Nave

8.4 a Nave de Carga Efeitos

Sonda de superfície de carregamento é o acúmulo de líquido carga elétrica e, portanto, um potencial eletrostático na superfície externa de uma nave espacial, devido ao incidente de partículas com energias em quilo-elétron volts para dezenas de quilo-elétron volts gama. Uma espaçonave geossíncrona carrega quando o veículo encontra uma região de plasma aprimorado associada a uma tempestade magnetosférica. Estas “nuvens” de plasma têm energias típicas de partículas de 1 a 50 keV. Espaçonave grande, de baixa altitude, em órbita polar, carregam quando passam por regiões de atividade auroral. Espaçonaves menores em baixa altitude, órbitas polares podem carregar por causa de interações Multi-corpos, se estiverem perto de uma espaçonave maior enquanto passam por uma aurora.são preocupantes dois tipos de carregamento de veículos espaciais. Carga absoluta é o desenvolvimento de um potencial do quadro da espaçonave em relação ao plasma Espacial circundante. Carga diferencial é a mudança no potencial de uma parte da espaçonave em relação a outra. A carga diferencial pode produzir fortes campos elétricos locais que podem dar origem a descargas.naves espaciais em órbita geossíncrona carregam até dezenas de quilovolts. O satélite SCATHA demonstrou que o carregamento diferencial de superfície em naves espaciais durante as sub-tempestades está associado a descargas e anomalias operacionais. Em um evento, as diferenças potenciais de mais de 9,5 kV foram medidas no satélite . Ao mesmo tempo, 29 pulsos foram detectados pelo Monitor de pulso transitório. Dezassete dos impulsos excederam o nível máximo de instrumentos de 7.4 V. Coincidentes com as descargas foram três anomalias, incluindo uma perda de dados de 2 minutos. Um levantamento de 9 anos de dados do SCATHA mostra uma correlação entre a corrente de partículas com energias nas dezenas de quilovolts, o desenvolvimento de potenciais diferenciais de superfície em excesso de 100 V, e descargas eletrostáticas .foram observados alguns eventos de carga graves na região auroral. Durante 1983, os instrumentos a bordo do satélite meteorológico de Defesa 7 (DMSP 7) observaram um potencial absoluto de − 800 V. Desde então, alguns eventos com potenciais maiores, até − 1.2 kV, foram observados. Não foram associadas anomalias a nenhum dos eventos de carga observados. No entanto, a teoria prevê que a espaçonave maior do Futuro irá desenvolver potenciais ainda maiores.interações Multi-corpos podem causar ou aumentar a carga da superfície se duas naves isoladas eletricamente, como o ônibus espacial e um astronauta durante a atividade extra-veicular (EVA), estiverem perto uma da outra enquanto estiverem em um plasma de alta energia (keV). Uma vez que várias naves espaciais só foram voadas em órbitas equatoriais baixas onde partículas de alta energia não ocorrem naturalmente, carregamento devido a interações multibody não foi observado.

conforme mostrado na figura 8.6, a carga superficial causa problemas para naves espaciais operacionais. A carga diferencial pode conduzir a diferenças potenciais significativas entre superfícies adjacentes e, por conseguinte, a descargas. As descargas são pulsos rápidos, tipicamente de muitos amperes, por nanossegundos a microssegundos. Um efeito primário é a ocorrência de anomalias de comutação eletrónica, que podem ser desencadeadas por descargas relacionadas com a tarifação diferencial. Os transientes induzidos pela descarga podem causar falhas no sistema e, potencialmente, danos materiais. Uma anomalia mais comum é um comando fantasma, exigindo intervenção do solo, possivelmente resultando em perda de dados, reduzindo assim a vida operacional da nave espacial.

