Podstawy Geomatyki Wykład XIV Pogoda kosmiczna

Transkrypt

1 Podstawy Geomatyki Wykład XIV Pogoda kosmiczna And Now for Something (not)-completely Different Wpływ pogody kosmicznej na bezpieczeństwo przesyłania iprzechowywania informacji elektronicznych O czym będzie pogoda kosmiczna (odnotowane przypadki jej wystąpienia oraz pomiaru jej siły) wpływ na infrastrukturę komunikacyjną i techniczną

2 Zjawiska kształtujące pogodę kosmiczną Rozbłyski słoneczne Magnetosfera Dziury koronalne Słoneczna burza radiacyjna Plamy słoneczne Burze Geomagnetycze Wiatr słoneczny Koronalne wyrzuty masy Burza magnetyczna na Słońcu Szacuje się, że usunięcie skutków burzy o tych samych rozmiarach w samych Stanach Zjednoczonych wymagałoby nakładów w granicach trylionów USD, zaś okres przywrócenia sprawności urządzeń i infrastruktury technicznej do stanu sprzed awarii trwałby od czterech do dziesięciu lat Visible Aurora, Sep 2, 1859

3 Burza słoneczna 1859 ("Carrington event") Wielka zorza polarna, listopad 1882 Maj 1921, burza geomagnetyczna stycznia 1938, burza geomagnetyczna ("Fátima storm") września 1941, burza słoneczna Późny maj 1967, burza słoneczna Marzec 1989, burza geomagnetyczna (X15) Sierpień 1989, burza geomagnetyczna (X20) Bastille Day Lipiec 14, 2000 Halloween burza słoneczna, 2003 Transformator dużej mocy stopiony na skutek indukcji prądu o dużym natężeniu w 1989 r w Quebec, CA. Pogoda kosmiczna jest w sposób ciągły obserwowana i monitorowana. Zajmują się tym różne organizacje i instytucje: Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) (Zespół roboczy ds. pogody kosmicznej (SWWT, ang. Space Weather Working Team), który analizuje dane z satelity SOHO (ang. Solar and Heliospheric Observatory), sieci satelitów Cluster, koronografów i teleskopów. Amerykańska Narodowa Służba Oceaniczna i Meteorologiczna (NOAA). (satelity GEOS) W ramach tej drugiej wyodrębniono Centrum Prognoz Pogody Kosmicznej (SWPC), które na bieżąco dostarczają informacji poprzez obserwację zjawisk w fotosferze, chromosferze i koronie słonecznej a także modelowanie i prognoza zjawisk na Słońcu, modelowanie rozprzestrzeniania się zaburzeń ze Słońca do Ziemi oraz ich oddziaływania z magnetosferą Ziemi.

4 Wybrane obszary oddziaływania pogody kosmicznej Większość dynamicznych składowych pogody kosmicznej ma wpływ na wiele aspektów życia na Ziemi, w tym na infrastrukturę komunikacyjną i techniczną. Aspekty bezpośrednio związane z technologiami informatycznokomunikacyjnymi lub z technologiami warunkującymi ich działanie to: systemy zasilania w energię elektryczną systemy satelitarne systemy nawigacji radiofonia HF, telewizja sieci komputerowe i telefonia naziemna W każdym wypadku rozpatrujemy zarówno infrastrukturę złożoną z urządzeń jak również niezbędne do działania zasoby informacyjne (np. w postaci oprogramowania i baz danych). Kolejno zostaną omówione możliwe skutki działania burz magnetycznych, słonecznych burz radiacyjnych i rozbłysków słonecznych o różnej sile na wymienione powyżej elementy infrastruktury.

5 NOAA jest twórcą skali, przy pomocy której oceniana jest siła zaburzeń pogody kosmicznej oraz potencjalnych następstw w odniesieniu do systemów energetycznych, orbitalnych systemów satelitarnych i lotnictwa, radiofonii i nawigacji Wyróżnia się pięć kategorii siły zjawisk (od najsilniejszej do najsłabszej) burzy magnetycznej -od G5 do G1 burzy radiacyjnej od S5 do S1 rozbłysku słonecznego od R5 do R1 Terenu Polski dotyczą burze G5, G4 i G3. 7/8 kwietnia 2016, Dziwnówek 19 marca 2015, Suwałki Wpływ pogody kosmicznej na systemy energetyczne Burza magnetyczna stanowi największe zagrożenie dla systemów energetycznych zasilających systemy łączności satelitarnej, radiofonię i telewizję, sieci komputerowe i telefonię naziemną. G5 / G4 - występuje całkowita / częściowa utrata kontroli nad systemem energetycznym i jego destrukcja. Zniszczenie większości/ dużej części transformatorów. G3 / G2 systemy wymagają napraw. Liczne fałszywe alarmy systemów zabezpieczających przed przepięciami. Zniszczenie części transformatorów dla długotrwałych burz.

