CASPER - Kombinierte Analyse von Weltraumwettereffekten auf erdnahe Satelliten

Mit dem rasanten technologischen Fortschritt der letzten Jahrzehnte sind die Auswirkungen des Weltraumwetters unmittelbar im Alltag der Menschen wahrnehmbar. In Phasen hoher Sonnenaktivität steigt die Zahl der Sonneneruptionen wie Flares und koronale Massenauswürfe (CMEs). Diese solaren Phänomene können geomagnetische Stürme auslösen, die Satelliten im Weltraum als auch die technische Infrastruktur auf der Erde stören und beschädigen können. Im Februar 2022 lösten zwei nacheinander auftretende CMEs einen geomagnetischen Sturm aus, der zum Verlust von 40 Starlink-Satelliten führte. Eine aktuelle ESA-Studie schätzt die potenziellen sozioökonomischen Auswirkungen eines einzigen extremen Ereignisses in Europa auf etwa 15€ Mrd. Im Hinblick auf den aktuellen Sonnenzyklus, ist es zwingend erforderlich, extreme Weltraumwetterbedingungen zu überwachen und bestenfalls genau vorherzusagen. Im FFG-Vorgängerprojekt SWEETS haben die Antragsteller das Tool SODA entwickelt, um den zu Höhenverlust von Satelliten, ausgelöst durch CMEs, vorherzusagen. Die Ergebnisse waren sehr ermutigend weshalb der Dienst Anfang 2023 Teil des ESA-SSA Programmes wird. Um die erlangte Anerkennung innerhalb der Gemeinschaft zu bestätigen, ist es unerlässlich, den bestehenden Dienst weiterzuentwickeln und zu verbessern sowie weiteres Wissen in diesem Forschungsbereich zu erwerben. Im Projekt CASPER wird das ESA-Service SODA basierend auf einer interdisziplinären Untersuchung von interplanetaren Messungen sowie Beobachtungen der Thermosphäre-Ionosphäre verbessert. Im Hinblick auf Thermosphärendichte werden bestehende Lösungen durch eine ausgefeilte Modellierung der thermischen Rückstrahlung von Satelliten und durch Integration komplexer Selbstabschattungsroutinen verbessert. Zudem soll SODA um Vorhersagen für unterschiedliche Höhenschichten (400 km, 450 km und 500 km) erweitert werden. Weiters können Sonneneruptionen den Ionisierungsgrad der Atmosphäre verändern. Diese Ereignisse sind besonders kritisch für GNSS-Navigationssignale. Daher soll in CASPER eine kombinierte Analyse der Ionosphäre-Thermosphäre durchgeführt werden. Für die Untersuchung der Ionosphäre ist die Anwendung des selbst entwickelten GNSS “Raw Observation Approach“ vorgesehen. Dieser Ansatz hat seine Vorteile eindrucksvoll in der jüngsten IGS-Kampagne repro3 unter Beweis gestellt und seine Anwendung als Analysemethode in diesem Forschungsbereich stellt ein Novum dar. Die jüngsten Ereignisse im Februar 2022 haben gezeigt, dass die Struktur eines CMEs entscheidend für die Schwere der Auswirkungen sein kann. Daher liegt der Fokus bei der Untersuchung auf (1) den Wechselwirkungen zwischen sequenziell auftretenden CMEs und (2) der Analyse von CME-Substrukturen, die je nach Auftreten ein ungleiches Verhalten bei der Ausbreitung im interplanetaren Raum haben und dadurch die Auswirkungen auf die Erde beeinflussen können. In diesem Sinne soll das Projekt CASPER einen wesentlichen Beitrag zu mehr Sicherheit im Weltraum leisten.