Космическая среда - Space environment

Космическая среда - это раздел космонавтики , аэрокосмической техники и космической физики , целью которого является понимание и устранение условий, существующих в космосе, которые влияют на конструкцию и работу космических аппаратов. Связанная с этим тема, космическая погода , имеет дело с динамическими процессами в солнечно-земной системе, которые могут оказывать влияние на космический корабль, но также могут влиять на атмосферу, ионосферу и геомагнитное поле , вызывая несколько других видов воздействия на человеческие технологии. .

Воздействие на космический аппарат может быть вызвано радиацией , столкновением с космическим мусором и метеороидом , сопротивлением верхних слоев атмосферы и электростатическим зарядом космического корабля .

Радиация в космосе обычно исходит от трех основных источников:

  1. В пояса Ван Аллена излучения
  2. Солнечные протонные события и солнечные энергетические частицы ; и
  3. Галактические космические лучи .

Во время длительных миссий высокие дозы радиации могут повредить электронные компоненты и солнечные элементы. Серьезную озабоченность вызывают также вызванные радиацией «эффекты единичного события», такие как нарушение единичного события . Миссии с экипажем обычно избегают радиационных поясов, а Международная космическая станция находится на высоте значительно ниже самых опасных участков радиационных поясов. Во время событий солнечной энергии ( солнечные вспышки и выбросы корональной массы ) частицы могут ускоряться до очень высоких энергий и могут достигать Земли за 30 минут (но обычно это занимает несколько часов). Эти частицы в основном представляют собой протоны и более тяжелые ионы, которые могут вызвать радиационное повреждение, нарушение логических схем и даже опасность для космонавтов. Миссии с экипажем, чтобы вернуться на Луну или отправиться на Марс, должны будут иметь дело с серьезными проблемами, которые представляют солнечные частицы для радиационной безопасности, в дополнение к важному вкладу в дозы от низкоуровневых фоновых космических лучей . На околоземных орбитах геомагнитное поле Земли экранирует космические аппараты от большей части этих опасностей - процесс, называемый геомагнитным экранированием .

Космический мусор и метеороиды могут поражать космический корабль на высоких скоростях, вызывая механические или электрические повреждения. Средняя скорость космического мусора составляет 10 км / с (22 000 миль / ч; 36 000 км / ч), в то время как средняя скорость метеороидов намного больше. Например, метеороиды, связанные с метеорным потоком Персеиды, движутся со средней скоростью 58 км / с (130 000 миль / ч; 210 000 км / ч). Механические повреждения от ударов обломков изучались с помощью космических миссий, в том числе LDEF , у которой было зарегистрировано более 20 000 столкновений за 5,7-летнюю миссию. Электрические аномалии, связанные с ударами, включают космический корабль ЕКА Olympus, который потерял контроль над ориентацией во время метеорного потока Персеиды 1993 года. Аналогичное событие произошло с космическим кораблем Landsat 5 во время метеорного потока Персеиды в 2009 году.

Электростатический заряд космического корабля вызывается горячей плазмой вокруг Земли. Плазма, встречающаяся в области геостационарной орбиты, нагревается во время геомагнитных суббурь, вызванных возмущениями солнечного ветра. «Горячие» электроны (с энергиями в диапазоне киловольт- электронов ) собираются на поверхностях космических аппаратов и могут создавать электростатические потенциалы порядка киловольт. В результате могут происходить разряды, которые, как известно, являются источником многих аномалий космических аппаратов.

Решения, разработанные учеными и инженерами, включают, помимо прочего, экранирование космических кораблей, специальное « упрочнение » электронных систем, различные системы обнаружения столкновений. Оценка эффектов при проектировании космического корабля включает применение различных моделей окружающей среды, включая модели радиационных поясов, модели взаимодействия космического корабля с плазмой и модели атмосферы для прогнозирования эффектов сопротивления, возникающих на более низких орбитах и ​​при входе в атмосферу.

Эта область часто пересекается с дисциплинами астрофизики , атмосферных наук , космической физики и геофизики , хотя обычно с акцентом на применение.

Правительство Соединенных Штатов содержит Центр прогнозирования космической погоды в Боулдере, штат Колорадо . Центр прогнозирования космической погоды (SWPC) является частью Национального управления океанических и атмосферных исследований ( NOAA ). SWPC является одним из национальных центров прогнозирования окружающей среды при Национальной метеорологической службе (NWS ).

Воздействие космической погоды на Землю может включать ионосферные бури, временное снижение плотности озона , нарушение радиосвязи, сигналов GPS и определения местоположения подводных лодок. Некоторые ученые также предполагают связь между солнечной активностью и ледниковыми периодами . [1]

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки