تحولات اخیر، آسیب‌پذیری‌های ماهواره‌های کوچک در برابر شرایط کیهانی را مشخص کرده است، به‌ویژه سه ماهواره کیوب‌ست از دانشگاه کورتین استرالیا. این ماهواره‌ها که بخشی از برنامه فضایی بینار هستند، با پایان غیرمترقبه‌ای مواجه شدند زمانی که زودتر از آنچه برنامه‌ریزی شده بود، وارد جو زمین شدند. در ابتدا انتظار می‌رفت که به مدت شش ماه فعال باشند، اما فقط دو ماه در مدار زنده ماندند.
علت این مرگ پیش از موعد را می‌توان به افزایش فعالیت‌های خورشیدی نسبت داد. با فعال‌تر شدن خورشید، طوفان‌های خورشیدی و شعله‌های بیشتری تولید می‌کند که منجر به شرایط نامطلوب در مدار کم ارتفاع زمین می‌شود. این فعالیت جو زمین را متورم می‌کند و موجب افزایش مقاومت بر روی ماهواره‌های مستقر در ارتفاع کمتر از ۱۰۰۰ کیلومتر می‌شود و در نهایت باعث کاهش سریع ارتفاع آنها می‌گردد.
وضعیت آب و هوای فضایی که به شدت تحت تأثیر نوسانات مغناطیسی خورشید قرار دارد، چالش‌های مداومی را برای عملیات ماهواره‌ای به همراه دارد. در حالی که پیش‌بینی فعالیت‌های خورشیدی هنوز هم پیچیده باقی مانده است، روندهای اخیر افزایش چشمگیری در پدیده‌های خورشیدی در این دوره نشان می‌دهد که بر روی تعدادی از ماهواره‌ها در مدار کم ارتفاع تأثیر گذاشته است، نه فقط ماهواره‌های بیناری.
برنامه فضایی بینار هدفش کاوش در فضا با هزینه‌های کمتر و افزایش درک ما از منظومه شمسی است. از دست دادن این ماهواره‌ها یادآور طبیعت پیش‌بینی‌ناپذیر مأموریت‌های فضایی است. با نگاه به آینده، تیم در حال برنامه‌ریزی برای مأموریت‌های آینده است که وعده می‌دهد در شرایط خورشیدی مساعدتری فعالیت کنند. به تدریج که این دوره پیش می‌رود، پژوهشگران امیدوارند که برای سال‌های آینده، مراحل آرام‌تری از فعالیت‌های خورشیدی پیش رو باشد.
چالش‌های غیرمنتظره برای کیوب‌ست‌ها در میان افزایش فعالیت‌های خورشیدی
سرنوشت کیوب‌ست‌ها اخیراً به دلیل چالش‌های غیرمنتظره مرتبط با افزایش فعالیت‌های خورشیدی توجه‌ها را جلب کرده است. یک مورد قابل توجه شامل سه کیوب‌ست از دانشگاه کورتین استرالیا است که با پایان ناکافی مواجه شدند و سوالات زیادی در مورد تاب‌آوری ماهواره‌های کوچک در برابر شرایط کیهانی ایجاد کرد. اگرچه انتظار می‌رفت این ماهواره‌ها به مدت شش ماه فعال باشند، اما تنها به مدت دو ماه عملیاتی بودند و سپس زودتر از موعد وارد جو زمین شدند.
چه عواملی به آسیب‌پذیری کیوب‌ست‌ها در دوران فعالیت‌های خورشیدی بالا کمک می‌کند؟
فعالیت‌های خورشیدی بالا شدت طوفان‌های خورشیدی و شعله‌ها را افزایش می‌دهد که در نتیجه جو زمین را متورم می‌کند و موجب افزایش مقاومت بر روی ماهواره‌ها در مدار کم ارتفاع می‌شود (LEO). این پدیده باعث از دست رفتن سریع ارتفاع مداری می‌گردد. کیوب‌ست‌ها، به دلیل سبکی و کمتر مقاوم بودن نسبت به ماهواره‌های بزرگ‌تر، به ویژه در برابر این اثرات آسیب‌پذیرترند. همچنین، طبیعت پیش‌بینی‌ناپذیر فعالیت‌های خورشیدی، برنامه‌ریزی مأموریتی و ارزیابی ریسک‌ها را پیچیده می‌کند.
چالش‌های کلیدی که مأموریت‌های کیوب‌ست با آن مواجه هستند، چیست؟
یکی از چالش‌های اصلی، پیش‌بینی‌ناپذیری وضعیت آب و هوای فضایی و تأثیر مستقیم آن بر طول عمر ماهواره است. پیش‌بینی فعالیت‌های خورشیدی کار پیچیده‌ای باقی مانده و باعث می‌شود که اپراتورهای ماهواره انتظار شرایط نامطلوب را دشوار بدانند. علاوه بر این، افزایش تعداد ماهواره‌ها در مدار، احتمال برخوردها را افزایش می‌دهد و پیگیری آنها را پیچیده‌تر می‌کند. ماهواره‌های کوچکی مانند کیوب‌ست‌ها معمولاً از حفاظ و سایر فناوری‌هایی که فضاپیمای بزرگ‌تر برای کاهش این خطرات استفاده می‌کنند، بی‌بهره‌اند.
مزایا و معایب استقرار کیوب‌ست‌ها در شرایط کنونی چیست؟
مزایای کیوب‌ست‌ها شامل مقرون به صرفه بودن، توسعه سریع و انعطاف‌پذیری در استقرار است. این ماهواره‌ها امکان انجام مجموعه وسیعی از آزمایش‌های علمی و فناوری را فراهم می‌کنند که می‌تواند درک ما از فضا را با سرمایه‌گذاری نسبتاً کم افزایش دهد. با این حال، معایب آنها شامل آسیب‌پذیری بیشتر آنها در برابر پدیده‌های آب و هوای فضایی، عمر عملیاتی محدود در شرایط سخت و چالش‌های بالقوه در جمع‌آوری و انتقال داده به دلیل افزایش مقاومت و ارتفاع‌های پایین‌تر است.
مأموریت‌های آینده باید در شرایط افزایش فعالیت خورشیدی به چه نکاتی توجه کنند؟
مأموریت‌های آینده باید بر نوآوری‌های طراحی مقاوم تمرکز کنند که هدف آنها بهبود مقاومت در برابر کاهش جوی و افزایش دوام ماهواره است. اپراتورها باید زمان‌بندی پرتاب‌ها را در دوره‌های فعالیت خورشیدی پایین پیش‌بینی کنند و بر روی ابزارهای پیش‌بینی بهتری سرمایه‌گذاری کنند تا امکان تعدیل پیشگیرانه مدارهای ماهواره را فراهم نمایند.
در حالی که پژوهشگران به مأموریت‌های آینده از طریق برنامه‌هایی همچون برنامه فضایی بینار ادامه می‌دهند، آنها همچنان به دنبال راه‌های بهتری برای محافظت از ماهواره‌های کوچک در LEO هستند. ابتکاراتی که به توسعه حفاظ‌های بهتر و فن‌آوری‌های کاهش رفتار کمکی می‌پردازند، می‌تواند به مدت زمان مأموریت‌های طولانی‌تر و تاب‌آوری بیشتر منجر شود.
برای کسب اطلاعات بیشتر درباره چالش‌های پیش روی کیوب‌ست‌ها و تحقیقات حاضر در زمینه کاوش فضایی، می‌توانید جزئیات مرتبط را در NASA و JPL پیدا کنید.
