Для миссии Artemis II начали тестировать новые прогнозы опасной солнечной радиации
Новая система должна помочь экипажу получить больше времени на подготовку, если на Солнце начнется событие, способное вызвать опасную радиационную обстановку в космосе.
Источник: Jasiek Krzysztofiak/Nature
МОСКВА, 3 апреля. /Новости науки/. Во время лунной миссии Artemis II NASA будет тестировать новые системы прогноза солнечной радиации, разработанные в Мичиганском университете. Эти технологии должны заранее предупреждать об опасных потоках заряженных частиц, которые выбрасываются Солнцем во время вспышек и извержений и могут представлять риск для астронавтов за пределами защиты земного магнитного поля.
Как отмечают разработчики, новая система должна помочь экипажу получить больше времени на подготовку, если на Солнце начнется событие, способное вызвать опасную радиационную обстановку в космосе.
Главную угрозу в таких случаях представляют протоны — положительно заряженные частицы, которые в обычных условиях входят в состав солнечного ветра. Но во время солнечных вспышек и выбросов вещества они могут разгоняться до очень высоких скоростей и достигать окрестностей Земли всего за несколько минут.
Если такие частицы попадут в человека, они могут повредить клетки и ДНК. В долгосрочной перспективе это повышает риск онкологических заболеваний. При особенно сильных событиях, которые, правда, случаются редко, возможны и более острые эффекты, например тошнота, если защита окажется недостаточной.
В NASA подчеркивают, что корабль Orion для миссии Artemis II имеет серьезную радиационную защиту, а экипаж заранее обучен действиям на случай ухудшения космической погоды. Если возникнет опасность, астронавты смогут быстро усилить защиту внутри кабины, переставив оборудование так, чтобы между ними и потоком частиц оказался более толстый защитный слой.
Сейчас за радиационной обстановкой следит специальная группа NASA по анализу космической радиации. Операторы наблюдают за датчиками на борту Orion и готовы предупредить центр управления полетом, если экипажу понадобится принять меры.
Новая разработка Мичиганского университета должна дать еще одно важное преимущество — возможность увидеть угрозу заранее, а не только реагировать на уже начавшееся событие.
Первая система основана на машинном обучении. Она анализирует спутниковые изображения Солнца и его внешней атмосферы — короны — и оценивает вероятность того, что в ближайшие 24 часа возникнет опасный поток солнечных частиц. Ученые сравнивают такую оценку с привычным прогнозом погоды, когда человеку сообщают вероятность дождя на каждый час.
Модель использует данные с двух космических аппаратов. Один из них, Solar Dynamics Observatory, постоянно фотографирует поверхность Солнца и его магнитное поле в видимом и ультрафиолетовом диапазоне. Второй, Solar and Heliospheric Observatory, наблюдает корону и регистрирует состав и движение вещества вокруг Солнца.
«Мы наблюдаем за Солнцем круглосуточно, особенно за изменениями его магнитного поля и за такими явлениями, как вспышки и выбросы вещества, чтобы понять, не высвободится ли дополнительная энергия», — пояснила руководитель проекта, доцент Мичиганского университета Лулу Чжао.
По ее словам, модель машинного обучения обучали на архиве изображений, накопленных с 1995 года для SOHO и с 2010 года для SDO. На этих данных система научилась распознавать, как Солнце выглядит непосредственно перед возникновением опасной протонной бури.
Однако такая модель показывает только вероятность события и не дает подробностей о его силе и длительности. Поэтому ученые создали и вторую систему — уже физическую модель.
Она должна рассчитывать, когда именно после солнечной вспышки или выброса вещества у Земли и Луны может начаться поток опасных частиц и сколько времени он продлится. Эта модель сложнее существующих аналогов, потому что учитывает процессы ускорения частиц в солнечной короне — там, где опасная радиация фактически и начинает формироваться.
Для работы этой модели NASA выделило исследователям 3 тыс. вычислительных ядер на своем суперкомпьютере. Это нужно для того, чтобы расчеты выполнялись максимально быстро сразу после солнечного извержения.
По словам Чжао, промедление здесь недопустимо, потому что опасные частицы могут добраться до окрестностей Земли за очень короткое время.
Обе системы будут работать в течение всей миссии Artemis II в демонстрационном режиме. Их задача — показать, можно ли использовать такие прогнозы в реальных пилотируемых полетах к Луне и дальше.
