Космическая погода

Солнечно-земные связи

Безопасность инфосферы разделяют на эксплуатационную и технологическую.

С первой из них связывают возможность воздействия в процессе эксплуатации, а со второй – возможность заблаговременного скрытного воздействия на элементы инфосферы в процессе их разработки.

В военной области эксплуатационное воздействие реализуется в ходе информационной войны, информационного противодействия, борьбы с системами управления путем поражения  важнейших элементов инфосферы.

Уязвимыми её звеньями могут оказаться, например, телевизионные и радиовещательные станции, стационарные радионавигационные средства etc. К критически важным уязвимым звеньям относятся также наиболее существенные составные части системы управления (например, спутниковые системы связи, навигации etc.).

Что касается технологического воздействия, то наиболее вероятным информационным элементом такого воздействия может оказаться программное обеспечение, а основным средством "враждебного" воздействия возможно будут алгоритмические и программные закладки.

Алгоритмическая закладка выражается в преднамеренном, завуалированном искажении какой-либо части алгоритма решения задачи или таком его построении, в результате которого реализация комплекса разрабатываемых программ будет сопровождаться несанкционированными ограничениями на выполнение требуемых функций, отказом от них либо проявлением непредусмотренных действий при определенных условиях протекания процесса обработки данных.

Программная закладка – совокупность операндов, преднамеренно включаемых в состав программной компоненты на любом этапе её разработки, реализующая некоторый несанкционированный алгоритм в целях ограничения (блокирования) выполнения программной компонентой требуемых функций или придания ей непредусмотренных действий при определённых условиях протекания вычислительного процесса. Закладка содержит "механизм активизации" и "исполнительный механизм".

В зависимости от способа построения механизма активизации закладки подразделяются на автоматические и управляемые. Механизм первых заранее подготовлен к срабатыванию в условиях боевого применения системы управления. У вторых механизм активизации контролируется каким-либо образом извне.

Помимо преднамеренного нарушения нормального функционирования СНС, имеются опасные для данного процесса факторы природного происхождения.

Геофизическая навигация находится в полной зависимости от факторов космической погоды.

Солнечная активность весьма эффективно модулирует электромагнитное излучение, потоки частиц, магнитогидродинамические процессы, вызывая соответствующие изменения в околоземной космической обстановке, а также на поверхности Земли.

Непостоянство солнечного излучения непосредственно сказывается на состоянии верхней атмосферы и ионосферы, изменяя степень возбуждения и ионизации атомов и молекул, распределение плотности и температуры, характер турбулентности, динамики неоднородностей.

На околоземную космическую обстановку влияют и процессы, возникающие на более низких высотах. К ним относятся гравитационные волны, прямой вклад энергии солнечного облучения и космических лучей. Факторы космической погоды включают в себя и электрические токи (опасные для протяженных трубопроводов и кабельных коммуникаций), индуцируемые в поверхностных слоях Земли при изменении ионосферных токов.

Солнечный ветер влияет на ориентацию системы глобального позиционирования (GPS), на авионику, вызывает изменения в высоковольтных линиях электропередачи, в подводных кабелях, трубопроводах, радиосистемах etc.

Пока не ясно, как функционирует вся система и как все её элементы связаны воедино.

Сложившееся в последнее десятилетие понятие “космическая погода” входит в наше самосознание по мере возрастания количества проблем, связанных с нарушениями нормального функционирования тех или иных технических систем.

К ним следует отнести неудачи со спутниками, широко распространенные частичные или полные отключения электроэнергии etc.

Чем больше человечество становится зависимым от  технологий, тем чувствительнее переносятся сбои, выходы их из строя.

Учет факторов космической погоды осложнён  сильно выраженными индивидуальными особенностями процессов и явлений практически во всех областях системы Солнце–Земля.

Понятие космической погоды охватывает прежде всего природные явления в околоземном космосе. Оно не учитывает эффекты техногенного происхождения, например, воздействие космического мусора на спутниковые системы

Космическая метереология (в РФ её нет)  должна рассматривать такие условия на Солнце, в солнечном ветре, магнитосфере, ионосфере и термосфере, которые могут повлиять на работу и надежность орбитальных и наземных технических систем, угрожать жизни и здоровью человека.

Область её главных интересов  — солнечная активность и солнечный ветер, магнитосфера, ионосфера и термосфера.

Нет  системы, обеспечивающей своевременные, точные и достоверные наблюдения, диагностику и прогноз состояния окружающего пространства, которые могут воздействовать на технические системы, в том числе системы навигации.

