Этим летом гелиофизик Антти Пулккинен из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, и его команда устанавливают научные подстанции под высоковольтными линиями электропередачи, которыми управляет компания Dominion Virginia Power штата Вирджиния, для измерения в реальном времени явления, известного как геомагнитно индуцированные токи ( ГИК). «Это первый раз, когда мы использовали систему высоковольтной передачи электроэнергии США в качестве научного инструмента для картирования крупномасштабных GIC», — сказал Пулккинен. «Это приложение позволит собирать беспрецедентные, меняющие правила игры данные в широком диапазоне пространственных и временных масштабов».В дополнение к сбору данных, важных для электроэнергетики — особенно если он будет расширен по всей стране, как запланировано в настоящее время, — проект позволит гелиофизикам «перепроектировать» данные, чтобы узнать больше об условиях в верхних слоях атмосферы Земли, которые приводят к генерации По словам Пулккинена, GIC во время суровых космических погодных явлений, добавив, что сейчас он разрабатывает компьютерные алгоритмы для извлечения этих данных для научных исследований. «Это принесет пользу не только коммунальному хозяйству, но и науке», — сказал он.Солнечные бури виновник
GIC обычно происходят через один-три дня после того, как Солнце испускает корональный выброс массы, или CME, гигантский пузырь заряженных частиц, который может нести до 10 миллиардов тонн вещества. CME могут разгоняться до нескольких миллионов миль в час, когда они мчатся в космосе. Если CME врезается в магнитосферу Земли, удар вызывает электромагнитные колебания, которые приводят к геомагнитным бурям на Земле.
Эти бури увеличивают электрические токи, которые, в свою очередь, вызывают колебания магнитного поля Земли у земли. Эти поверхностные токи могут проходить через любую крупномасштабную проводящую структуру, включая линии электропередач, нефте- и газопроводы, подводные кабели связи, телефонные и телеграфные сети и железные дороги.Ярким примером возникновения GIC была великая магнитная буря в марте 1989 г. — одно из крупнейших возмущений 20-го века. Быстрые изменения геомагнитного поля приводили к сильным индуцированным электрическим полям на поверхности Земли.
Это электрическое поле заставляло электрические токи проходить через проводящие структуры — в данном случае через канадскую энергосистему Hydro-Quebec. Избыточный ток разрушил систему передачи, что привело к потере электроэнергии более шести миллионов человек.
По данным Геологической службы США, если бы отключение электричества произошло на северо-востоке США, экономический ущерб мог бы превысить 10 миллиардов долларов, не говоря уже о пагубном воздействии на службы экстренной помощи и снижение общественной безопасности.Явления космической погоды могут иметь ряд последствий, включая нарушение систем связи и навигации, повреждение спутниковой аппаратуры и даже потенциально коррозию стали трубопроводов. По словам Пулккинена, воздействие на электрическую сеть страны, пожалуй, вызывает наибольшую озабоченность на данный момент. «Сейчас это самая горячая тема», — сказал он, добавив, что Федеральная комиссия по регулированию энергетики в настоящее время разрабатывает стандарты для смягчения угрозы GIC. «Нам необходимо лучше понять, как эти события влияют на энергосистему США», — добавил он.
Его пилотная программа призвана помочь выяснить это, сказал Пулккинен.Финансируется программами RDПри финансовой поддержке Центра инноваций NASA и программы внутренних исследований и разработок Годдарда (IRAD) команда создает три подстанции, все из которых оснащены коммерчески доступными магнитометрами, способными точно измерять переменные магнитные поля, связанные с GIC. После установки внутри защитного водонепроницаемого корпуса, спроектированного инженером Годдарда Тоддом Бональским, команда закопает шестеренку на четыре фута в землю — два прямо под высоковольтными линиями Dominion Virginia Power и третье на расстоянии 1-2 мили. . Последний предоставит справочные измерения.
«По сути, мы подключаемся к очень большой антенне, — сказал Пулккинен. — Линии высокого напряжения — это антенны. Во время солнечных бурь в ближнем космосе происходят резкие изменения электрического тока, которые затем воспринимаются линиями передачи ».Вездесущий iPad находит научное применениеДля управления магнитометрами команда Пулккинена использует другую технологию, разработанную IRAD, — LabNotes.
Это приложение для iPad, разработанное инженерами Goddard Карлом Хостеттером и Троем Адамсом, будет определять время и определять местоположение данных магнитометров, а затем доставлять информацию на сервер через сотовую сеть передачи данных, пояснил Хостеттер. Помимо отправки одного образца в секунду, iPad-Mini с LabNotes также может отслеживать данные и отправлять текстовые сообщения, если событие требует внимания.«Теперь, когда все ходят с этим типом компьютера, который более мощный, чем некоторые суперкомпьютеры 15 лет назад, мы подумали, что можем использовать его и в научных целях», — сказал Хостеттер, добавив, что его относительно небольшой размер и малые габариты. Потребляемая мощность делает его идеальным для сбора научных данных.
Хотя команда Пулккинена была первой, кто действительно использовал это приложение, Хостеттер сказал, что технология заинтересовала ряд других проектов, в том числе один, связанный с потребностями сельского хозяйства в Африке.Цель: общенациональный охват
Цель проекта, добавил Пулккинен, — сделать оборудование максимально недорогим и универсальным. Хотя пилотный проект начинается всего с трех подстанций, Пулккинен хочет в конечном итоге развернуть сотни подстанций по всей стране. «Мы предполагаем, что после пилотной фазы, рассчитанной на один-два года, это станет возможным благодаря долгосрочному финансированию за счет межведомственного сотрудничества и государственно-частного партнерства».«Воздействие на энергосистему страны в настоящее время является самой большой проблемой космической погоды в США», — добавил он.
По словам Пулккинена, в связи с приближением федеральных правил, измерения помогут определить наиболее эффективные методы устранения угроз GIC.Чтобы узнать больше о технологических новостях Годдарда, посетите: http://gsfctechnology.gsfc.nasa.gov/newsletter/Current.pdf