Особенно важным испытанием это становится потому, что Artemis II стартовала в период высокой солнечной активности. Сейчас Солнце находится в наиболее активной фазе своего 11-летнего цикла, когда вспышки и выбросы происходят чаще. Более того, одна мощная солнечная вспышка произошла буквально на этой неделе.
Если испытания пройдут успешно, такие системы могут стать важной частью защиты будущих экипажей в лунных и межпланетных миссиях.
Как отмечают разработчики, новая система должна помочь экипажу получить больше времени на подготовку, если на Солнце начнется событие, способное вызвать опасную радиационную обстановку в космосе.
Главную угрозу в таких случаях представляют протоны — положительно заряженные частицы, которые в обычных условиях входят в состав солнечного ветра. Но во время солнечных вспышек и выбросов вещества они могут разгоняться до очень высоких скоростей и достигать окрестностей Земли всего за несколько минут.
Если такие частицы попадут в человека, они могут повредить клетки и ДНК. В долгосрочной перспективе это повышает риск онкологических заболеваний. При особенно сильных событиях, которые, правда, случаются редко, возможны и более острые эффекты, например тошнота, если защита окажется недостаточной.
В NASA подчеркивают, что корабль Orion для миссии Artemis II имеет серьезную радиационную защиту, а экипаж заранее обучен действиям на случай ухудшения космической погоды. Если возникнет опасность, астронавты смогут быстро усилить защиту внутри кабины, переставив оборудование так, чтобы между ними и потоком частиц оказался более толстый защитный слой.
Сейчас за радиационной обстановкой следит специальная группа NASA по анализу космической радиации. Операторы наблюдают за датчиками на борту Orion и готовы предупредить центр управления полетом, если экипажу понадобится принять меры.
Новая разработка Мичиганского университета должна дать еще одно важное преимущество — возможность увидеть угрозу заранее, а не только реагировать на уже начавшееся событие.
Первая система основана на машинном обучении. Она анализирует спутниковые изображения Солнца и его внешней атмосферы — короны — и оценивает вероятность того, что в ближайшие 24 часа возникнет опасный поток солнечных частиц. Ученые сравнивают такую оценку с привычным прогнозом погоды, когда человеку сообщают вероятность дождя на каждый час.
Модель использует данные с двух космических аппаратов. Один из них, Solar Dynamics Observatory, постоянно фотографирует поверхность Солнца и его магнитное поле в видимом и ультрафиолетовом диапазоне. Второй, Solar and Heliospheric Observatory, наблюдает корону и регистрирует состав и движение вещества вокруг Солнца.
«Мы наблюдаем за Солнцем круглосуточно, особенно за изменениями его магнитного поля и за такими явлениями, как вспышки и выбросы вещества, чтобы понять, не высвободится ли дополнительная энергия», — пояснила руководитель проекта, доцент Мичиганского университета Лулу Чжао.
По ее словам, модель машинного обучения обучали на архиве изображений, накопленных с 1995 года для SOHO и с 2010 года для SDO. На этих данных система научилась распознавать, как Солнце выглядит непосредственно перед возникновением опасной протонной бури.
Однако такая модель показывает только вероятность события и не дает подробностей о его силе и длительности. Поэтому ученые создали и вторую систему — уже физическую модель.
Она должна рассчитывать, когда именно после солнечной вспышки или выброса вещества у Земли и Луны может начаться поток опасных частиц и сколько времени он продлится. Эта модель сложнее существующих аналогов, потому что учитывает процессы ускорения частиц в солнечной короне — там, где опасная радиация фактически и начинает формироваться.
Для работы этой модели NASA выделило исследователям 3 тыс. вычислительных ядер на своем суперкомпьютере. Это нужно для того, чтобы расчеты выполнялись максимально быстро сразу после солнечного извержения.
По словам Чжао, промедление здесь недопустимо, потому что опасные частицы могут добраться до окрестностей Земли за очень короткое время.
Обе системы будут работать в течение всей миссии Artemis II в демонстрационном режиме. Их задача — показать, можно ли использовать такие прогнозы в реальных пилотируемых полетах к Луне и дальше.
Особенно важным испытанием это становится потому, что Artemis II стартовала в период высокой солнечной активности. Сейчас Солнце находится в наиболее активной фазе своего 11-летнего цикла, когда вспышки и выбросы происходят чаще. Более того, одна мощная солнечная вспышка произошла буквально на этой неделе.
Если испытания пройдут успешно, такие системы могут стать важной частью защиты будущих экипажей в лунных и межпланетных миссиях.
