Повышение плотности термосферы во время магнитных бурь и маневры низкоорбитальных космических аппаратов

Плотность нейтральной массы термосферы во многом определяет силу торможения и изменение орбит космических аппаратов из-за повышенного атмосферного сопротивления. Анализируются данные прямых измерений плотности с борта низкоорбитальных полярных спутников группировки Swarm и изменчивость параметров ионосферы по глобальным картам JPL GIM-TEC во время больших магнитных бурь в 24-25 циклах солнечной активности. Во время бурь общая плотность термосферы повышалась на 60-400%. Глобальное электронное содержание в ионосфере и глобальные индексы возмущенности показывают эффект положительного возмущения в главной фазе магнитной бури, сопровождаемый отрицательной фазой бури с понижением электронного содержания. Из десяти бурь с Dst<-100 нТл максимальное увеличение нейтральной плотности и амплитуды ионосферного возмущения вызвало событие 11 мая 2024 г. Эволюция пространственного распределения плотности термосферы в период этой супербури рассматривается более детально, включая наблюдения Swarm в двух меридиональных плоскостях. Спутники наблюдают неравномерное увеличение плотности вследствие комбинации процессов повышения джоулева нагрева на ночной стороне, атмосферного переноса, дневного экваториального подъема в сочетании с радиационным охлаждением из-за изменения химического состава. Буря вызвала большие возмущения траекторий спутников Swarm вследствие дополнительного торможения. Скорость снижения орбит Swarm увеличилась с 20-40 метров за сутки в спокойный период до 110-140 метров в день главной фазы. После начала бури, с некоторым смещением, учитывающим время, необходимое для накопления эффекта сопротивления, несколько тысяч активных спутников, включая всю группировку Starlink, массово маневрировали в ответ на внезапное увеличение плотности атмосферы. Спутники сначала резко опустились на несколько сотен метров из-за повышенного сопротивления среды, а затем были подняты выше номинальной высоты системой автоматического поддержания положения на орбите. Бортовое поддержание орбиты с помощью включения тяги становится все более распространенным по мере создания новых крупных группировок спутников на низкой околоземной орбите. Сочетание непредсказуемого сопротивления спутников и массовых маневров во время больших магнитных бурь делает сложным и иногда практически невозможным выявление потенциально опасных сближений, что требует совершенствования возможностей прогнозирования параметров термосферы и верхней ионосферы при экстремальных событиях космической погоды.