האיום של פלאסמה: מדוע עיצוב חלל חייב להיות מורכב

החלל אינו ריק.הוא מלא במרק סוער של חלקיקים טעונים - אלקטרונים, פרוטונים וצלים כבדים יותר - הידוע באופן קולקטיבי כפלסמה חלל.עבור כל חללית השוכנת מעבר לאטמוספירה המגנה של כדור הארץ, אינטראקציות עם פלזמה זו הן בלתי נמנעות.שמאל לא מחוספס, אינטראקציות אלה יכולות לפענוח מערכות סולאריות, נתונים מושחתים, לגרום לפירוקים אלקטרוסטטיים, ואפילו להוביל לכשלים לאמנים מוקדמים, ולכן לאופת חללית, ולכן לא מתאים, ולכן לא לאימון אווירת, הוא כוח אדם, לא מתאים, ולכן, הוא כוח אדם, לא מתאים לאימון הנדסי, הוא לא מתאים, ולכן, הוא לא מתאים, הוא לא מתאים, ולכן, ולכן, הוא לא מתאים, הוא לא מתאים, הוא לא מתאים, ולכן, הוא לא מתאים, הוא כוח אדם, ולכן, ולכן, לא מתאים, לא אטומי, הוא כוח אדם, הוא כוח אדם, לא מתאים לאימון הנדסי, ולכן, הוא כוח אדם, ולכן, לא מתאים לאימון אווירת, הוא לא מתאים לאימון אווירת, הוא לא מתאים, ולכן, לא מתאים לאימון אווירת, הוא לא מתאים לאימון אווירת, הוא לא מתאים לאימון אווירת חלל, ולכן, ולכן, ולכן,

במהלך ששת העשורים האחרונים, למדו לקחים ממשימות כגון ה-FLT:0 (SCATHAFOVA) 1 (Spacecraft Charging at High Altitudes), ה-FLT:2DSCSFLT:3 (Defense Satellite Communications System) ותוכנית ה-FLT:4 של תחנת החלל הבינלאומית:5 יש סט חזק של עקרונות עיצוב זה מרחיבה את עקרונות הפיזיקה הספציפיים, אשר מפעילים את האינטראקציות של פלזמה ופעולות ספציפיות של כישלונות.

הבנת סביבת פלאסמה

תכונות פלזמה חלל משתנות באופן דרמטי בהתאם למיקום, פעילות השמש, ותנאי שדה מגנטי מקומיים.מעצבים חייבים לאפיין את הסביבה הפלסמה הגרועה ביותר עבור מסלול או מסלול היעד לפני בחירת חומרים וגישות להפחתה.

כדור הארץ נמוך (LEO) פלאסמה

ב- LEO (קווי הרוח מ-200 ק"מ ל-1,000 ק"מ), המין הפלזמה הדומיננטי הם מושגים של חמצן אטומי (O⁺ אלקטרונים ומושגים מולקולריים.הדחיסות יכולה להגיע ל-1012 חלקיקים למ"ק במהלך השמש מקסימום. at pathal velocities of -7.8 ק"מ /s, חלליות ramside ramside עם חמצן אטומי ניטרלי ואנרגיות עד 5V, גורם לשחיקה כימי גם לתפקוד אפילמטיל.

כדור הארץ אורביט (GEO) פלאסמה

לווייני GEO (גישה) 35,786 ק"מ נתקלים פלזמה חמה, מטושטשת יותר במהלך סופות תת-קרקעיות, זריקות של אלקטרונים אנרגטיים (1–50 keV) ומושגים (1–200 keV) גורמים לטעינה שונה בין פני השמש והצליחים.הפלסמה המבולחתת נמוכה ( ⁇ 1 ס"מ) ומאפשרת לבנות עד עשרות קילובות של קילובבות ועשרות ספגו תקלות.

הרוח הבין-כוכבית וסול השמש פלאסמה

המשימה לירח, מאדים ומרחב עמוק חוצים את הרוח השמש - זרם סופר-קולי של - 1 keV Protons, 10 אלקטרונים eV חלקיקים, חלקיקים אלפא. Denities הם נמוך (כמה ס"מ -3 ב 1 AU), אבל אנרגיות ion גבוהות יכול לגרום sputtering ו dielectric הטעינה. Jovian ו- Saturnian מגנטיspheres להציג אפילו חגורת קרינה קשה יותר, עם אלקטרוניקה, כישרונית, כי בתוך אלקטרוניקה.

