Глобальное электронное содержание и нейтральная плотность термосферы при запусках спутников Starlink в 2019–2023 гг.

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Влияние возмущений в околоземном пространстве необходимо учитывать при запуске космических аппаратов во избежание внештатных ситуаций. В настоящей работе рассмотрены изменения нейтральной плотности термосферы (ρ) по данным спутниковSwarmи глобального электронного содержания (GEC) по картам JPL GIM-TEC при 130 запусках спутниковStarlinkв 2019−2023 гг. Выделены и проанализированы вариации ρ и GEC за 24-часовой период, центрированный на момент старта. Исследованы пространственное распределение и эволюция ρ и GEC в зависимости от изменения солнечной активности, сезона и уровня геомагнитной активности до и после каждого события запускаStarlink. Показано, что с увеличением фазыΦсолнечного цикла отΦ = 0.5 (февраль 2022 г.) до максимума СЦ25Φ = 1 (апрель 2024 г.) значениеGECи ρвозрастают соответственно в 2.1–3.5 раза. В течение рассмотренного периода наблюдались 75 магнитных бурь категорий NOAA G1−G4 приKp ≥ 5.0, из них 19 бурь в интервале±24 ч от момента запускаStarlink. Только в одном случае наблюдалась аварийная ситуация 3.II.2022 при запускеS-36, когда 38 из 49 спутников сошли с орбиты во время малой двухфазной геомагнитной бури уровня G1 (Kp = 5.3). Проведено сравнение с другим успешным запускомS-7723.III.2023 во время интенсивной магнитной бури категории G3 (Kp = 7.3). Показано, что при запускеS-77нейтральная плотностьρпреобладала в северных высоких широтах, а в случаеS-36термосфера была плотнее вблизи экватора. После запускаS-36GEC показал смену положительного возмущения на отрицательное, а в случаеS-77наблюдалась строго отрицательная аномалия GEC. Рассмотренные примеры показывают, что интенсивность геомагнитной бури не является единственным критерием внештатной ситуации. При запусках космических аппаратов должны учитываться и другие характеристики, в том числе увеличение электронного содержания в ионосфере и плотности нейтральной атмосферы,сопровождаемое усилением торможения спутников на низких орбитах.

Об авторах

Т. Л. Гуляева

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН

Email: gulyaeva@izmiran.ru
Москва, Россия

Р. Ю. Лукьянова

Институт космических исследований РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: lukianova@cosmos.ru
Москва, Россия

