Внешние воздействующие факторы космического пространства

Космические аппараты в течение срока своего существования подвергаются воздействию различных факторов космического пространства. Согласно современным представлениям, основными факторами космического пространства, способными повреждать радиоэлектронную аппаратуру (РЭА) КА, являются следующие [1–5]:

· ионизирующее излучение;

· космическая плазма;

· тепловое излучение Солнца, планет и космического пространства;

· невесомость;

· собственная внешняя атмосфера;

· микрометеориты;

· космический вакуум;

· замкнутый объем.

Ионизирующее излучение состоит из потока первичных заряженных ядерных частиц (электроны, протоны и тяжелые заряженные частицы (ТЗЧ)), а также вторичных ядерных частиц — продуктов ядерных превращений, связанных с первичными частицами. Основные эффекты воздействия ИИ на РЭА связаны с ионизационными и ядерными потерями энергии первичных и вторичных частиц в активных и пассивных областях ПП и ИС, входящих в состав РЭА. Эти эффекты могут вызвать параметрический отказ ПП и ИС вследствие накопления дозы ИИ, а также возникновение одиночных сбоев и отказов от воздействия отдельных высокоэнергетических ядерных частиц. Кроме этих эффектов также может наблюдаться: изменение прозрачности оптических сред (радиационное окрашивание и растрескивание оптических стекол); световые помехи в оптико-электронной аппаратуре вследствие радиолюминесценции и воздействия ядер космических излучений в оптических деталях; пробой и растрескивание изолирующих материалов вследствие электризации диэлектриков и протекания радиационно-стимулированных химических реакций; уменьшение мощности источников питания из-за деградации солнечных батарей.

Влияние космической плазмы проявляется через электризацию диэлектрических защитных и термоизолирующих покрытий. При достижении критического заряда происходит внутренний локальный электростатический пробой, который может привести к непосредственному отказу или сбою прибора. Кроме того, возможен косвенный эффект, вызванный действием электромагнитного поля, возникающего при пробое.

При воздействии теплового излучения Солнца, а также при попадании в зону тени от других объектов, происходит неравномерный разогрев конструкций КА, приводящий к значительным циклическим изменениям температуры поверхности КА. В результате возникают температурные градиенты, которые могут приводить к возникновению термомеханических напряжений и термо-э.д.с. Кроме того, температурные эффекты приводят к изменению характеристик ПП и ИС, входящих в состав РЭА КА.

Из-за действия невесомости ухудшается тепловой режим работы РЭА, так как отсутствует конвекционный съем тепла с нее.

Воздействие микрометеоритов приводит к механическим повреждениям внешней поверхности приборов. Наиболее существенно этому воздействию подвержены солнечные батареи.

Влияние замкнутого объема проявляется в виде отсутствия привычной шины земли, вследствие чего общий потенциал колеблется, а протекание поверхностных токов по поверхности КА может служить дополнительным источником возникновения сигналов помех.

Таким образом, на функционирование РЭА КА воздействует много различных факторов, каждый из которых может вызвать сбой или отказ всей системы, и в общем случае необходимо принимать во внимание все действующие факторы, однако влияние двух первых из перечисленных выше факторов (ионизирующее излучение и космическая плазма) доминирует. В рамках настоящего курса будут рассмотрены эффекты, вызванные действием проникающей радиации КП. По этой причине радиационные условия в космическом пространстве следует рассмотреть несколько подробнее.