лекция 9_конспект

Факторы космического пространства. Электромагнитное излучение Солнца

Электромагнитное излучение Солнца

		Плюсы				Минусы
	1.	Генерация	электроэнергии	Излучение	в	радиодиапазоне
			1.
		(видимый диапазон излучения);		создаёт	помехи	в радиолинии
	2.	Обеспечение	теплового режима
				КА-Земля;
		КА (обогрев	КА, инфракрасное	Излучение	в ультрафиолетовом
			2.

излучение)

диапазоне вызывает радиационные повреждения покрытий КА

Металлы и сплавы устойчивы к воздействию электромагнитной радиации.

Изменение свойств неорганических материалов может проявиться в изменении

радиационных характеристик (увеличение поглощательной способности поверхности) или увеличении поверхностной электропроводности.

Электризация поверхности КА

Взаимодействие солнечного излучения и заряженных частиц со спутником приводит к накоплению на его поверхности электрического заряда, знак и величина которого зависит от соотношения интенсивностей процессов приттока и стока электрических зарядов, а также электрофизических характеристик материалов, применяемых в конструкции КА.

Защита от электризации поверхности достиигается путем использования токопроводящих покрытий, наносимых на все внешние поверхности КА, результатом чего является сглаживание потенциального рельефа поверхности и, как следствие, прекращение разрядов, происходящих между отдельными фрагментами внешней поверхности КА. Кроме того, все элементы конструкции соединены в единую электрическую цепь путем организации заземления.

11

Корпускулярное излучение

Корпускулярное излучение – потоки электрически заряженных частиц высокой энергии (ядер атомов химических элементов, электронов и протонов) солнечного или галактического происхождения. В околоземном пространстве корпускулярное излучение наблюдается в виде солнечного ветра, солнечного и галактического космического излучений и излучения радиационного пояса Земли.

Солнечный ветер – непрерывное радиалььное истечение плазмы солнечной короны в межпланетное пространство, содержит ~ 90% протонов и электронов, ~ 9% ядер гелия и 1% других более тяжелых ионов. В последнее время под солнечным ветром подразумевают измеряемый вблизи Земли поток частиц солнечного происхождения с энергией до 106 эВ.

Солнечный ветер определяет структуру и величину межпланетного магнитного поля,

силовые линии которого вытянуты вдоль линий

тока солнечного ветра и имеют форму спирали

Архимеда, закручиваемой вращением Солнца.

Это магнитное поле влияет на распределение

интенсивности галактических космических лучей

в Солнечной системе, препятствуя их

проникновению в ее внутренние области.

Солнечное космическое излучение – интеенсивные потоки частиц высокой (от 106 до 2·1010 эВ) энергии, генерируемые Солнцем во время сильных вспышек. В состав солнечного космического излучения входят в основном проотоны и электроны с энергией > 40 кэВ.

Галактическое космическое излучение – потоки частиц, возникающие вне пределов Солнечной системы и состоящие из ~ 94% протонов и электронов, ~ 5,5% ядер гелия и небольшого количества тяжелых ядер. Средняя энергия частиц галактического космического излучения, наблюдаемых около Земли, составляет 1010 эВ, причем энергия некоторых из них может достигать 1020 эВ и выше, т.е. во много раз превосходит максимальную энергию, полученную на Земле с помощью ускорителей заряженных частиц. Поток частиц движется с релятивистскими (близкими к скорости света) скоростями. Его интенсивность практически одинакова во всех направлениях, увеличивается по мере удаления от Солнца (что связано с действием межпланетного магнитного ноля) и имеет колебания в противофазе с изменением периодов солнечной активности.

По своей проникающей способности галакктические космические лучи превосходят все другие виды излучений, кроме нейтрино.

12

Магнитосфера и радиационные пояса Земли

Геомагнитное поле во внешних областях магнитосферы формируется дополнительно токами в хвосте магнитосферы и поверхностных токов, текущих по границе магнитосферы, т.е. во многом определяется свойствами солнечного ветра. По форме внешняя магнитосфера представляет собой параболооид вращения, ось которого направлена на Солнце. В спокойных условиях дневная граница магнитосферы располагается на расстояниях ~ 70 тыс. км, а с ночной стороны удалена до 7 млн. км. Магнитное поле Земли захватывает заряженные частицы космических лучей (электроны, протоны, ионы).

Радиационные пояса Земли, по сути, являюются токами заряженных частиц (электронов и протонов из состава солнечного ветра), захваченных магнитным полем Земли.

Все КА разрабатываются с учётом воздейсттвия на них радиации, которая различается по интенсивности в зависимости от высоты и накллонения орбиты. От длительности нахождения в радиационных поясах, а также от энергии заряженных частиц этих поясов зависит срок активного существования КА. Для КА, рассчитанных на работу во внешнем радиационном поясе, критичным является время выведения на рабочую орбиту, то есть время нахождения КА во внутреннем радиационном поясе Земли.

Основные способы обеспечения раадиационной защиты приборов КА:

выбор радиационностойкой электрорадиоэлементной базы;

организация защитных экранов;

рациональная компоновка (использование экранирования радиационностойкими приборами и конструкцией);

схемотехническое построение радиоэлектронной аппаратуры.

13

Воздействие метеорных частиц на КА

Метеорное вещество в околозе мном пространстве по динамическим характеристикам подразделяют на метеорные тела:

спорадические;

принадлежащие к метеорным потокамм;

принадлежащие пылевой оболочке Зеемли.

Скорости метеорных тел относительно Земли без учета ее притяжения не превышает 72 км/с, при этом в нормаативных документах для спорадических метеорных тел скорость принимается равнной 20 км/с, для частиц пылевой оболочки Земли – 8 км/с.

