Vremea spatiala

Pe scurt:

Dezvoltarea tehnologica care a caracterizat a doua jumatate a secolului XX si lupta acerba pentru cucerirea spatiului cosmic a avut ca efect extrapolarea multor activitati de cercetare in spatiul extraatmosferic. Au aparut astfel domenii noi de cercetare stiintifica si tehnologica. Explorarea spatiului cosmic a impus un nou domeniu de prognoza: “vremea spatiala”sau "meteorologia spatiala". Aceasta “vreme spatiala” poate influenta multe tehnologii terestre sau comportamentul uman.

De la prognoza meteorologica locala la “meteorologia spatiala”

Unul din domeniile cunoasterii mediului inconjurator in care au fost emise prognoze zilnice, din cele mai indepartate timpuri, este meteorologia. La inceputurile civilizatiei , mobilitatea zilnica a vanatorilor sau zona de interes a agricultorilor se limita la “o zi de mers pe jos”, asa ca si prognoza meteo se rezuma la o arie geografica restransa. In epoca transporturilor mecanizate, cand diligentele, caile ferate sau vapoarele au permis o mult mai mare mobilitate, prognoza meteo si-a marit arealul. Mai tarziu, cand liniile aeriene au permis deplasari zilnice de mii de kilometri, problema prognozelor meteo a devenit una transfrontaliera, ajungand de importanta globala. Dezvoltarea mijloacelor de comunicatii a permis schimbul de informatii intr-un timp extrem de scurt, putandu-se astfel obtine o imagine regionala sau chiar globala a unor marimi fizice ce definesc “starea vremii”.

In urma cu mai bine de cinicizeci de ani a inceput era spatiala, o data cu lansarea primului satelit artificial al Pamantului. Pentru prima data Pamantul a fost privit,“de sus”, din zone exterioare atmosferei. Au fost captate si transmise spre sol imagini reale si de ansamblu a unor zone intinse ce acopereau continente. Astfel, descrierile imaginate de cercetatori au putut fi verificate “pe viu”: uragane si cicloane ce afectau mari intinderi de pamant sau ape si formatiuni noroase ce acopereau continente. Iar spatiul extraatmosferic s-a dovedit a fi o lume daunatoare vietii, o lume de cosmar. Un adevarat laborator de particule aflate la energii inalte, un haos in care Soarele este singurul stapan.

Cu toate ca astronomii stiau de mult timp de existenta eruptiilor solare, cu toate ca se stia ca Soarele este o stea variabila, cu toate ca cercetatorii studiau de mult timp aurorele boreale sau australe, de-abia era spatiala a permis dezvoltarea unui nou domeniu al astrofizicii: meteorologia spatiala. Prin analogie cu “starea vremii”, ansamblului de fenomene fizice extraatmosferice ce au efecte imediate in atmosfera Pamantului i s-a atribuit termenul de “vreme spatiala”.

Care sunt fenomenele care determina “vremea spatiala”?

Eruptiile solare sunt insotite de degajari imense materie si energie. O parte din aceasta materie se va regasi in “vantul solar” care va ajunge pana dincolo de limitele Sistemului Solar.Fluxurile intense de particule elementare, vantul solar sau alte particule generate in indepartate zone ale Universului patrund in straturile superioare ale atmosferei terestre provocand ionizari ale atomilor, fenomene de excitare-dezexcitare a electronilor si generarea unor campuri electromagnetice secundare. Furtunile magnetice creaza un adevarat haos, prin modificarile imprevizibile ale directiei si marimii vectorilor de camp magnetic. Aceste modificari brutale induc in materialele conductoare curenti electrici ce de multe ori nu pot fi neglijati.

Care sunt efectele la sol ale perturbatiilor puternice din spatiul extraatmosferic?

Efecte perturbatoare sau chiar distructive in radiocomunicatii. Un puternic semnal perturbator va inrautati raportul semnal/zgomot al liniei de transmisie , aparand in acest fel, intreruperi. Se stie ca majoritatea echipamentelor de radiocomunicatii (mai ales cele destinate receptiei) sunt aparate sensibile, capabile sa puna in evidenta chiar si cele mai slabe semnale radio. Daca aceste echipamente sensibile sunt supuse unui camp electromagnetic intens, multe din elementele semiconductoare din etajele de intrare vor fi supuse unui camp electric puternic, ce va provoca de multe ori fenomene neliniare distructive.