Были лет 10 назад обнародаваны планы её создания: National Space Weather Program Implementation Plan

Характерны последствия некоторых событий космической погоды, имевшие место в США, Канаде, Англии и Японии:

• 24 марта 1940 г. сильнейшая геомагнитная буря вывела из строя 80% всех магистральных телефонных сетей в Миннеаполисе (шт.Миннесота). Электроснабжение временно было нарушено в некоторых регионах восточных штатов США, а также в канадских провинциях Квебек и Онтарио.
• 9–10 февраля 1958 г. геомагнитная буря вызвала серьезное нарушение телеграфных кабелей восточного побережья США и сделала весьма затруднительной связь по трансатлантическому кабелю между Ньюфаундлендом и Шотландией. Временно прервалась связь в Торонто (Канада).
• 4 августа 1972 г. сильная геомагнитная буря вызвала 30-минутный перерыв связи по коаксиальному кабелю между Плэно (шт.Иллинойс) и Каскадом (шт.Айова). Мощный трансформатор вышел из строя на ГЭС в канадской провинции Британская Колумбия.
• В 1979 г. произошло преждевременное вхождение в плотные слои атмосферы, изменившее орбиту и сократившее время жизни научной космической обсерватории США Skylab, а в результате ее гибель вследствие нагрева и расширения атмосферы, обусловленных изменчивой солнечной ультрафиолетовой радиацией и геомагнитной бурей.
• 26 ноября 1982 г. 4 быстросканирующих радиометра в видимом и инфракрасном диапазонах на геостационарном спутнике оперативного мониторинга окружающей обстановки (система GOES), которые картографировали облачный покров, вышли из строя через 45 мин. после прихода высокоэнергичных протонов от большой солнечной вспышки. Несанкционированный перерыв мониторинга произошел в то время, как серия интенсивных штормов обрушилась на побережье Калифорнии.
• 13–14 марта 1989 г. сильная геомагнитная буря вывела из строя систему электроснабжения в канадской провинции Квебек, что привело к потере мощности более 20000 МВт. Это лишило электроэнергии несколько миллионов человек. Время между началом неполадок и полным коллапсом системы составило около 90 с. КВ-радиосвязь была практически вообще невозможной в то время, как УВЧ-передачи распространились на необычно длинные расстояния и создавали помехи. Японский спутник связи потерял половину своей дуплексной командной системы. Орбита спутника НАСА снизилась почти на 5 км из-за возрастания атмосферного торможения.
• 29 апреля 1994 г. трансформатор на АЭС Maine Yankee (США) катастрофически вышел из строя в течение нескольких часов после начала сильной геомагнитной бури.
• 20–21 января 1994 г. два канадских спутника связи вышли из строя, нарушив на несколько часов телефонную и радиосвязь, а также телепередачи. Неполадки произошли после длительного периода электронной концентрации высокого уровня в окружающем их пространстве .
• В 1976 г. на орбиту высотой 5000 км был выведен американский геодезический спутник LAGEOS-1, предназначенный для высокоточных лазерных измерений движений земной коры с использованием 426 призматических уголковых отражателей лазерного сигнала, установленных на сферическом корпусе спутника. Для получения надежных данных необходимо было знать точное положение спутника в каждый момент времени. Однако к 1989 г. был замечен дрейф LAGEOS-1 на орбите. Слабый, но постоянно действующий реактивный эффект, обусловленный асимметричным излучением односторонне нагреваемого Солнцем корпуса ИСЗ, постепенно сместил плоскость орбиты на несколько тысяч километров. К началу 1997 г. в корпорации  "Хьюз" были проведены вычисления, позволившие внести необходимые поправки в прогноз смещения этого спутника. Улучшение математической модели движения ИСЗ и продление его существования стало возможным после выяснения причин установленных эффектов , т. е. характера воздействия космической погоды.

Шкалы параметров космической погоды по классификации "NOAA Space Weather"

Шкалы параметров Космической Погоды введены NOAA в ноябре 1999 для того, чтобы сообщать в простой форме текущее и будущие состояния окружающего космического пространства и его возможные воздействия на людей и технические системы. Большинство данных Центра Космического Окружения (SEC) описывают состояние окружающего космического пространства, а некоторые описывают ожидаемые эффекты - как результат воздействия возмущающих факторов космической среды.

Шкалы описывают изменения состояния окружающей среды для трех типов: геомагнитных бурь, солнечной радиации, и нарушений радиосвязи. Здесь перечислены уровни, как в ураганах, смерчах, и землетрясениях, которые показывают силу явления и указывают возможные эффекты на каждом уровне. Указана также частота таких событий, и даны величины интенсивности физических параметров.

Шкалы параметров космической погоды приведены ниже.

• Геомагнитные бури
• Всплески солнечной радиации
• Нарушения радисвязи