űrhajó

8.4 űrhajó töltési hatásai

az űrhajó felszíni töltése a nettó elektromos töltés felhalmozódása, ezért elektrosztatikus potenciál az űrhajó külső felületén a Kilo-elektron volt energiájú részecskék miatt tíz kilo-elektron volt tartományban. A geoszinkron űrhajó akkor töltődik fel, amikor a jármű egy magnetoszférikus alállomáshoz kapcsolódó fokozott plazma régióval találkozik. Ezeknek a fokozott plazma “felhőknek” tipikus részecskeenergiája 1-50 keV. Nagy, alacsony magasságú, poláris pályán keringő űrhajók töltődnek, amikor áthaladnak az aurorális aktivitás régióin. Kisebb űrhajó alacsony magasságban, poláris pályák tölthetnek a többtestes kölcsönhatások miatt, ha egy nagyobb űrhajó közelében vannak, miközben áthaladnak egy aurorán.

két típusú űrhajó töltés aggodalomra ad okot. Az abszolút töltés az űrhajó keretének a környező térplazmához viszonyított potenciáljának fejlesztése. A differenciális töltés az űrhajó egyik részének potenciáljának változása a másikhoz képest. A differenciális töltés erős helyi elektromos mezőket eredményezhet, amelyek kisüléseket okozhatnak.

a geoszinkron pályán lévő űrhajók akár tíz kilovoltot is tölthetnek. A SCATHA műhold kimutatta, hogy az űrhajókon az alstormok során a differenciális felszíni töltés kisülésekkel és működési rendellenességekkel jár. Egy esetben a műholdon 9,5 kV-nál nagyobb potenciális különbségeket mértek . Ugyanakkor a tranziens impulzusmonitor 29 impulzust detektált. Az impulzusok közül tizenhét meghaladta a 7,4 V maximális műszerszintet. Egybeesik a kibocsátások három anomáliák, beleértve a 2 perces adatvesztés. A 9 éves SCATHA adatok felmérése összefüggést mutat a részecskék áramának a tíz kilovolt energiájával, a 100 V-ot meghaladó felületi differenciálpotenciálok kialakulásával, valamint az elektrosztatikus kisülésekkel.

néhány súlyos töltési eseményt figyeltek meg az aurorális régióban. 1983 folyamán a védelmi meteorológiai műhold 7 (DMSP 7) fedélzetén lévő műszerek − 800 V abszolút potenciált figyeltek meg . Azóta néhány esemény nagyobb potenciállal, akár − 1.2 kV, megfigyelték. A megfigyelt töltési események egyikével sem társultak anomáliák. Az elmélet azonban azt jósolja, hogy a jövő nagyobb űrhajói még nagyobb potenciált fognak kifejleszteni.

a Többtestű kölcsönhatások a felszíni töltést okozhatják vagy fokozhatják, ha két elektromosan izolált űrhajó, mint például a shuttle és egy űrhajós az EXTRAVEHICULARIS aktivitás (EVA) során, közel vannak egymáshoz, miközben egy nagy energiájú (keV) plazmában vannak. Mivel több űrhajót csak alacsony Egyenlítői pályán repültek, ahol a nagy energiájú részecskék nem fordulnak elő természetesen, a többtest kölcsönhatások miatti töltést nem figyelték meg.

a 8.6. ábrán látható módon a felszíni töltés problémákat okoz a működő űrhajók számára. A differenciális töltés jelentős potenciális különbségeket eredményezhet a szomszédos felületek között, így a kisülésekhez. A kisülések gyors impulzusok, jellemzően sok amper, nanoszekundumtól mikroszekundumig. Az elsődleges hatás az elektronikus kapcsolási anomáliák előfordulása, amelyeket differenciális töltéssel kapcsolatos kisülések válthatnak ki. A kisülés által kiváltott tranziensek rendszerhibákat és potenciálisan anyagi károkat okozhatnak. Gyakoribb anomália a fantom parancs, amely beavatkozást igényel a földről, ami adatvesztést eredményezhet, ezáltal lerövidítve az űrhajó működési élettartamát.