Efecte distructive asupra retelelor de distributie ale energiei electrice. Un camp magnetic variabil va produce, prin inductie, o tensiune electromotoare perturbanta in retelele lungi de distributie ale curentului electric. Fluctuatiile ce pot sa apara vor fi greu de compensate, existand riscul aparitiei unor avarii majore.

Tot datorita tensiunilor electromotoare induse, furtunile electromagnetice puternice pot avea efecte distructive asupra conductelor de transport a gazului metan si a lichidelor petroliere. Descarcarile electrice necontrolate si coroziunea electrochimica in zonele de cuplaj a conductelor pot avea efecte catastrofale.

Perturbari ale traficului aerian, prin intreruperi ale comunicatiilor radio sau prin dereglarea . echipamentelor destinate navigatiei.

Nici efectele biologice, ce pot afecta comportamentul sau chiar sanatatea organismelor vii nu sunt de neglijat.

Importanta studierii “vremii spatiale” si a emiterii de prognoze in acest domeniu

In urma cu 151 de ani, in 1 septembrie 1859, o puternica furtuna electromagnetica a afectat liniile de telegraf si a provocat aurore boreale atat de intense incat la lumina lor rosie sau verde se puteau citi ziarele. Fenomenul a ramas in istorie sub denumirea "Carrington Event". Un raport recent al Academiei de Stiinte al Statelor Unite arata ca o furtuna similara ar produce societatii noastre ultratehnologizate pagube de peste 1000 de miliarde de dolari. Pentru refacerea completa a infrastructurii high-tech, in urma unui astfel de eveniment, se estimeaza un necesar de 4 pana la 10 ani. Pentru comparatie, pagubele produse de uraganul Katrina au fost evaluate la valori intre 80 si 125 miliarde de dolari.

Furtunile electromagnetice puternice pot avea efecte dezastruoase asupra echipamente lor de telecomunicaţii şi de navigatie sau asupra aeronavelor aflate în zbor. Deasemenea, variatiile mari ale campului magnetic pot induce în liniile de inaltă tensi une curenti importanti ce nu pot fi compensati. Astfel in data de 13martie 1989, o puternica furtuna magnetica a provocat caderea sistemului de distributie a energiei electrice intr-o mare parte a Statelor Unite si in sudul Canadei, timp de aproape nouă ore. Pagube serioase apar si datorita curentilor indusi in conductele lungi de transport a petrolului sau a gazelor naturale, provocand deteriorari sau chiar explozii.Furtunile electromagnetice acţioneaza nefast si asupra organismului uma n. In cadrul unui studiu efectuat asupra populatiei din Moscova s-a constatat ca in timpul unor astfel de furtuni au loc foarte multe atacuri de cord. Se observa de asemenea, o reducere semnificativa a ritmului cardiac şi a presiunii arteriale.

Soarele este cea mai apropiata stea

Pentru Pamant, Soarele este cea mai apropiata stea. Imensa energie pe care o degaja si care, in parte, ajunge si pe Pamant, constituie un factor determinant in fenomenele fizice ce se desfasoara in atmosfera terestra.Radiatia solara acopera aproape intreg spectrul undelor electromagnetice, avand un maxim in zona spectrului vizibil. Iata cateva date semnificative:

Distanta medie de la Pamant la Soare:149.597.871 km (aceasta distanta este des utilizata in astronomie si se numeste “unitate astronomica”sau prescurtat 1AU ). Lumina strabate aceasta distanta in 499 secunde.

Diametrul Soarelui este de 1.392.000km si este de aproximativ 109 ori mai mare decat diametrul Pamantului.

Soarele se roteste ca un fluid, avand viteza unghulara mai mare la ecuator si mai mica la poli. Perioada de rotatie a Soarelui la Ecuator este de aproximatin 25.5 zile iar la poli depaseste 30 de zile.

Masa Soarelui este de 1.99x10exp 30 kg., de 332.900 ori mai mare decat masa Pamantului.

Energia medie generata de Soare si captata de Pamant, pe fiecare metru patrat si in fiecare secunda este de 1370J, adica o putere medie de 173 milioane de gigawatt pentru intreaga planeta.