Столкновение с метеорными телами способно вызвать следующие повреждения:

пробои герметичных ёмкостей и повреждения отдельных приборов;

эрозию радиационных поверхностей, солнечных батарей, оптических поверхностей;

откалывание частиц от внутренней поверхности оболочки корпуса.

Характерной особенностью метеорных частиц как фактора эксплуатации КА является очень малая вероятность их появления и влияния на функционирование спутника. То есть,

если все метеорные частицы учитывать и раазрабатывать «бронированный» КА – то есть обладающий конструкцией с толщиной стенок достаточной для защиты от любых метеоров,

такой аппарат будет иметь значительную масссу, а метеор за всё время эксплуатации может так и не попасть в КА. Поэтому при разработке учитываются только воздействие метеорных тел, принадлежащих пылевым потокам, сквозь которые КА проходит регулярно. Влиянием более крупных метеоров пренебрегают, поэтому если такие объекты сталкиваются с КА,

последствия необратимы и приводят к гибели спутника.

14

Состав газовой средды гермоконтейнера

состав: азот с примесью кис лорода от 2 до 5 % с остаточной концентрацией гелия до 0,01 %;

давление: 0,09…0,13 МПа (0,9 …1,3 кгс/см2);

температура: 0…40 С – при наземных испытаниях, хранении, натурной эксплуатации, 50 С – при транспортировании.

Задачей гермоконтейнера является поддержание для приборов внутри гермоконтейнера в течение длительного времени эксплуатации КА на орбите условий окружающей среды,

приближенных к наземным условиям.

Однако, поскольку среди материалов, из которых изготавливаются приборы,

значительную часть составляют металлы, газовая среда гермоконтейнера должна минимизировать коррозионные процессы, то есть быть химически пассивной. Идеальным было бы использовать благородные газы, однако они характеризуются высокой стоимостью

и их использование привело бы к неоправданному удорожанию КА. Поэтому у качестве

газовой среды гермоконтейнера используется азот, как газ одновременно дешёвый в изготовлении и обладающий низкой химической активностью.

Необходимость добавки кислорода в азотную среду обусловлена особенностями эксплуатации электрических двигателей вентиллятора.

Остаточная концентрация гелия связана с мероприятиями по контролю герметичности гермоконтейнера с использованием гелиево-воздушной смеси. Рабочая температура 0…40 С

выбрана из условия невыпадания росы.

Давление в гермоконтейнере выбирается из условий минимизации массы газовой среды (чем меньше масса газа в замкнутом объёме, тем меньше давление, создаваемое этим газом), при сохранении герметичности сооединений (гермовводов – узлов, посредством которых обеспечивается проведение силовых и командных кабелей с внешних поверхностей гермоконтейнера во внутреннюю его полость), так как и слишком низкое давление, и слишком высокое могут привести к нарушению герметичности.

Дополнительно, для снижения корррозионного эффекта, в гермоконтейнере устанавливаются осушители, поглощающие влагу, накопленную приборами на Земле и выделяемую в процессе эксплуатации на орбитте.

15

Моделирование фактооров эксплуатации КА

1.Термобарокамера:

вакуум 10-5 Па;

температура космоса 100 К (азотные экраны);

световое солнечное излучение 1360-1440 Вт м2 (световой или инфракрасный имитатор ).

Термобарокамера представляет собой цилиндрическую (для большей прочности) конструкцию с большим внутренним объёмом (от 120 до 600 м3), способную герметично закрываться и оборудованную системой нассосов и редукторов, которые откачивают из камеры воздух, создавая разрежение – вакуум.

Одновременно с испытаниями на воздействие вакуума проводят испытания на воздействие температуры. Для этого внутри камеры устанавливаются азотные экраны – металлические листы со встроенным трубопроводом, по которому подаётся жидкий азот (температура кипения азота – минус 195°С). Эти экраны поглощают тепло, излучаемое КА (который до помещения в термобарокамеру имел комнатную температуру). Для получения высоких температур, либо перепадов темпператур в камере устанавливают источник инфракрасного излучения – электрообогреватеель.

2. Вибростенд: имитация вибрационнных, ударных и линейных нагрузок

Вибростенд представляет собой механизмм, позволяющий производить колебательные движения заданной частоты. КА закрепляют на стапеле вибростенда, после чего тот начинает работу, имитируя различные виды нагружений. В предельном случае эквивалентными вибрационными нагрузками можно заменить все виды механических нагрузок, действующих на КА.

3. Акустическая камера: имитация а кустических нагрузок под

обтекателем РН

Акустические нагрузки возникают вследствие работы двигателей РН при выведении КА на орбиту. Акустические нагрузки характеризую тся тем, что, в отличии от вибрационных нагрузок, приложены не к конкретным точкам закрепления КА на вибростенде или на РН, а ко всей поверхности КА – акустические нагрузки генерируются звуковыми волнами от головного обтекателя ракеты космического назначения.

4. Стенды обезвешивания: имитация невесомости для отработки

раскрываемых элементов конструукции

Стенд обезвешивания представляет сообой подвижный механизм, позволяющий приложить к конструкции механизма КА (крылья солнечных батарей, штанги раскрываемых антенн и т.д.) силу, равную по модулю весу этого механизма и направленную вертикально вверх, причём при работе механизма (при перремещении частей механизма при его работе) величина и направление равнодействующей силы должны оставаться неизменными.

В качестве равнодействующей силы можеет использоваться сила тяжести (через блок перекидывают трос с грузом, вес которого равен весу обезвешиваемой конструкции), сила упругости (силу создаёт пружина заданной жёсткости) или сила Архимеда (шары, наполненные гелием).

16