Опишите радиационную обстановку в околоземном космическом пространстве; энергетический и массовый спектры солнечных и галактических космических лучей, частиц радиационных поясов Земли.

На основе моделей потоков частиц космической радиации рассмотрены основные особенности изменения радиационных условий, которые необходимо учитывать при прогнозировании работоспособности аппаратуры на борту космических аппаратов. Как известно, присутствие потоков заряженных частиц высокой энергии в космическом пространстве служит причиной повышенного уровня отказов и сбоев в электронных системах на борту космических аппаратов (КА). Для этих целей использован интегрированный пакет программ COSRAD05, специально разработанный для прогнозирования радиационных условий и характеристик радиационного воздействия на борту КА. В пакет программ включен генератор координат орбит КА, использование которого совместно с компьютерными версиями моделей потоков частиц в околоземном космическом пространстве обеспечивает расчет на орбитах КА энергетические спектры потоков:

· электронов и протонов в радиационных поясах Земли (РПЗ);

· тяжелых заряженных частиц (протонов и ядер химических элементов) галактических космических лучей (ГКЛ);

· тяжелых заряженных частиц (протонов и ионов химических элементов) солнечных космических лучей (СКЛ),

а также спектры линейной передачи энергии тяжелых заряженных частиц, поглощенную дозу и частоту сбоев в микросхемах при воздействии указанных видов космической радиации.

Солнечными космическими лучами называют ускоренные на Солнце во время вспышек и затем "убежавшие" в межпланетное пространство заряженные частицы: электроны, протоны и ядра более тяжелых элементов, энергия которых заключена в интервале от нескольких десятков кэВ до десятков и сотен МэВ, а иногда и выше. Солнечные космические лучи (СКЛ) интенсивно изучаются уже свыше 50 лет, первое событие в СКЛ зарегистрировано в 1942 г. на уровне Земли. Уже первые наблюдатели отмечали связь потоков СКЛ с солнечными вспышками. Эта связь вполне очевидна для наземных возрастаний СКЛ, которые обычно наблюдаются одновременно или непосредственно после очень больших вспышек. В тех случаях, когда нет явных данных о мощной вспышке на видимой части Солнца, существуют убедительные косвенные свидетельства того, что такая вспышка происходила за солнечным лимбом. Наземными приборами могли быть замечены события в СКЛ огромной мощности.

СПЕКТР СКЛ:СКЛ, в основном, представляют собой потоки протонов разных энергий. Химический и изотопный Состав ускоренных во вспышках частиц передает состав атмосферы Солнца в области ускорения. Условия, обеспечивающие ускорение частиц во вспышках -возникновение квазистационарного или наведенного электрического поля, реализуются, как правило, в активных областях, где наблюдаются динамические процессы, движения солнечного вещества-плазмы и изменения магнитного поля, т.е. в центрах активности Солнца. Состав атмосферы в центрах

Галактические космические лучи (ГКЛ) состоят из ядер различных химических элементов с кинетической энергией Е более нескольких десятков МэВ/нуклон, а также электронов и позитронов с Е>10 МэВ. Эти частицы приходят в межпланетное пространство из межзвёздной среды. Наиболее вероятными источниками космических лучей считаются вспышки сверхновых звёзд и образующиеся при этом пульсары. Электромагнитные поля пульсаров ускоряют заряженные частицы, которые затем рассеиваются на межзвёздных магнитных полях[7]. Возможно, однако, что в области Е<100 МэВ/нуклон частицы образуются за счет ускорения в межпланетной среде частиц солнечного ветра и межзвездного газа. Дифференциальный энергетический спектр ГКЛ носит степенной характер.Средняя энергия первичных частиц, наблюдаемых около Земли, ~1010 эв, энергия отдельных частиц может достигать 1020 эв и выше. Энергетический спектр галактических протонов при энергиях больше 104 Мэв может быть представлен в виде

где Е выражено в Мэв.Энергетический спектр и массовый состав ГКЛ могут быть измерены либо непосредственно, т.е., в результате прямой регистрации частиц ГКЛ в экспериментах, осуществляемых на баллонах и спутниках, либо с использованием косвенных методов, основывающихся на исследовании характеристик широких атмосферных ливней (ШАЛ), возникающих в результате развития каскадного процесса ватмосфере.

Состав магнитосферной плазмы контролируется солнечным ветром. При пересоединении магнитосферного и межпланетного магнитных полей, наиболее эффективном при южном направлении ММП, происходит проникновение плазмы солнечного ветра в плазменный слой хвоста магнитосферы (за время около 2 часов). Магнитосферное электрическое поле переносит плазму из хвоста во внутренние области магнитосферы (конвективный перенос, еще 2 часа), где она захватывается геомагнитным полем и формирует кольцевой ток.

Другим источником магнитосферной плазмы является земная ионосфера. Ионосферные ионы вытягиваются продольными токами в область плазменного слоя, где начинают участвовать в конвективном движении к Земле.

силовой линии и дрейфуют в неоднородном магнитном поле внутренней магнитосферы. При этом положительные ионы движутся на запад, а электроны – на восток. Раздельное движение ионов и электронов приводит к возникновению кольцевого тока. Состав кольцевого тока меняется в зависимости от геомагнитной возмущенности. Спокойный кольцевой ток состоит главным образом из протонов солнечного происхождения, в то время как во время магнитных бурь возникает значительная компонента ионов ионосферного происхождения (ионов кислорода). Уравнение Десслера-Паркера-Скопке (Десслер, Паркер, 1959; Скопке, 1966)

связывает полную энергию частиц кольцевого тока с магнитным полем кольцевого тока и, таким образом, позволяют исследовать динамику кольцевого тока во время магнитной бури: