Dự báo thời tiết không gian với vệ tinh mới của Úc

Friday 8 October 2021

Các cộng tác viên từ Đại học Sydney, Đại học Macquarie và UNSW-Sydney đã phát triển và phóng một vệ tinh mới để giúp Dự báo thời tiết không gian.

Dự báo thời tiết không gian với vệ tinh mới của Úc

Vệ tinh thời tiết không gian CUAVA-1 do Úc sản xuất đã được triển khai lên quỹ đạo từ Trạm vũ trụ quốc tế vào đêm thứ Tư. Được phóng lên trạm vũ trụ vào tháng 8 trên một tên lửa SpaceX, trọng tâm chính của CubeSat có kích thước bằng hộp đựng giày này là nghiên cứu xem bức xạ từ Mặt trời tác động như thế nào đến bầu khí quyển và các thiết bị điện tử của Trái đất.<

Thời tiết không gian chẳng hạn khi các tia sáng mặt trời và những thay đổi của gió mặt trời ảnh hưởng đến tầng điện ly của Trái đất (một lớp hạt tích điện ở tầng trên bầu khí quyển). Điều này lại tác động đến thông tin liên lạc vô tuyến đường dài và quỹ đạo của một số vệ tinh, cũng như tạo ra những dao động trong trường điện từ có thể tàn phá các thiết bị điện tử trong không gian và xuống mặt đất.

Vệ tinh mới là thiết bị đầu tiên được thiết kế và chế tạo bởi Trung tâm Đào tạo của Hội đồng Nghiên cứu Úc về Cubesats, UAV và các ứng dụng của chúng (hay gọi tắt là CUAVA). Nó mang tải trọng và trình diễn công nghệ do các cộng tác viên từ Đại học Sydney, Đại học Macquarie và UNSW-Sydney xây dựng.

Một trong CUAVA Mục đích của -1 là giúp cải thiện khả năng dự báo thời tiết không gian, hiện còn rất hạn chế. Bên cạnh sứ mệnh khoa học của mình, CUAVA-1 còn thể hiện một bước tiến tới mục tiêu của Cơ quan Vũ trụ Australia là tăng thêm 20.000 việc làm cho ngành vũ trụ địa phương vào năm 2030.

Trong khi Cơ quan Vũ trụ Úc chỉ mới được thành lập vào năm 2018 thì Úc có lịch sử lâu dài trong nghiên cứu vệ tinh. Ví dụ: vào năm 2002, FedSat là một trong những vệ tinh đầu tiên trên thế giới mang theo bộ thu GPS trên tàu.

Dựa trên không gian Máy thu GPS ngày nay có thể đo thường xuyên bầu khí quyển trên toàn thế giới để theo dõi và dự đoán thời tiết. Cục Khí tượng và các cơ quan dự báo thời tiết khác dựa vào dữ liệu GPS trong không gian để dự báo.

Các máy thu GPS đặt trên không gian cũng có thể giám sát Tầng điện ly của trái đất. Từ độ cao khoảng 80 km đến 1.000 km, lớp khí quyển này chuyển từ khí gồm các nguyên tử và phân tử không tích điện sang khí gồm các hạt tích điện, cả electron và ion. (Khí chứa các hạt tích điện còn được gọi là plasma.)

Tầng điện ly là vị trí của những màn trình diễn cực quang đẹp thường thấy ở vĩ độ cao khi có bão địa từ vừa phải hoặc “thời tiết không gian xấu”, nhưng còn nhiều điều hơn thế nữa.

Tầng điện ly có thể gây khó khăn cho việc định vị và điều hướng vệ tinh, nhưng đôi khi nó cũng hữu ích, chẳng hạn như khi tín hiệu vô tuyến và radar trên mặt đất có thể được bật ra khỏi nó để quét hoặc liên lạc qua đường chân trời.

Tại sao thời tiết không gian lại khó dự đoán đến vậy

Hiểu về tầng điện ly là một phần quan trọng của dự báo thời tiết không gian hoạt động. Chúng ta biết tầng điện ly trở nên rất bất thường khi có những cơn bão địa từ nghiêm trọng. Nó làm gián đoạn các tín hiệu vô tuyến đi qua nó và tạo ra dòng điện đột biến trong lưới điện và đường ống.

Trong các cơn bão địa từ nghiêm trọng, một lượng lớn năng lượng sẽ bị thải ra vào bầu khí quyển phía trên của Trái đất gần cực bắc và cực nam, đồng thời làm thay đổi dòng chảy trong tầng điện ly xích đạo.

Năng lượng này tiêu tanxuyên qua hệ thống, gây ra những thay đổi lan rộng trong toàn bộ tầng khí quyển phía trên và làm thay đổi mô hình gió ở độ cao trên đường xích đạo vài giờ sau đó.

Ngược lại, Tia X và bức xạ tia cực tím từ các ngọn lửa mặt trời trực tiếp làm nóng bầu khí quyển (phía trên tầng ozone) phía trên đường xích đạo và vĩ độ trung bình. Những thay đổi này ảnh hưởng đến lực cản trong quỹ đạo Trái đất thấp, gây khó khăn cho việc dự đoán đường đi của vệ tinh và các mảnh vụn không gian.

Ngay cả bên ngoài địa từ bão, có những nhiễu loạn “thời gian yên tĩnh” ảnh hưởng đến GPS và các hệ thống điện tử khác.

Hiện tại, chúng tôi không thể đưa ra dự đoán chính xác về điều xấu thời tiết không gian vượt quá khoảng ba ngày tới. Và những tác động kéo dài của thời tiết xấu trong không gian lên tầng trên bầu khí quyển của Trái đất, bao gồm cả nhiễu loạn GPS và liên lạc cũng như những thay đổi về lực cản của vệ tinh, thậm chí còn khó dự đoán trước hơn.

Kết quả là , hầu hết các cơ quan dự báo thời tiết không gian bị hạn chế ở chế độ "phát sóng ngay bây giờ": quan sát trạng thái hiện tại của thời tiết không gian và dự đoán trong vài giờ tới.

Sẽ mất nhiều thời gian nhiều khoa học hơn để hiểu mối liên hệ giữa Mặt trời và Trái đất, năng lượng từ Mặt trời tiêu tán qua hệ Trái đất như thế nào và những thay đổi của hệ thống này ảnh hưởng như thế nào đến công nghệ mà chúng ta ngày càng phụ thuộc vào cuộc sống hàng ngày.

Điều này có ý nghĩa nhiều hơn nghiên cứu và nhiều vệ tinh hơn, đặc biệt là đối với vùng xích đạo đến vĩ độ trung bình phù hợp với người Úc (và thực tế là hầu hết mọi người trên Trái đất). Chúng tôi hy vọng CUAVA-1 là một bước tiến tới việc tạo ra một chùm vệ tinh thời tiết không gian của Úc. Vệ tinh này sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc dự báo thời tiết không gian trong tương lai.

Đại học Sydney, Đại học Macquarie và UNSW đều có bậc Đại học và các chương trình sau đại học về Kỹ thuật Viễn thông như sau:

Đại học Sydney<

Cử nhân Danh dự Kỹ thuật (Kỹ thuật Điện)

(với chuyên ngành Viễn thông)<