Drei europäische Wissenschaftssatelliten des SWARM-Projekts wurden am 22. November 2013 mit der mit der Briz-KM-Oberstufe ausgestatteten Umrüstungs-Trägerrakete Rokot erfolgreich vom russischen Kosmodrom Plesetsk gestartet. Die Hauptaufgabe der Flotte von 3 Satelliten wird es sein, die Parameter des Magnetfelds unseres Planeten zu messen. Zweck: besser zu verstehen, wie dieses Feld im Darm der Erde geboren wird. Das Projekt SWARM der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) umfasst 3 identische Weltraumsatelliten, die jeweils eine Nutzlast in Form von 7 Instrumenten (Service und Wissenschaft) tragen.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Start am 22. November bereits der dritte Start der Trägerrakete Rokot ist, der von den russischen Luft- und Raumfahrtkräften vom Kosmodrom Plesetsk aus durchgeführt wird. Ursprünglich war geplant, den Start der Satelliten im Jahr 2012 durchzuführen, doch im letzten Moment hat die ESA den Start von Satelliten auf November 2013 verschoben. Der Start wurde von Generalmajor der Region Ostkasachstan, Alexander Golovko, befehligt. Nach nur 1,5 Flugstunden wurden europäische Weltraumsatelliten in eine vorgegebene erdnahe Umlaufbahn gebracht, in der sie ihre Arbeit verrichten werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Trägerrakete Rokot zur leichten Klasse gehört und auf Basis der ballistischen Interkontinentalrakete RS-18 gebaut wurde. Derzeit durchläuft diese Interkontinentalrakete das Verfahren zur Stilllegung der russischen Armee. Die SWARM-Satelliten selbst gehören zum Living Planet-Projekt, das die Erforschung der Erde zum Ziel hat. Diese Satelliten im Orbit werden sich den bereits in Betrieb befindlichen Raumfahrzeugen SMOC, GOCE und anderen Satelliten anschließen, die die Ozeane, das Meereis und die Schwerkraft der Erde untersuchen. Die Raumsonden Swarm selbst sollen Forschung betreiben, um das Magnetfeld des Planeten zu untersuchen.
Start der Trägerrakete Rokot
Die Europäische Weltraumorganisation ESA hat am Samstag und Sonntag zahlreiche Tests der auf den Satelliten installierten Bordausrüstung durchgeführt und deren Funktionsfähigkeit überprüft. Danach setzten die Satelliten spezielle Metallstäbe sicher aus, auf denen Magnetometersensoren installiert sind. Die von den ESA-Spezialisten gewonnenen Daten zeigten, dass das ermittelte Signal-Rausch-Verhältnis sogar noch besser ist als bisher angenommen. Derzeit ist die Weltraummission in die Phase der Vorbereitung der Fahrzeuge für den regulären Betrieb eingetreten, diese Phase wird 3 Monate dauern.
Die globale Aufgabe dieser Gruppe von Raumfahrzeugen besteht darin, Veränderungen der Parameter des Magnetfelds des Planeten sowie seiner Plasmaumgebung und die Korrelation dieser Indikatoren mit Veränderungen der terrestrischen Landschaft zu untersuchen. Ziel des Projekts ist es zu verstehen, wie genau die „Maschine“zur Erzeugung des Magnetfelds unseres Planeten aufgebaut ist. Heute vermuten Wissenschaftler, dass es auf konvektive Materieströme im flüssigen äußeren Erdkern zurückzuführen ist. Darüber hinaus kann es durch die Zusammensetzung der Erdkruste und des Erdmantels, der Ionosphäre, Magnetosphäre und Meeresströmungen beeinflusst werden.