Figura 8.6. Os efeitos da carga de superfície da espaçonave incluem EMI, degradação da superfície e contaminação de descargas, interrupção das medições de partículas e maior atração de contaminação.

a carga superficial pode causar níveis aumentados de contaminação, resultando em alterações nas características da superfície. A carga da superfície da nave espacial pode aumentar a contaminação de duas maneiras. Primeiro, os contaminantes carregados são atraídos por superfícies carregadas de forma oposta. Alguns dos contaminantes que de outra forma se afastariam da espaçonave são atraídos para as superfícies carregadas e impactam em energias mais altas onde a ligação química é melhorada. Em segundo lugar, o material expelido durante uma descarga pode ser depositado em outras superfícies.a contaminação em superfícies com propriedades especiais, tais como lentes, pode destruir as propriedades especiais. Temperaturas mais elevadas podem resultar de propriedades ópticas de superfície alteradas. As características de carga podem mudar devido a alterações nos rendimentos secundários e fotoelectrónicos. A deposição de contaminantes dielétricos também pode mudar a condutividade superficial. Finalmente, o carregamento de superfície em naves espaciais pode influenciar as medições de plasma do ambiente espacial. A medida em que estes efeitos interferem com a missão da espaçonave varia de espaçonave para espaçonave e episódio de carga para episódio de carga. Foi no início da década de 1970 que as naves espaciais começaram a experimentar anomalias, e em um caso de falha, que parecia estar relacionado com o carregamento de naves espaciais. O início da década de 1970 foi quando a lógica computacional em subsistemas Eletrônicos foi introduzida pela primeira vez. A eletrônica mais sensível poderia ser perturbada por transientes que não afetaram a eletrônica em naves espaciais anteriores. À medida que a electrónica se torna mais sensível, as precauções tornam-se mais importantes.

o processo de acumulação de carga em superfícies de naves espaciais é entendido, e técnicas têm sido desenvolvidas para minimizar os problemas associados. A NASA desenvolveu as Diretrizes de projeto para avaliar e controlar os efeitos de carregamento das naves espaciais, que descreve a compreensão do problema na época e sugere técnicas para evitar problemas associados com a carga de superfície das naves espaciais. Códigos de computador foram desenvolvidos para ajudar designers no projeto de espaçonaves com efeitos mínimos de carga à superfície. A primeira linha de defesa contra a carga diferencial é a minimização da área de superfícies que são isoladores ou condutores flutuantes. Isto localiza o problema e reduz a quantidade de carga que pode ser rapidamente descarregada. (Às vezes as diferenças potenciais são maiores quando as áreas são menores, mas a carga total e a energia armazenada é menor.) A atenção cuidadosa ao projeto das partes da espaçonave onde as descargas são esperadas reduz ainda mais o risco. Blindagem e filtragem proteger os circuitos do IME resultante de qualquer descarga rápida remanescente. Para algumas aplicações, é necessária a redução da carga superficial, tanto diferencial como absoluto, usando materiais de superfície com alta emissão secundária de elétrons (controle de carga passiva) ou usando um emissor de plasma (controle de carga ativa).

nos últimos 15 anos, tem surgido preocupação em relação ao carregamento em espaçonaves polares de baixa altitude devido à precipitação de aurora. A espaçonave DMSP de 2 m tem sido observada para carregar a-1.2 kV, e uma espaçonave de 10 m pode carregar a-10 kV. A carga Auroral difere da carga geossíncrona na medida em que as correntes de carga tendem a ser muito mais altas, o veículo está em um ambiente de carga por apenas segundos, e a taxa de carga e o potencial alcançado dependem do tamanho do veículo. Além disso, efeitos de dois corpos e vigias podem se tornar importantes, e a carga diferencial entre veículos como um ônibus espacial e um astronauta durante o EVA é preocupante. A avaliação de um projeto de espaçonave em órbita polar de baixa altitude para possíveis problemas relacionados com a carga requer a consideração de interações mais complicadas e o uso de diferentes ferramentas e ambientes computacionais do que para espaçonaves geossíncronas. Além disso, as espaçonaves polares em órbita de baixa altitude precisam trabalhar bem nas regiões equatoriais. O trabalho do início da década de 1980 forneceu aos projetistas de espaçonaves ferramentas para reduzir o número e gravidade de anomalias associadas à carga de superfície, mas deixou algumas questões sem resposta. Com a miniaturização de Componentes, as naves espaciais modernas são mais vulneráveis à EMI, pelo que são necessários requisitos mais rigorosos.

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