Soarele este o stea variabila, avand o succesiune de periode de activitate intensa si perioade de acalmie.Aceasta ciclicitate este de aproximativ 11ani, urmatorul maxim al activitatii solare fiind in 2013, luna mai, conform estimarilor NASA .

Intensificarea activitatii solare se manifesta prin aparitia petelor solare si a eruptiilor solare .

Petele solare pot avea diametre de zeci de mii de kilometri. Petele solare indica zone cu temperatura mai redusa decat cea a zonelor invecinate. In aceste zone, campurile magnetice deosebit de intense franeaza miscarea de convectie a materiei dinspre interior spre exterior. Dar tot aceste pete indica zone in care se acumuleaza energie si unde declansarea unei eruptii solare este foarte probabila. Numarul de pete este strans legat de activitatea solara, fiind cu atat mai mare cu cat activitatea solara este mai intensa.

Suprafata Soarelui sau fotosfera este inconjurata de coroana solara. Aceasta poate fi pusa in evidenta in timpul eclipselor totale de Soare sau cu instrumente optice ce pot crea “eclipse artificiale”. Coroana solara este formata din particule cu energii inalte, temperatura coroanei solare fiind mai mare decat a suprafetei Soarelui (fotosfera). O parte din aceste particule ajung in heliosfera si prin intermediul “vantului solar” vor strabate distante imense, ajungand chiar si in afara Sistemului Solar.

In foto dreapta: o eruptie solara intensa in 2003 (credit NASA)

Campul magnetic terestru este un scut natural impotriva vantului solar si a altor radiatii cosmice sau particule de foarte inalta energie. Datorita in principal exploziilor solare, structura liniilor de camp poate fi puternic perturbata

aparand furtunile electromagnetice. În zonele polare, unde campul magnetic se intensifica şi liniile de camp sunt deschise, multi electroni de mare energie patrund pana la altitudini de ordinul a 100km unde interactioneaza cu moleculele de gaz diu atmosfera mai putin rarefiata, printr-un mecanism de excitatre-dezexcitare ce duce la eliberarea unor cantitati mari de fotoni. Acest fenomen se intensifica în timpul furtunilor electromagnetice si devine de multe ori vizibil de pe Pamant sub forma unor aurore boreale sau australe. In aceste zone polare, curentul electric generat de deplasarea sarcinilor electrice, poate atnge valori de 1 milion de amperi intr-o zonă spatială destul de restransa. Dacă furtuna electromagnetica este foarte intensa, aurora polara poate sa apara chiar şi la latitudini mai mici, cum s-a observat în data de 15 iulie 2000 în sudul Franţei.

Concluzie

Activitatea solara este un factor determinant in evolutia "vremii spatiale". Atenta analiza a ciclurilor solare, supravegherea in timp real a evolutiei petelor solare si a eruptiilor puternice va permite prognozarea in timp util a unor fenomene catastrofale. Prin masuri de protectie adecvate se vor putea diminua pagubele ce pot fi provocate echipamentelor de telecomunicatii, a celor destinate transportului de energie electrica, a gzelor naturale sau a produselor petroliere.

Asa cum am aratat in prima parte a articolului, "vremea spatiala" este influentata si de alte fenomene ce se desfasoara la scara cosmica. Dar acest subiect il voi dezvolta intr-un alt articol...

INTERNET ORIUNDE, ORICAND

Romania este o tara in care gasesti toate formele de relief. Acoperirea cu servicii de telecomunicatii a intregului teritoriu al tarii nu este o problema simpla. In Delta si Lunca Dunarii infrastructura existanta si densitatea populatiei nu justifica investitii mari pentru retele terestre. Aceeasi problema apare si in zona montana, unde exista suprafete intinse in care lipsesc chiar si serviciile de telefonie mobila. Cum se poate asigura accesul la internet in aceste zone?

Internetul, o necesitate cotidiana

In ultimul timp, internetul a patruns adanc in viata noastra cotidiana. Asa cum azi este de neconceput ca unei persoane active sa-i lipseasca telefonul mobil, cei ce utilizeaza calculatorul au permanent nevoie de o conexiune la internet. Pentru simpla corespondenta electronica sau pentru orice activitati ce nu necesta un trafic intens, serviciile de telefonie mobila au rezolvat problema in zonele lor de acoperire. In marile aglomerari urbane se asigura chiar si o conectiune 3G, ce permite un trafic mult mai intens. Dar ce solutie imediata poate gasi cineva care are nevoie de trafic intens intr-o zona in care nu este acoperire 3G sau lipseste total serviciul unei retele mobile? Ce solutie poate gasi cel ce are un sediu de firma izolat in munti sau in Delta Dunarii? Retelele de telecomunicatii prin sateliti pot rezolva problema.

