1. Űridőjárás és műholdas navigáció– beleszólhat-e az űridőjárás?
A két előző részben bemutatott repülési események elemzése során olyan instabilitási jelenségek kerültek azonosításra, amelyek felvetik a külső környezeti tényezők, köztük az űridőjárás lehetséges szerepét is. A repülési naplók alapján mindkét esetben GNSS (Global Navigation Satellite System – globális műholdas navigációs rendszer) -alapú pozicionálás működött, ennek ellenére a repülés során instabilitási jelenségek jelentkeztek.
Ez indokolttá teszi annak vizsgálatát, hogy a műszaki és üzemeltetési tényezők mellett milyen, kevésbé vizsgált környezeti hatások befolyásolhatják a műholdas navigációs rendszerek működését.
Jelen cikk célja nem egy konkrét ok meghatározása, hanem a vizsgált jelenségek tágabb környezeti kontextusba helyezése. A fókusz a geomágneses aktivitás – amely a Föld mágneses mezejében bekövetkező zavarokat jelenti, elsősorban a Napból érkező töltött részecskék hatására – elsősorban a Kp-indexen (a geomágneses aktivitás egyik leggyakrabban használt, 0–9 közötti skálán értelmezett mutatója) keresztül jellemzett, és a GNSS-alapú rendszerek működése közötti kapcsolat bemutatásán van.
2.Az űridőjárás és a GNSS kapcsolatának alapjai
A GNSS (globális helymeghatározó műholdas rendszerek – Global Navigation Satellite System) rendszerek például a GPS, (Global Positioning System) Galileo vagy GLONASS az űrben lévő műholdról érkező rádiójeleket használnak a földi vagy légi pozíció meghatározására. Ezek a jelek a műholdaktól a Föld felszínéig áthaladnak a Föld ionoszféráján, amely elektromosan töltött részecskéket tartalmazó légköri réteg.
Az ionoszféra állapota nem állandó. A Nap aktivitása napkitörések vagy koronakidobódások jelentős hatással lehet erre a rétegre. Az ilyen jelenségeket összefoglalóan űridőjárásnak (space weather) nevezzük. Amennyiben töltött részecskeáram éri a Földet, úgy annak felsőbb légkörében lévő szerkezeti stabilitás megváltozhat. Ez történik geomágneses aktivitás idején, ami többféle hatást okozhat a GNSS jelek terjedésében:
- ionoszférikus késleltetés változása (ionospheric delay variation) – a rádiójelek terjedési idejének megváltozása, amely pozíciómeghatározási hibát okozhat
- jel/zaj viszony romlása (signal-to-noise ratio degradation) – a hasznos GNSS jel és a háttérzaj arányának csökkenése, ami a jel stabilitásának romlásához és esetenként jelvesztéshez vezethet
A fenti hatások következményeként a GNSS-alapú pozíciómeghatározás pontossága és stabilitása is romolhat. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a drón pozíciója a térképen folyamatosan kisebb mértékben „ugrál”, miközben valójában egyhelyben tartózkodik, vagy lassan elsodródik a kívánt pozíciótól anélkül, hogy a távpilóta ezt azonnal észlelné.
Minél erősebb a részecskeáramlás vagy a napszél, annál intenzívebb jelenségekkel kell számolni, mivel az ionoszférikus zavarok annál jelentősebbek.
A zavarok az alábbi jelenségekben jelenhet meg:
- pozíciópontosság romlása (positioning accuracy degradation) – a meghatározott pozíció eltér a valós helyzettől, például a drón a térképen több méterrel arrébb jelenik meg, mint ahol ténylegesen tartózkodik;
- időszakos pozíciós drift (position drift) – a pozíció folyamatosan, lassan elmozdul, így a drón a térképen „elmászik”, még akkor is, ha valójában egy helyben lebeg.
2.1.Naptevékenység a vizsgált időszakban
A NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) az Egyesült Államok kormányzati szervezete, amely többek között az űridőjárási megfigyelésekért és előrejelzésekért felel. A NOAA szervezet ún. Space Weather Prediction Center (Űridőjárás-előrejelző Központ, SWPC) részlege az Egyesült Államok hivatalos űridőjárás-előrejelző központjaként valós idejű megfigyeléseket, előrejelzéseket és riasztásokat biztosít a naptevékenységgel és geomágneses eseményekkel kapcsolatban.