6 Wpływ pogody kosmicznej na systemy satelitarne Burze magnetyczne: G5 / G4 - wystąpić rozległe ładowania powierzchni, problemy z orientacją (wymagane korekty), komunikacją i śledzeniem satelitów G3 / G2 może wystąpić ładowanie niektórych elementów satelitów, orientacja będzie wymagać korekt z centrów sterowania, problem z obniżaniem orbit Burze radiacyjne: S5 / S4 - satelity mogą stawać się bezużyteczne, zaburzenia systemów pamięci mogą powodować utratę kontroli. Poważne szumy i zakłócenia na detektorach satelitów wykonujących fotografie. Możliwe trwałe uszkodzenia baterii słonecznych. S3 / S2 - pojedyncze błędy w systemach elektronicznych, szumy na detektorach satelitów o różnym natężeniu, możliwe trwałe uszkodzenia elementów i detektorów nieosłoniętych przed promieniowaniem, spadek napięcia w bateriach słonecznych. Wpływ pogody kosmicznej na systemy nawigacji satelitarnej Burze magnetyczne i rozbłyski słoneczne: R5 / R4 (oraz G5 / G4) - systemy nawigacji satelitarnej niskich częstotliwości nie działają przez wiele godzin / do dwóch godzin. Zwiększone błędy satelitarnych systemów nawigacyjnych na całej nasłonecznionej powierzchni, a strefa przerwy może rozprzestrzeniać się częściowo nawet nad rejony znajdujące się w strefie nocy (nieosłonecznionej). R3 / R2 (oraz G3 / G4) - sygnały nawigacyjne niskich częstotliwości są degradowane przez około godzinę / do kilkudziesięciu minut R1 (oraz G1) - sygnały nawigacyjne niskich częstotliwości są degradowane w krótkich odstępach czasu

7 Wpływ pogody kosmicznej na systemy telefonii komórkowej Systemy telefonii komórkowej stosujące synchronizację stacji nadawczych opartą na wykorzystaniu globalnego systemu nawigacji satelitarnej (GNSS) są bardzo podatne na zakłócenia związane z wpływem wszystkich trzech wymienionych powyżej zaburzeń pogody kosmicznej. Systemy wykorzystujące lokalne zegary rubidowe lub cezowe pozwalają na pracę w trakcie burzy trwającej przez ponad trzy doby. Sumaryczna zawartość elektronów (TEC) kwiecień 20, 2012 g. 19:00 Wpływ pogody kosmicznej na radiofonię HF i telewizję Burze magnetyczne: G5 / G4 - propagacja fal radiowych HF może być niemożliwa na wielu obszarach od jednego do dwóch dni / kilka godzin G3 / G2 sporadyczne zaniki fal HF Burze radiacyjne: S5 / S4 - całkowity blackout fal radiowych HF w strefie szerokości okołobiegunowych z możliwością poszerzenia do wysokich szerokości geograficznych. S3 / S2 - zdegradowana propagacja radiowa na falach HF w strefie szerokości okołobiegunowych / niewielkie zakłócenia Rozbłyski słoneczne: R5 / R4 - pojawia się przerwa radiowa na wszystkich, również wysokich częstotliwościach, w całej strefie nasłonecznionej i utrzymuje się co najmniej przez kilka godzin / do dwóch godzin. Powoduje m.in. całkowity zanik komunikacji radiowej z jednostkami morskimi i powietrznymi. R3 / R2 zakłócenia obejmują szerokie rejony (w strefie nasłonecznionej) z przerwami radiowymi na czas około godziny / kilkadziesiąt minut.

8 Wpływ pogody kosmicznej na systemy komputerowe Pojedyncze komputery mogą doznawać uszkodzeń pamięci RAM i ROM (ang. bit flip effect) na skutek odziaływania strumieni naładowanych cząstek indukowanych wysokoenergetycznymi cząstkami promieniowania kosmicznego bądź wiatru słonecznego usterka komputera nadzorującego odprawy największych linii lotniczych Brazylii na wielu lotniskach krajowych usterka systemu bankowego HSBC w UK (zatrzymanie pracy systemów bankowych, bankomatów, bankowości internetowej) Znacznie większy jest wpływ na sieci komputerowe a głównie na kable zasilające (co niestety dotyczy również sieci światłowodowych) Podsumowując: Nie opracowano do tej pory metod przewidywania burz słonecznych. Obserwacje prowadzone zarówno z powierzchni Ziemi jak i z pokładów satelitów realizujących misje słoneczne pozwalają jedynie na wydawanie ostrzeżeń o możliwej burzy geomagnetycznej z wyprzedzeniem do jednej doby, zaś ostrzeżenia przed burzami radiacyjnymi z wyprzedzeniem jednogodzinnym. Nie opracowano metod ostrzegania przed rozbłyskami radiacyjnymi (z uwagi na ich rozprzestrzenianie się z prędkością światła).

9 Dziękuję za uwagę to był ostatni wykład Knowing, 2009