8.6.ábra. Az űrhajók felszíni töltésének hatásai közé tartozik az EMI, a felszíni lebomlás és a kisülésekből származó szennyeződés, a részecskemérések megzavarása és a szennyeződés fokozott vonzása.

a felületi töltés fokozott szennyeződést okozhat, ami a felületi jellemzők megváltozását okozhatja. Az űrhajó felszíni töltése kétféle módon fokozhatja a szennyeződést. Először is, a feltöltött szennyeződéseket az ellentétesen feltöltött felületek vonzzák. Néhány szennyező anyag, amely egyébként eltávolodna az űrhajótól, vonzódik a feltöltött felületekhez, és nagyobb energiákra hat, ahol a kémiai kötés fokozódik. Másodszor, a kisülés során kiürített anyag más felületekre is lerakódhat.

a speciális tulajdonságokkal rendelkező felületek, például a lencsék szennyeződése elpusztíthatja a különleges tulajdonságokat. A magasabb hőmérséklet a felületi optikai tulajdonságok megváltozásából eredhet. A töltési jellemzők változhatnak a másodlagos és a fotoelektron hozamok változása miatt. A dielektromos szennyeződések lerakódása megváltoztathatja a felületi vezetőképességet is. Végül az űrhajók felületi töltése torzíthatja az űrkörnyezet plazmaméréseit. Az, hogy ezek a hatások milyen mértékben zavarják az űrhajó küldetését, űrhajóról űrhajóra, töltési epizódról töltési epizódra változik. Az 1970-es évek elején az űrhajók anomáliákat kezdtek tapasztalni, és egy esetben meghibásodás, amely úgy tűnt, hogy az űrhajók töltésével kapcsolatos. Az 1970-es évek elején vezették be először a számítógépes szintű logikát az elektronikai alrendszerekben. Az érzékenyebb elektronikát felboríthatják azok a tranziensek, amelyek nem befolyásolták a korábbi űrhajók elektronikáját. Ahogy az elektronika érzékenyebbé válik, az óvintézkedések fontosabbá válnak.

a töltések felhalmozódásának folyamata az űrhajók felületén érthető, és olyan technikákat fejlesztettek ki, amelyek minimalizálják a kapcsolódó problémákat. A NASA kidolgozta az űrhajók töltési hatásainak értékelésére és ellenőrzésére vonatkozó tervezési irányelveket, amelyek leírják a probléma megértését abban az időben, és technikákat javasolnak az űrhajók felszíni töltésével kapcsolatos problémák elkerülésére. Számítógépes kódokat fejlesztettek ki, hogy segítsék a tervezőket az űrhajók tervezésében, minimális felületi töltési hatással. A differenciál töltés elleni első védelmi vonal a szigetelők vagy úszó vezetők felületének minimalizálása. Ez lokalizálja a problémát, és csökkenti a gyorsan lemeríthető töltés mennyiségét. (Néha a potenciális különbségek nagyobbak, ha a területek kisebbek, de a teljes töltés és a tárolt energia kisebb.) Az űrhajó azon részeinek gondos figyelembevétele, ahol a kibocsátások várhatók, tovább csökkenti a kockázatot. Az árnyékolás és a szűrés védi az áramkört az EMI-től, amely a fennmaradó gyors kisülésből származik. Egyes alkalmazásoknál a felületi töltés csökkentése, mind a differenciális, mind az abszolút, akár magas szekunder elektron-emisszióval rendelkező felületi anyagok felhasználásával (passzív töltésszabályozás), akár plazmakibocsátó (aktív töltésszabályozás) használatával szükséges.

az elmúlt 15 évben aggodalomra ad okot az alacsony magasságú, sarki keringő űrhajók töltése Az aurora csapadék miatt. Megfigyelték, hogy a 2 m − es DMSP űrhajó-1,2 kV − ig töltődik, egy 10 m-es űrhajó pedig-10 kV-ig tölthet. Az Auroral töltés abban különbözik a geoszinkron töltéstől, hogy a töltési áramok általában sokkal magasabbak, a jármű csak másodpercekig van töltési környezetben, és a töltési sebesség és az elért potenciál a jármű méretétől függ. Ezenkívül a kéttestes és ébrenléti hatások fontossá válhatnak, és aggodalomra ad okot az olyan járművek közötti differenciált töltés, mint például az űrsikló és az űrhajós az EVA alatt. Az alacsony magasságú, poláris pályán keringő űrhajók tervezésének értékelése az esetleges töltéssel kapcsolatos problémák szempontjából bonyolultabb kölcsönhatások figyelembevételét, valamint különböző számítási eszközök és környezetek használatát igényli, mint a geoszinkron űrhajók esetében. Ezenkívül az alacsony magasságú sarki keringő űrhajóknak jól kell működniük az egyenlítői régiókban. Az 1980-as évek elején az űrhajók tervezői eszközöket biztosítottak a felszíni töltéssel kapcsolatos anomáliák számának és súlyosságának csökkentésére, de néhány kérdés megválaszolatlan maradt. Az alkatrészek miniatürizálásával a modern űrhajók sebezhetőbbek az EMI-vel szemben, ezért szigorúbb követelményekre van szükség.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.