Воздействие космической радиации на бортовую аппаратуру КА
Отказы и сбои в работе бортового электронного оборудования КА, обусловленные радиационным воздействием, делятся на две группы: отказы, вызываемые постепенным ухудшением характе- ристик элементов микроэлектроники в результате накопления радиационных дефектов, и внезапные сбои и отказы, связанные с воздействием отдельных ядерных частиц. Первая разновидность отказов свойственна аналоговым бипо- лярным интегральным схемам (ИС). В качестве критериев ухуд- шения параметров таких ИС можно использовать рассмотренные выше применительно к ФЭП коэффициенты, которые характери- зуют зависимость времени жизни и диффузионной длины неосновных носителей заряда от флюенса воздействующих частиц. Ухудшение характеристик полупроводниковых материалов, из которых изготовлены ИС, приводит к деградации эксплуатаци- онных параметров ИС, например, к снижению коэффициента пе- редачи тока (коэффициента усиления).
Интересной особенностью радиационного воздействия на аналоговые биполярные ИС является обнаруженный в начале 1990-х гг. «эффект низкой интенсивности излучения», заклю- чающийся в усилении деградации параметров микросхемы по мере снижения интенсивности облучения при условии сохране- ния неизменной суммарной поглощенной дозы. Возникновение этого эффекта связано с процессами в толстых оксидных слоях, имеющихся в биполярных ИС.
Отказы и сбои приборов КА
Интересной особенностью радиационного воздействия на аналоговые биполярные ИС является обнаруженный в начале 1990-х гг. «эффект низкой интенсивности излучения», заклю- чающийся в усилении деградации параметров микросхемы по мере снижения интенсивности облучения при условии сохране- ния неизменной суммарной поглощенной дозы. Возникновение этого эффекта связано с процессами в толстых оксидных слоях, имеющихся в биполярных ИС. Современные цифровые ИС строятся на основе структур ме- талл–окисел-полупроводник (МОП), функционирующих на ос- новных носителях заряда, вследствие чего радиационные де- фекты оказывают на них малое влияние. Однако для таких ИС весьма критичными являются эффекты, вызываемые отдельными заряженными частицами ГКЛ, СКЛ или РПЗ.
Существует несколько видов подобных эффектов, но наиболее часто возни- кают обратимые одиночные сбои.
Эффекты РПЗ на КА
Основными источниками радиационной опасности на КА являются три наиболее мощных и достаточно хорошо изученных радиационных поля, которые отличаются своим происхождением и состоят из потоков частиц с отличными энергетическими спектрами.
Другие известные радиационные поля (ионы аномального компонента космических лучей, ионы захваченной радиации, электроны и протоны альбедо на низких высотах), состоят из более слабых потоков частиц и еще недостаточно изучены. Основная часть этих потоков состоит из частиц с энергией менее нескольких МэВ и поэтому их вклад в радиационную опасность на КА в основном должен быть связан с поверхностными эффектами.
В межпланетном пространстве существуют:
· галактические космические лучи (ГКЛ), в состав которых входят протоны и ядра химических элементов;
· солнечные космические лучи (СКЛ), в состав которых входят протоны и ионы химических элементов.
В околоземном космическом пространстве существуют:
· радиационные пояса Земли (РПЗ), которые в основном состоят из электронов и протонов, захваченных магнитным полем Земли.
12. Межпланетные миссии. Электронная бортовая аппаратура межпланетных КА
Список межпланетных космических аппаратов — список космических аппаратов, которые использовались для исследования планет, комет и астероидов Солнечной системы. В списке приведены все межпланетные аппараты, запущенные в период с 1958 по 2011 год, а также государства и космические агентства, участвовавшие в запусках и исследованиях. Также приведены планируемые миссии, уже утверждённые национальными космическими агентствами. Данные представлены в хронологическом порядке, отдельно выделены удачные, неудачные, текущие и планируемые запуски.
Всего на март 2016 года было запущено 226 аппаратов[1] (включая пролётные миссии):
к Меркурию — 2
к Венере — 33
к Луне — 97 АМС + 9 пилотируемых кораблей
к Марсу — 46
к Юпитеру — 9
к Сатурну — 4
к Урану — 1
к Нептуну — 1
к Плутону — 1
к Церере — 1
к астероидам и кометам — 24
Геостационарные спутники
Геостационарный искусственный спутник Земли представляет собой аппарат, который двигается вокруг планеты в восточном направлении, по круговой экваториальной орбите с периодом обращения, равным периоду собственного вращения Земли. Если смотреть на такой спутник с Земли, то наблюдателю покажется, что он не движется, а стоит на одном месте. Высота его орбиты равна 36 000 километров от поверхности планеты. Именно с такой высоты видна почти половина поверхности Земли - openaxiom.ru. Поэтому, расположив равномерно вдоль экваториальной орбиты на равном расстоянии (через 120°) три одинаковых спутника, можно обеспечить непрерывное наблюдение за поверхностью планеты в диапазоне широт, равном плюс-минус 70°, и глобальную круглосуточную радио- и телевизионную связь.
Если бы геостационарные спутники были видны на небе невооружённым глазом, то линия, на которой они были бы видны, совпадала бы с «поясом Кларка» для данной местности.
Для перевода спутников с низковысотной орбиты на геостационарную используются переходные геостационарные (геопереходные) орбиты (ГПО) — эллиптические орбиты с перигеем на низкой высоте и апогеем на высоте, близкой к геостационарной орбите.
После завершения активной эксплуатации на остатках топлива спутник должен быть переведён на орбиту захоронения, расположенную на 200—300 км выше ГСО.
Спутник, обращающийся на геостационарной орбите, находится под воздействием ряда сил (возмущений), изменяющих параметры этой орбиты. В частности, к таким возмущениям относятся гравитационные лунно-солнечные возмущения, влияние неоднородности гравитационного поля Земли, эллиптичность экватора и т. д.
Космическая радиация. Типы
Радиация (часто также используется термин «ионизирующее излучение») — потоки элементарных частиц, ядер и электромагнитных квантов в широком диапазоне энергий[2], взаимодействие которых с веществом вызывает ионизацию его атомов и молекул, разрушение атомной и молекулярной структуры вещества. Радиация приводит к негативным последствиям как в различных технических устройствах, так и в биологических объектах. Основные практически важные источники космической радиации — это галактические космические лучи (энергетический спектр до 1019 эВ/нуклон), солнечные космические лучи (в диапазоне энергий до 1000 МэВ), электроны (до 10 МэВ) и ионы (до 400 МэВ) радиационных поясов Земли, а также солнечные кванты рентгеновского и гамма излучений. Наиболее радиационно-опасными являются частицы с энергиями более 30-50 МэВ. Для большинства типов космической радиации основным механизмом передачи энергии веществу являются ионизационные потери, то есть вырывание электрона с внешней оболочки атома за счёт передачи ему части энергии налетающей частицы или генерация электронно-дырочных пар в веществе. Кроме этого для частиц с энергией, превышающей несколько 100 МэВ/нуклон, возможны ядерные реакции, порождающие значительное вторичное излучение (нейтроны, мезоны, гамма-кванты и фрагменты ядер), которое также следует учитывать при анализе радиационной обстановки.