Das Interesse an der Erforschung des Erdmagnetfeldes kann nicht als untätig bezeichnet werden. Neben der Tatsache, dass das Magnetfeld unseres Planeten die Kompassnadel ausrichtet, schützt es uns alle auch vor dem Strom geladener Teilchen, die von der Sonne auf uns zueilen – dem sogenannten Sonnenwind. Für den Fall, dass das Erdmagnetfeld gestört wird, treten auf dem Planeten geomagnetische Stürme auf, die oft Raumfahrzeuge und viele technologische Systeme auf dem Planeten gefährden. Die Macher dieser Mission hoffen, herauszufinden, was derzeit mit dem Erdmagnetfeld passiert, dessen Stärke seit 1840 um 10-15% abgenommen hat, und auch festzustellen, ob wir beispielsweise mit einem Polwechsel rechnen müssen.
Experten nennen die wichtigste wissenschaftliche Ausrüstung an Bord der Raumsonde SWARM ein Magnetometer, das die Richtung und Amplitude des Magnetfelds (seinen Vektor, daher der Name des Geräts - Vektorfeldmagnetometer) messen soll. Das zweite Magnetometer, das die Stärke des Magnetfelds (aber nicht seine Richtung) messen soll, das Absolute Scalar Magnetometer, sollte ihm bei der Messung helfen. Beide Magnetometer sind auf einer speziellen, ausreichend langen Auslegerstange platziert, die den größten Teil des Satelliten ausmacht (ungefähr 4 von 9 Metern).
Auch auf den Satelliten befindet sich ein Instrument zur Messung elektrischer Felder (das sogenannte Electric Field Instrument). Er wird sich mit der Registrierung der Parameter des erdnahen Plasmas beschäftigen: Drift, Geschwindigkeit geladener Teilchen in der Nähe des Planeten, Dichte. Darüber hinaus sind die Raumsonden mit Beschleunigungsmessern ausgestattet, die Beschleunigungen messen, die nicht mit der Schwerkraft unseres Planeten zusammenhängen. Die Gewinnung dieser Daten ist wichtig, um die Dichte der Atmosphäre in der Höhe der Satelliten (ca. 300-500 km) zu beurteilen und eine Vorstellung von den dort vorherrschenden Bewegungen zu bekommen. Außerdem werden die Geräte mit einem GPS-Empfänger und einem Laserreflektor ausgestattet, die höchste Genauigkeit bei der Bestimmung der Koordinaten der Satelliten gewährleisten sollen. Messgenauigkeit ist eines der Schlüsselkonzepte in allen modernen wissenschaftlichen Experimenten, wenn es nicht mehr darum geht, etwas wirklich Neues zu entdecken, sondern buchstäblich „Stein für Stein“zu versuchen, die bekannten physikalischen Mechanismen der Phänomene um den Menschen zu zerlegen.
Dabei ist zu beachten, dass die Magnetosphäre der Erde nicht nur recht komplex, sondern auch räumlich und zeitlich veränderlich ist. Daher begannen Wissenschaftler recht schnell nach Beginn des Weltraumzeitalters in der Geschichte der Menschheit, Multisatelliten-Experimente durchzuführen, um den erdnahen Weltraum zu untersuchen. Wenn wir mehrere identische Instrumente an verschiedenen Stellen haben, dann können wir anhand ihrer Messwerte recht genau nachvollziehen, was in der Magnetosphäre unseres Planeten genau vor sich geht, was „von unten“auf sie einwirkt und wie die Magnetosphäre auf auftretende Störungen reagiert auf der Sonne.
Wir können mit Stolz sagen, dass der „Pionier“dieser Studien das internationale Projekt INTERBALL war, das Anfang der 1990er Jahre von Russland vorbereitet wurde, das Projekt arbeitete bis Anfang der 2000er Jahre. Dann, im Jahr 2000, starteten die Europäer 4 Satelliten des Cluster-Systems, die noch immer im Weltraum arbeiten. Die Fortführung der Magnetosphärenforschung in unserem Land ist auch mit der Umsetzung von Multisatellitenprojekten verbunden. Das erste davon sollte das Resonanzprojekt sein, das 4 Raumschiffe gleichzeitig umfasst. Sie sollen paarweise ins All geschossen und zur Untersuchung der inneren Magnetosphäre der Erde eingesetzt werden.