Список литературы

  1. Hapgood M., Liu H., Lugaz N. SpaceX — Sailing close to the space weather? // Space Weather. 2022. V. 20(3). Art.ID. e2022SW003074. https://doi.org/10.1029/2022SW003074
  2. Dang T., Li X., Luo B. et al.Unveiling the space weather during the Starlink satellites destruction event on 4 February 2022 // Space Weather. 2022. V. 20(8). Art.ID. e2022SW003152. https://doi.org/10.1029/2022sw003152
  3. Fang T.-W., Kubaryk A., Goldstein D. et al.Space weather environment during the SpaceX Starlink satellite loss in February 2022 // Space Weather. 2022. V. 20(11). Art.ID. e2022SW003193. https://doi.org/10.1029/2022sw003193
  4. Lin D., Wang W., Garcia-Sage K. et al. Thermospheric neutral density variation during the “SpaceX” storm: Implications from physics-based whole geospace modeling // Space Weather. 2022. V. 20(12). Art.ID. e2022SW003254. https://doi.org/10.1029/2022sw003254
  5. Zhang Y., Paxton L.J., Schaefer R. et al. Thermospheric conditions associated with the loss of 40 Starlink satellites. Space Weather. 2022. V. 20. Art.ID. e2022SW003168. https://doi.org/10.1029/2022SW003168
  6. Kataoka R., Shiota D., Fujiwara H. et al. Unexpected space weather causing the reentry of 38 Starlink satellites in February 2022 // J. Space Weather Space Climate.2022. V. 12. Art.ID. 41. https://doi.org/10.1051/swsc/2022034
  7. Berger T.E., Dominique M., Lucas G. et al.The thermosphere is a drag: The 2022 Starlink incident and the threat of geomagnetic storms to low Earth orbit space operations // Space Weather. 2023. V. 21(3). Art.ID. e2022SW003330. https://doi.org/10.1029/2022sw003330
  8. Laskar F.I., Sutton E.K., Lin D. et al. Thermospheric temperature and density variability during 3–4February 2022 minor geomagnetic storm // Space Weather. 2023. V. 21(4). Art.ID. e2022SW003349. https://doi.org/10.1029/2022sw003349
  9. Gulyaeva T., Lukianova R., Haralambous H.Ionosphere heterogeneities at dawn−dusk terminator related to the Starlink satellites launch disaster on 3−8 February 2022 //J. Geophysical Research: Space Physics.2023. V. 128. Art.ID. e2023JA031577. https://doi.org/10.1029/2023JA031577
  10. Li S., Ren Z., Yu T., Chen G. et al. The daytime variations of thermospheric temperature and neutral density over Beijing during minor geomagnetic storm on 3–4 February 2022 // Space Weather. 2024. V. 22. Art.ID. e2023SW003677. https://doi.org/10.1029/2023SW003677
  11. Gulyaeva T., Hernández-Pajares M., Stanislawska I. Ionospheric Weather at Two Starlink Launches during Two-Phase Geomagnetic Storms // Sensors. 2023. V. 23(15). Art.ID. 7005. https://doi.org/10.3390/s23157005
  12. Billett D.D., Sartipzadeh K., Ivarsen M.F. et al. The 2022 Starlink geomagnetic storms: Global thermospheric response to a high-latitude ionospheric driver // Space Weather. 2024. V. 22. Art.ID. e2023SW003748. https://doi.org/10.1029/2023SW003748
  13. Gulyaeva T.L., Arikan F., Hernandez-Pajares M. et al.North-south components of the annual asymmetry in the ionosphere // Radio Science. 2014. V. 49(7). P. 485–496. https://doi.org/10.1002/2014RS005401
  14. Gulyaeva T., Stanislawska I., Lukianova R. Arctic−Antarctic asymmetry of the ionospheric weather // Advances in Space Research. 2023. V. 72(12). P. 5428–5442. https://doi.org/10.1016/j.asr.2022.05.008
  15. Mannucci A.J.,Tsurutani B.Ionosphere and Thermosphere Responses to Extreme Geomagnetic Storms/Extreme Events in Geospace: Origins, Predictability, and Consequences. Ed. Natalia Buzulukova. Chapter 20. Elsevier, 2017. P. 493–513. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812700-1.00020-0
  16. Афраймович Э.Л., Астафьева Э.И., Живетьев И.В.Солнечная активность и глобальное электронное содержание // Доклады Российской академии наук. 2006. Т. 409. № 3. С. 399–402.
  17. Клименко М.В., Клименко В.В., Бессараб Ф.С. и др.О возможных причинах положительного возмущения глобального электронного содержания в период сложного гелио-геофизического события в сентябре 2017 года // Космические исследования. 2021. Т. 59. № 6. С. 483–488. https://doi.org/10.31857/S0023420621060042
  18. Friis-Christensen E., Lühr H., Knudsen D. et al.Swarm — an Earth observation mission investigating geospace // Advances in Space Research. 2008. V. 41(1). P. 210–216. https://doi.org/10.1016/j.asr.2006.10.008
  19. Siemes C., Teixeira da Encarnacao J., Doornbos E. et al.Swarm accelerometer data processing from raw accelerometers to thermospheric densities // Earth, Planets, Space.2016. V. 68(92). P. 1–16. https://doi.org/10.1186/s40623-016-0474-5
  20. den Ijssel J. van, Doornbos E., Iorfida E. et al.Thermosphere densities derived fromSwarmGPS observations // Advances in Space Research. 2020. V. 65(7). P. 1758–1771. https://doi.org/10.1016/j.asr.2020.01.004
  21. Clette F., Lefevre L., Chatzistergos T. et al. Recalibration of the Sunspot−N: Status Report // Solar Physics. 2023. V. 298. Art.ID. 3. https://doi.org/10.1007/s11207-023-02136-3
  22. Emmert J.T., Picone J.M.Climatology of globally averaged thermospheric mass density // J. Geophysical Research: Space Physics.2010. V. 115. Art.ID. A09326.http://dx.doi.org/10.1029/2010JA015298
  23. Gulyaeva T.L.Predicting indices of the ionosphere response to solar activity for the ascending phase of the 25th solar cycle // Advances in Space Research. 2019. V. 63. Iss. 5. P. 1588‒1595. https://doi.org/10.1016/j.asr.2018.11.002
  24. de Souza Franco A.M., Hajra R., Echer E. et al.Seasonal features of geomagnetic activity: a study on the solar activity dependence // Ann. Geophys. 2021. V. 39. P. 929–943. https://doi.org/10.5194/angeo-39-929-2021
  25. Fuller-Rowell T.J.The “thermospheric spoon”: A mechanism for the semiannual density variation // J. Geophysical Research. 1998. V. 103. P. 3951–3956. https://doi.org/10.1029/97ja03335
  26. Matzka J., Stolle C., Yamazaki Y. et al.The geomagnetic Kp index and derived indices of geomagnetic activity // Space Weather. 2021. V. 19. Art.ID. e2020SW002641. https://doi.org/10.1029/2020SW002641
  27. YamazakiY.,MatzkaJ.,StolleC. et al.Geomagnetic activity index Hpo // Geophys. Res. Lett. 2022. V. 49. https://doi.org/10.1029/2022GL098860
  28. Sugiura M.Hourly values of equatorial Dst for the IGY // Annals Int. Geophys. Year. V. 35. Oxford: Pergamon Press, 1964.
  29. Лукьянова Р.Ю.Влияние продольных токов на электронную концентрацию в ионосфере: сопряженные наблюдения спутниковSwarmи радара ESR // Космические исследования.2023. Т. 61(6). С. 466–475. https://doi.org/10.31857/S0023420623600083
  30. Holappa L., Robinson R.M., Pulkkinen A. et al.Explicit IMF By-dependence in geomagnetic activity: Quantifying ionospheric electrodynamics // J. Geophysical Research: Space Physics. 2021. V. 126. Art.ID. e2021JA029202. https://doi.org/10.1029/2021JA029202
  31. Leonard J.M., Forbes J.M., Born G.H. Impact of tidal density variability on orbital and reentry predictions // Space Weather. 2012. V. 10. Art.ID. S12003. http://dx.doi.org/10.1029/2012SW000842
  32. Gulyaeva T.L.Interaction of global electron content with the Sun and solar wind during intense geomagnetic storms //Planetary and Space Sci.2024. V. 240. Art.ID. 105830. https://doi.org/10.1016/j.pss.2023.105830

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025