Accesul la Internet poate fi asigurat prin retele satelitare

In acest articol va voi prezenta una din variantele cele mai utilizate:
asigurarea unei cai de acces la internet printr-o legatura duplex cu un satelit geostationar al Pamantului, cu un echipament VSAT (Very Small Aperture Terminal).
Echipamentul este format dintr-o antena parabolica in focarul careia se gaseste un bloc de emisie-receptie in banda Ku (11-15GHz), avand frecventa de emisie diferita de cea de receptie. In ultimul timp, au aparut terminale ce au frecvente de lucru in banda Ka ( 20-30GHz). Sistemul de modulatie utilizat (QPSK sau 8PSK), este unul ce permite un trafic intens de date si o buna protectie impotriva perturbatiilor electromagnetice.
Acest bloc de emisie-receptie este conectat printr-un cablu coaxial la un modem, ce are rolul de a modula semnalul de emisie si a demodula semnalul receptionat. Totodata, acest modem realizeaza criptarea datelor de emisie si decriptarea datelor de receptie, pentru a asigura o cat mai eficienta utilizare a spectrului radio alocat si securitatea liniei de transmisie. Un al treilea rol al modemului este de a "individualiza" terminalul (cine-l opereaza, unde se afla situat si ce pachete de date ii sunt destinate din multitudinea de date transmise din satelit). Modemul unitatii VSAT este conectat prin cablu UTP sau wireless la un calculator sau la o retea de calculatoare.

Arhitectura retelei de Internet asigurata de un satelit geostationar

Arhitectura retelei internet prin satelit este reprezentata in figura alaturata. Conectarea la reteaua internet terestra este asigurata de NOC (Network Operations Center). Acest centru asigura si interconectarea intre doua echipamente VSAT, optimizeaza traficul, valideaza sau invalideaza terminalele din retea, verifica parametrii de calitate ai transmisiilor de date, etc. Pentru a se realiza de exempu, o legatura VPN (Virtual Private Network) intre doua echipamente VSAT, este necesar ca pachetele de date emise de un VSAT sa fie receptionate de un satelit geostationar iar de acolo sa fie transmise catre NOC (care este dotat cu parabole de dimensiuni mari pentru a asigura caliatea transmisiei, indiferent de conditiile meteo). NOC-ul prelucreaza pachetele de date ce urmeaza a fi retransmise, prin intermediul satelitului, spre VSAT-ul destinatar.
Daca se doreste conectarea terminalului VSAT la un server conectat direct, la o retea terestra de internet, tot NOC-ul asigura aceasta interconectare. Aceasta tehnologie asigura un inalt nivel de securitate, ata din punct de vedere al confidentialitatii informatiilor transmise, cat si la o foarte buna protectie impotriva virusilor informatici. Singurul inconvenient al acestui gen de servicii de date transmise prin satelit este timpul fizic necesar pentru ca unda radio purtatoare a informatiei sa ajunga la un satelit geostationar, apoi de acolo la NOC, de unde informatia solicitata revine pe acelesi drum. Orbita geostationara se afla la aproximativ 36000Km, iar aceasta distanta trebuie parcursa de 4 ori. Deci, in mod inerent, ping-ul conexiunii este de minim 0.48 secunde. In schimb vitezele de trafic sunt foarte mari si...garantate.
Acest gen de echipamente sunt utilizate si pe platforme maritime sau pe insule izolate din largul marilor sau oceanelor unde asigurarea unei cai de comunicatii de banda larga poate fi vitala.
Un astfel de echipament (pe care l-am instalat personal) permite ca un grup de chirurgi veterinari din Israel sa asiste si sa sprijine activ si in timp real operatiile ce se fac la o ferma de vaci din Dobrogea. Deasemenea, multe cabane au reusit sa obtina "o margareta in plus" pentru ca a rezolvat in acest mod conexiunea la internet.