Auswirkungen
Das Weltraumwetter beeinflusst die Luftfahrt hauptsächlich durch erhöhte kosmische Strahlenbelastung, Ausfälle der HF- und Satellitenkommunikation, GNSS-Navigationsfehler und Fehlfunktionen der Avionik. Diese Auswirkungen können die Flugsicherheit, die Gesundheit der Besatzung und die Betriebseffizienz beeinträchtigen.
Eine wichtige Auswirkung ist die kosmische Strahlenbelastung.
Die galaktische kosmische Strahlung (GCR) führt in Reiseflughöhen zu einer Strahlendosisrate von 5–10 µSv/h. Am 11. Mai 2024 wurde zudem das 74. dokumentierte GLE-Ereignis (Ground Level Enhancement) registriert. Der Sonnensturm war wissenschaftlich interessant, aber es gab keine signifikante zusätzliche Strahlungsdosis über die typische Strahlenbelastung durch galaktische kosmische Strahlung hinaus, die im April und Anfang Mai 2024 registriert wurde. Sonnenereignisse können jedoch zu vorübergehend deutlich erhöhten Strahlungsdosen führen. Bei dem Event am 20. Januar 2005 (Ground Level Enhancement 69 - GLE69) erreichten die effektiven Dosisleistungen mehrere 100 µSv/h in Flughöhen, insbesondere in hohen Breitengraden. Die größte GLE, die durch bodengestützte Messungen relativ gut dokumentiert ist, ist GLE05 vom 23. Februar 1956. Aufgrund ihrer Größenordnung wird GLE05 noch immer als Referenz-Extremfall in Strahlenschutzstudien für die Gefahrenbewertung in der Luftfahrt und im Weltraumwetter verwendet. Es verursachte außergewöhnlich hohe Dosisleistungen in der Atmosphäre: in Flugzeugflughöhen (~12 km, Polarregionen) überschritten die Strahlungsdosisleistungen 5000–10000 µSv pro Stunde.
Das Carrington-Ereignis von 1859 war der stärkste jemals beobachtete Sonnensturm, jedoch gibt es keine direkten Strahlungsmessungen. Wissenschaftler stützen sich auf Modellrekonstruktionen, die auf kosmogenen Isotopenaufzeichnungen und Skalierungen späterer GLEs (z. B. GLE05 im Jahr 1956, GLE69 im Jahr 2005) basieren. Rekonstruktionen deuten darauf hin, dass ein Ereignis von der Größenordnung des Carrington-Ereignisses effektive Dosisleistungen in Flugzeugflughöhen (≈12 km) in der Größenordnung von mehreren mSv pro Stunde bis zu >10 mSv/h in hohen Breitengraden hätte erzeugen können. Integriert über einen Langstreckenflug über die Pole wären Dosen von mehreren zehn mSv möglich gewesen – einige Studien gehen von 50 mSv aus. Das entspricht dem 10- bis 50-fachen des jährlichen Grenzwerts für die Bevölkerung (1 mSv pro Jahr).
Carrington-Ereigniss kann zwar definitiv als extremes Szenario angesehen werden, aber das Worst-Case-Ereignis kann noch größere Auswirkungen haben. Die Analyse der Ereignisse von 774/775 n. Chr. deutet auf noch höhere Werte hin, bis zu 50–70 mSv pro Flug im schlimmsten Fall. Solche extrem starken Ereignisse sind natürlich selten. Ein Ereignis der Carrington-Klasse (sehr extremes SEP mit hartem Spektrum) hat eine geschätzte Wahrscheinlichkeit von ~0,3–1 % pro Jahr, d. h. etwa einmal alle 100–300 Jahre. Noch extremere Ereignisse (wie das in Baumringen beobachtete Ereignis von 774/775 n. Chr.) können einmal in mehreren tausend Jahren auftreten.
Mögliche Maßnahmen
Ziel ist es, die Strahlenbelastung zu minimieren, eine zuverlässige Kommunikation und Navigation zu gewährleisten und Fehlfunktionen der Avionik zu verhindern. Die wichtigsten Maßnahmen sind eine präzise Dosisüberwachung (idealerweise mit Vorhersage), operative Flexibilität (Höhen-/Routenanpassungen), Redundanz in Kommunikation und Navigation, technische Absicherung der Avionik. In der Praxis sind jedoch starke Strahlungsereignisse nicht zuverlässig vorhersehbar, Routen können nur durch eine Verringerung der Flughöhe geändert werden. Kommerzielle Flugzeuge verwenden in der Regel keine gehärtete Avionik, sondern setzen stattdessen auf Redundanz, Fehlerkorrektur und ausfallsichere Systemkonstruktion. Für die Kommunikation werden verschiedene Systeme verwendet (HF, VHF und SATCOM), und wenn eines ausfällt, wird ein anderes (oder eine andere Frequenz) verwendet. Für die Navigation wird GNSS mit klassischer Trägheitsnavigation und bodengestützten Hilfsmitteln abgeglichen.
Die praktisch anwendbaren Maßnahmen zur Senkung der Strahlungsdosis während GLEs sind:
- Senkung der Flughöhe (Hauptoption).
- Vermeidung von Polarrouten, wenn möglich.
- Nutzung von Echtzeit-Warnsystemen wie ICAO-Weltraumwetterberichten, NOAA-Warnungen
- Nutzung spezieller Systeme, die von spezialisierten Dienstleistern (z. B. Seibersdorf Laboratories) betrieben werden – solche Systeme können in Echtzeit eine sichere Flughöhe vorschlagen, um eine bestimmte Dosisgrenze (z. B. 1 mSv) nicht zu überschreiten.
- Dosisbewertung nach dem Ereignis für das Dosismanagement der Besatzung.