Sedan lanseringen av Sputnik, jordens första konstgjorda satellit, 1957, mer än 41, 500 ton konstgjorda föremål har placerats i omloppsbana runt solen, jorden, och andra planetariska kroppar. Sen den tiden, majoriteten av föremålen, såsom raketkroppar och stora bitar av rymdskräp, återinträdde i jordens atmosfär på ett okontrollerat sätt, utgör en potentiell fara för människor och infrastruktur. Att förutsäga datum och tid för återinträde är en utmanande uppgift, eftersom man behöver specificera densiteten för den övre jordens atmosfär som starkt beror på solaktiviteten som, i tur och ordning, är svårt att förutse. Jordatmosfären kan bli mycket upphettad på grund av solaktivitet som får den att expandera, och en satellit kan förfalla i sin omloppsbana och falla tillbaka till jorden på grund av effekten som kallas atmosfäriskt motstånd. Dessutom, det finns mycket rymdskräp, mycket av det mycket litet; om en rymdfarkost oväntat ändrar sin bana och stöter på till och med en liten bit skräp, detta skulle motsvara att träffa en bomb på grund av den höga hastigheten.

En internationell grupp forskare under ledning av Skoltech-professorn Tatiana Podladchikova utvecklade en ny metod och programvara som heter RESONANCE ("Radio Emissions from the sun:ONline ANAlytical Computer-aided Estimator") som ger förutsägelser om solradioflödet vid F10,7 och F30 cm med en ledtid på en till 24 månader. F10.7- och F30-indexen representerar flödestätheten för solradioemissioner vid en våglängd på 10,7 och 30 cm i genomsnitt över en timme och fungerar som en solproxy för den ultravioletta solemissionen som värmer jordens övre atmosfär. Metoden kombinerar toppmoderna fysikbaserade modeller och avancerade dataassimileringsmetoder, där de resulterande F10.7- och F30-prognoserna används som solenergi i prediktionsverktyget för återinträde för ytterligare uppskattning av ett objekts återinträdestid.

"Vi utvärderade systematiskt RESONANCEs prestanda när det gäller att tillhandahålla förutsägelser om återinträde på tidigare ESA-kampanjer för återinträde för 602 nyttolaster och raketkroppar samt 2, 344 föremål av rymdskräp som återinträdde från 2006 till 2019 under hela 11-åriga solcykeln. Testresultaten visade att de förutsägelser som erhållits av RESONANCE i allmänhet också leder till förbättringar av prognoserna för epoker för återinträde och kan därför rekommenderas som en ny operativ tjänst för förutsägelser om återinträde och andra rymdväderapplikationer, " säger huvudförfattaren och Skoltechs MSc-utexaminerade Elena Petrova som för närvarande bedriver sina doktorandstudier vid Center for Mathematical Plasma Astrophysics, katolska universitetet i Leuven (KU Leuven).

"Antalet återinförda objekt är nära relaterat till solaktivitetsnivån:majoriteten av objekten återvänder under den maximala solaktivitetsfasen inom 11-årscykeln. Intressant nog, rymdskräpets återinträdestid följer noga cykelns utveckling, reagerar omedelbart på förändringar i solaktiviteten. På samma gång, nyttolaster och raketkroppar visar också ett stort antal återinträden under cykelns avtagande fas, vilket kan vara relaterat till tidsfördröjningen mellan solaktivitet och återinträde för stora objekt, säger professor Astrid Veronig, en medförfattare till studien och chef för Kanzelhöhe Observatory vid universitetet i Graz.

"Det är mycket viktigt att övervaka och förutsäga solaktivitet för omloppsförutsägelsebehov. Till exempel, Skylab som var tänkt att utföra ett kontrollerat återinträde på 1970-talet föll på jorden på ett okontrollerat sätt på grund av felaktiga beräkningar av luftmotståndet på grund av solaktivitet. Ett annat exempel är den senaste uppskjutningen av den kinesiska Long March 5B-raketen den 9 maj, 2021:resterna från dess andra etapp som bar Kinas första rymdstationsmodul gjorde ett okontrollerat återinträde och landade i Indiska oceanen. Därför är utvecklingen av robusta och tillförlitliga rymdväderoperativa tjänster som sammanför forskningens framkant med tekniska tillämpningar av yttersta vikt för skyddet av rymd- och markbaserad infrastruktur och främjande av rymdutforskning. Och vilka stormar än kan rasa, vi önskar alla ett bra väder i rymden, " säger Tatiana Podladchikova, biträdande professor vid Skoltech Space Center (SSC) och en forskningsmedförfattare.

För närvarande, teamet förbereder RESONANCE för operativ användning som en del av en ny rymdvädertjänst för kontinuerlig förutsägelse av solenergins radioflödesaktivitet.