A NOAA az űridőjárási eseményeket szabványos skálák alapján kategorizálja, melynek alapja a naptevékenység erőssége. A skálán az események erősségét 5 fokozatú skálával jellemzik, ahol az S1–S5 skála az egyre növekvő intenzitást jelzi:
- S1 – gyenge
- S2 – mérsékelt
- S3 – erős
- S4 – súlyos
- S5 – extrém
Az előbb említett, központ jelentése szerint a vizsgált időszakban, 2024. június 8-án egy M9.7 erősségű napkitörést követően mérsékelt (S2) sugárzási vihar alakult ki. Az „M” jelölés a napkitörések röntgensugárzásának intenzitásán alapuló osztályozás része (növekvő skálán: A–B–C–M–X), ahol az M-osztály már erősnek tekinthető, a számérték (pl. 9.7) pedig az adott kategórián belüli intenzitást jelzi.
1. ábra NOAA jelentés egy 2024. június 8-án megfigyelt M9.7 napkitörést követő sugárzási viharról. Forrás: NOAA SWPC
A jelen esetben szereplő S2 kategória mérsékelt sugárzási viharnak felel meg.
A bemutatott napkitörés elsősorban a második repülési esemény szempontjából válik relevánssá, ugyanakkor jól jelzi, hogy a vizsgált időszak környezetében fokozott naptevékenység és aktív űridőjárási háttér lehetett jelen.
A geomágneses viharokat – melyek a naptevékenység hatására a Földet körülvevő ionoszférában kialakuló események – a NOAA „G” skálán (G1–G5) osztályozza, amely a Föld mágneses terének zavarait írja le, és kapcsolatba hozható a Kp-index értékével. Az NOAA által alkalmazott „S” és „G” skálák ugyan különböző jelenségeket írnak le, azonban ugyanazon naptevékenységből származó eseményekhez kapcsolódnak: a napsugárzási eseményeket az „S”, míg az ezek hatására kialakuló bolygón észlelhető geomágneses viharokat a „G” skála jellemzi.
A geomágneses aktivitás gyakorlati értelmezéséhez a NOAA Space Weather Prediction Center által alkalmazott skálát vettük alapul, amely a Kp-index értékeihez geomágneses vihar kategóriákat rendel.
A NOAA a Kp-index alapján különböző geomágneses vihar kategóriákat definiál (G1–G5), amelyek a műszaki rendszerekre gyakorolt potenciális hatásokat is figyelembe veszik. A besorolás szerint:
- Kp = 5 → kisebb geomágneses vihar (G1)
- Kp = 6 → közepes geomágneses vihar (G2)
- Kp = 7 → erős geomágneses vihar (G3)
- Kp = 8 → súlyos geomágneses vihar (G4)
- Kp = 9 → extrém geomágneses vihar (G5)
Ez a vizsgált esetek szempontjából azért releváns, mert azt jelzi, hogy a repülési események időszakában több, egymással összefüggő űridőjárási jelenség is jelen lehetett, amelyek együttesen befolyásolhatták a GNSS alapú rendszerek működését.
A kategóriák a NOAA Space Weather Prediction Center által alkalmazott hivatalos űridőjárási skálákon alapulnak.
A bemutatott, 2024. június 8-án megfigyelt napkitörést követő esemény időben közel esik a vizsgált időszakhoz. Ettől függetlenül az 2024. június 7-i esemény során is emelkedett geomágneses aktivitás (Kp ≈ 6) volt megfigyelhető, amelyet a későbbiekben részletesen is elemzünk.
Közvetlen ok-okozati kapcsolat nem állapítható meg, azonban az időbeli közelség indokolttá teszi az űridőjárási környezet figyelembevételét az események értelmezése során.
A bemutatott alapok jól mutatják, hogy a GNSS-alapú rendszerek működését nemcsak műszaki tényezők, hanem a környezeti hatások, különösen az űridőjárás is befolyásolhatják.
A következő részben konkrét adatok és mérési eredmények alapján vizsgáljuk meg, hogy a geomágneses aktivitás hogyan alakult a két elemzett repülési esemény időpontjában.
Források: