het magnetisme van de zon.

EVE biedt metingen van het EUV solar spectral irradiance (SSI) geïntegreerd over de volle zon. Het spectrum gemeten door de Multiple EUV Grating Spectrograph A (MEGS-A) en MEGS-B modules van EVE bevat emissielijnen van verschillende ionen die bestaan bij temperaturen variërend van 7000 K tot 9,3 MK. Het Atmospheric Imaging Assembly (AIA) -instrument neemt zonneschijf opnamen, van 4096 × 4096 pixels in zeven EUV-kanalen, twee UV-kanalen en één zichtbaar golflengtekanaal. AIA en EVE zijn afzonderlijke, hoewel complementaire, entiteiten en beide zijn op zichzelf cruciaal. EVE is bedoeld om gedetailleerde informatie te geven over het stralingsbudget van de zon en hoe dit de atmosfeer van de aarde beïnvloedt, maar zonder enige ruimtelijke resolutie. AIA geeft informatie over de structuur van de corona, zijn dichtheid, temperatuur en evolutie, maar met een lagere spectrale resolutie dan EVE. Momenteel blijven AIA en de MEGS-B-module van EVE de zon observeren. Een elektrische storing van het EVE MEGS-A-kanaal heeft echter het vermogen om EUV SSI in het golflengtebereik van 5- tot 37 nm te monitoren, aangetast, dat ongeveer 60% van de zonnestraling in de EUV bevat. Het doel van dit onderzoek was om deze leemte in meetmogelijkheden op te vullen met een virtuele vervanging voor MEGS-A.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.