Es ist erwähnenswert, dass alle diese Projekte sehr unterschiedlich sind. Der gestartete "Schwarm" wird in einer niedrigen Erdumlaufbahn operieren. Im Projekt SWARM soll zunächst untersucht werden, wie genau die Erzeugung des Erdmagnetfeldes erfolgt. Cluster-Raumsonden befinden sich derzeit auf einer elliptischen polaren Umlaufbahn, deren Höhe zwischen 19 und 119.000 km variiert. Gleichzeitig wurde die Arbeitsbahn des russischen Satelliten "Resonance" (von 500 bis 27.000 km) so gewählt, dass sie sich in einem bestimmten Gebiet befindet, das sich mit unserem Planeten dreht. Darüber hinaus wird jedes dieser Projekte der Menschheit ein Stück neues Wissen bringen, das uns helfen wird, besser zu verstehen, was mit der Erde passiert.
Die meisten von uns haben eine sehr entfernte Vorstellung vom Erdmagnetfeld und erinnern sich an etwas, das uns im Rahmen des Schullehrplans beigebracht wurde. Die Rolle des Magnetfeldes ist jedoch viel breiter als die übliche Auslenkung der Kompassnadel. Das Magnetfeld schützt unseren Planeten vor kosmischer Strahlung, es hält die Erdatmosphäre intakt, hält die Sonnenwinde auf Distanz und ermöglicht es unserem Planeten, das Schicksal des Mars nicht zu wiederholen.
Das Magnetfeld unseres Planeten ist ein viel komplexeres Gebilde, als es in Schulbüchern dargestellt wird, in denen es schematisch als Erde mit einem darin „eingesteckten“Stabmagneten dargestellt wird. Tatsächlich ist das Magnetfeld der Erde ziemlich dynamisch, und die Hauptrolle bei seiner Entstehung spielt die Rotation des geschmolzenen Erdkerns, der als riesiger Dynamo fungiert. Gleichzeitig ist die Dynamik von Magnetfeldänderungen heute nicht nur von akademischem Interesse. Verletzungen der geomagnetischen Umgebung sind für gewöhnliche Menschen mit Störungen des Betriebs von Navigations- und Kommunikationssystemen, dem Ausfall von Stromversorgungssystemen und Computersystemen und Veränderungen in den Tiermigrationsprozessen verbunden. Darüber hinaus wird die Untersuchung des Magnetfelds den Wissenschaftlern ermöglichen, die innere Struktur des Planeten und die natürlichen Geheimnisse, über die wir heute nicht viel wissen, besser zu verstehen.
Zu diesem Zweck wurde die Satellitengruppe SWARM ins Leben gerufen. Ihr Design- und Montageprozess wurde von dem bekannten europäischen Luft- und Raumfahrtunternehmen Astrium durchgeführt. Bei der Entwicklung dieser Satelliten konnten die Ingenieure all die mehr als 30 Jahre Erfahrung in der Erforschung von Magnetfeldern im Weltraum einfließen lassen, die Astrium bei der Durchführung zahlreicher Raumfahrtprogramme, zum Beispiel Champ und Cryosat., gesammelt hat Projekte.
Die 3 Satelliten des SWARM-Programms sind komplett aus nichtmagnetischen Materialien gefertigt, verfügen also über kein eigenes Magnetfeld, welches den Messverlauf verfälschen könnte. Die Satelliten werden in zwei polare Umlaufbahnen gestartet. Zwei von ihnen fliegen Seite an Seite in einer Höhe von 450 km, der dritte in einer Umlaufbahn von 520 km. Gemeinsam werden sie in der Lage sein, während der Forschung die genauesten und gründlichsten Messungen des Erdmagnetfelds durchzuführen, die es den Wissenschaftlern ermöglichen, eine genaue Karte des Erdmagnetfelds zu erstellen und seine Dynamik aufzudecken.
