Användningen av elektrisk framdrivning för att höja satelliter till geostationär omloppsbana kan resultera i betydande solcellsnedbrytning enligt en ny studie. Den förlängda resan resulterar i större exponering för de skadliga effekterna av rymdvädret. Att förstå storleken på denna risk är avgörande för att kommersiella operatörer ska kunna vidta åtgärder för att mildra effekterna och skydda sina tillgångar.

Den nya forskningen från British Antarctic Survey, Universitetet i Cambridge, och DH Consultancy—publicerade denna månad i tidskriften Rymdväder — presenteras på Royal Astronomical Society's National Astronomy Meeting idag (1 juli 2019).

Studien drar slutsatsen att efter en strålningsstorm, maximal uteffekt från solceller kan minskas med upp till 8 procent när satelliterna når sin måldestination med hjälp av elektrisk omloppshöjning. Detta motsvarar den skadenivå som kan förväntas efter att ha tillbringat cirka 15 år i geostationär omloppsbana.

Under en strålningsstorm, laddade partiklar som frigörs av solen fastnar i jordens magnetfält, bildar Van Allens strålningsbälten som omger jorden, och kollisioner med dessa laddade partiklar orsakar skador på solcellerna. Denna försämring är upp till 8 procent av uteffekten i ett värsta scenario, men även i en lugn miljö, studien förutspår en minskning av produktionen med 1-3 procent.

Huvudförfattare Alexander Lozinski, en rymdväderforskare vid British Antarctic Survey (BAS), kommentarer:

"Nu förstår vi nivån av skada som orsakas av en långsammare resa in i geostationär omloppsbana, kommersiella satellitoperatörer kan planera optimala rutter under uppdragets design- och planeringsfaser för att säkerställa bästa livslängd för sina produkter."

Under de senaste fyra åren har kommersiella satellituppdrag börjat använda elektrisk framdrivning för att höja omloppsbanan. Utan att behöva bära kemiskt drivmedel ombord, satellitstorlek och massa kan minskas, vilket leder till betydande kostnadsbesparingar. Att minska storleken på satelliter skulle kunna göra det möjligt att skjuta upp två rymdfarkoster på samma raket (nästan halvera kostnaden för uppskjutning). Alternativt besparingarna i massa skulle kunna användas för att ta emot ytterligare/större nyttolaster, möjliggör ökade intäkter eller större teknisk kapacitet.

I en konventionell uppskjutning placeras satelliten i en geostationär överföringsbana av bärraketen och använder kemiska drivmedel för att nå geosynkron bana. Denna orbitala överföringsmanöver tar vanligtvis några dagar. Dock, när (endast) elektrisk framdrivning används, det kan ta upp till 200 dagar att nå målbanan på grund av lägre dragkraft. Detta resulterar i att satelliter spenderar längre tid i Van Allens bälten, där de utsätts för skadliga effekter av rymdstrålning.

"Vi studerade tre olika typer av omloppshöjning och fann att även om 8 procents nedbrytning är mycket hög, noggrant val av omloppsbana och skärmning kan minska detta till en acceptabel nivå, " säger Lozinski." Till exempel, överföringsbanor med en hög initial apogeum (maximal höjd) tillåter satelliter att passera genom regioner där fångade protoner finns, i högre hastighet, minska nivån av skador från strålning."

"Kommersiella satelliter med helelektrisk framdrivning introducerades först 2015", säger professor Richard Horne, Chef för Space Weather-teamet på BAS. "Vi förväntade oss aldrig en så stor effektminskning från en strålningsstorm. Det som är bra är att denna studie kommer att hjälpa satellitindustrin att planera den bästa omloppsbanan som minskar strålningsskador."