Le satellite EUTELSAT 172B a utilisé un rehaussement d'orbite électrique pour atteindre l'orbite géostationnaire. Crédit :Cesarhenriquebrandao CC BY-SA 4.0
L'utilisation de la propulsion électrique pour placer les satellites en orbite géostationnaire peut entraîner une dégradation importante des cellules solaires selon une nouvelle étude. Le voyage prolongé entraîne une plus grande exposition aux effets néfastes de la météo spatiale. Comprendre l'ampleur de ce risque est essentiel pour que les opérateurs commerciaux prennent des mesures pour en atténuer les effets et protéger leurs actifs.
La nouvelle recherche du British Antarctic Survey, Université de Cambridge, et DH Consultancy—publié ce mois-ci dans la revue Météo spatiale -est présenté à la réunion nationale d'astronomie de la Royal Astronomical Society aujourd'hui (1er juillet 2019).
L'étude conclut qu'après une tempête de rayonnement, La puissance de sortie maximale des cellules solaires pourrait être réduite jusqu'à 8 % d'ici que les satellites atteignent leur destination cible en utilisant l'élévation électrique de l'orbite. Cela équivaut au niveau de dommages qui serait attendu après avoir passé environ 15 ans en orbite géostationnaire.
Lors d'une tempête de radiations, les particules chargées libérées par le Soleil sont piégées dans le champ magnétique terrestre, formant les ceintures de radiation de Van Allen qui encerclent la Terre, et les collisions avec ces particules chargées endommagent les cellules solaires. Cette dégradation représente jusqu'à 8 % de la puissance de sortie dans le pire des cas, mais même dans un environnement calme, l'étude prévoit une réduction de 1 à 3 pour cent de la production.
Auteur principal Alexander Lozinski, un scientifique de la météorologie spatiale au British Antarctic Survey (BAS), commentaires:
Van Allen Belts Crédit :NASA/Van Allen Probes/ Goddard Space Flight Center
« Nous comprenons maintenant le niveau de dommages causés par un voyage plus lent en orbite géostationnaire, les opérateurs commerciaux de satellites peuvent planifier des itinéraires optimaux pendant les phases de conception et de planification de la mission afin d'assurer la meilleure durée de vie à leurs produits."
Au cours des quatre dernières années, les missions satellitaires commerciales ont commencé à utiliser la propulsion électrique pour relever l'orbite. Sans avoir besoin de transporter de propulseur chimique à bord, la taille et la masse du satellite peuvent être réduites, résultant en d'importantes économies de coûts. Réduire la taille des satellites pourrait permettre de lancer deux engins spatiaux sur la même fusée (diminuant presque de moitié le coût de lancement). Alternativement, les économies de masse pourraient être utilisées pour accueillir des charges utiles supplémentaires/plus importantes, permettant une augmentation des revenus ou une plus grande capacité technique.
Dans un lancement conventionnel, le satellite est placé sur une orbite de transfert géostationnaire par le lanceur et utilise des propulseurs chimiques pour atteindre l'orbite géosynchrone. Cette manœuvre de transfert orbital prend généralement quelques jours. Cependant, lorsque la propulsion (uniquement) électrique est utilisée, cela peut prendre jusqu'à 200 jours pour atteindre l'orbite cible en raison d'une poussée plus faible. Il en résulte que les satellites passent plus de temps dans les ceintures de Van Allen, où ils sont exposés aux effets nocifs des rayonnements spatiaux.
Trajectoires de deux satellites (SES-15 et ABS-2A) en surélévation électrique. Le code couleur indique le nombre de jours après le lancement. L'orbite géostationnaire est indiquée par une ligne pointillée jaune. Crédit : Lozinski et al., 2019
« Nous avons étudié trois types différents d'élévation d'orbite et avons constaté que même si la dégradation de 8 % est très élevée, un choix judicieux de l'orbite et du blindage peut réduire cela à un niveau acceptable, " dit Lozinski."Par exemple, les orbites de transfert avec un apogée initial élevé (altitude maximale) permettent aux satellites de traverser des régions où sont présents des protons piégés, à plus grande vitesse, réduire le niveau de dommages causés par les radiations.
« Les satellites commerciaux à propulsion tout électrique ont été introduits pour la première fois en 2015 », explique le professeur Richard Horne, Chef de l'équipe de Météorologie Spatiale chez BAS. "Nous ne nous attendions jamais à une réduction aussi importante de la puissance d'une tempête de radiations. La bonne chose est que cette étude aidera l'industrie des satellites à planifier la meilleure orbite qui réduise les dommages causés par les radiations."