מנגנוני כישלונ ספציפיים מאינטראקציות פלאסמה

אינטראקציות פלזמה אינן תופעה אחת; הן מופיעות במספר מצבי כישלונות שונים שיש לטפל בהם באופן עצמאי.

טעינה על פני השטח ואלקטרונית (ESD)

כאשר חללית מצטברת מטען חשמלי מהר יותר ממה שניתן לנטרל, הבדל פוטנציאלי מתפתח בין פני השטח ובין משטח לבין החללית כאסאסאסה. ב- GEO, תרחיש הכישלון הקלאסי הוא פריקה "שלמה" על פני שמיכה תרמית או מערכת השמש, ויצר דופק אלקטרומגנטי רחב שזוגות לתוך אלקטרוניקה רגישה.זה יכול להשחית זיכרון, לאפס מחשבים, או לגרום לצמד במעגלים משולבים.

דיאלקטרי עמוק (קיצור)

אלקטרונים עתירי אנרגיה ( ⁇ 1 MeV) חודרים למגן חיצוני והופכים לכודים בתוך דיאלקטריים כגון בידוד כבל, לוחות מעגלים, ושמיכה תרמית.לאורך זמן, מטען פנימי מצטבר עד השדה החשמלי עולה על עוצמת ההתמוטטות של החומר, וכתוצאה מכך פריקה פתאומית של פני השטח ESD, פריקות פנימיות יכולות להתרחש ימים או שבועות לאחר אירוע קרינה מקושר:01998181 של חגורת אלקטרון (ה-2 ⁇ ) מעמוד ה- 4.

פלאסמה Erosion ו- Contamination

ב- LEO, חמצן אטומי מהיר (התקבל כאשר ramions ללכוד אלקטרונים) התקפות כימיות חומרים אורגניים, המרת קטון, פולימדיד, ורבים מציירים לתוך תחמוצת תנודתיות.שחיקה זו מדבקה משטחים של שליטה תרמיים, מדגמת ציפויים אופטיים, וחלשים רכיבים מבניים.אטומיים מגיבים גם עם צנרת דחף, מהפקדים על חיישנים וקרינת פחמן:0FR.

אוסף נוכחי אטומי ודרקון

מערך סולארי גבוה (>100 V) ב- LEO יכול לאסוף אלקטרונים מהפלזמה הממוקדת, יצירת זרם "פרסיטי" המקטין את תפוקת החשמל ויכול לגרום לקשתות.TheFLT:0 התחנה הבינלאומית של תחנת החלל הבין-לאומית FLT1 תוכנן במקור ל-160, אך חששות האינטראקציה של פלזמה הובילו למערכת מבוססת-קרקע שמגבלות לחיזוי חללי-167, בנוסף לנטראקטיביזם, על ידי יצירת כוחות ההפצצות הסולאריות.

ההבדל עם מכשירים

היווצרות של פלאסמה סביב חללית משנה שדות חשמליים ומגנטיים מקומיים, המדידות מפריחה שדה חשמלי, Langmuir בדיקות, ומגנטים. כלי פעיל, כגון ספקטרום ion, עשויים לחוות זרמים הטיה גבוהה או פיזור אנרגיה חלקיק מעוות עקב פוטנציאל חלליות.

אסטרטגיות עיצוב עבור PlasmaHardening

אינטראקציות פלזמה מגרות דורש גישה הוליסטית המשלבת חומרים, עיצוב חשמל, מגן ופרוטוקולים תפעוליים.הסעיפים הבאים מפורטים אסטרטגיות מוכחות בשימוש על חלליות מודרנית.

אפשרויות ל-Purface Coatings

קו ההגנה הראשון הוא בחירת חומרים חשופים לקריטריונים של פלזמה.

  • התנהגות אלקטרונית חזקה: טבלאות התנהגותיות> מוליכות (למשל, אלומיניום, שמיכות מובנות ITO, צבעי פחמן מלאים מוליכים) עוזרות לשווי ולעקוב אחר מטען אחיד. â € ¢ <חזק>GSFC-STD-STD-7000B המנדטים סטנדרטיים כי לכל חלליות ב- GEO יש התנגדות 1 < / msq.
  • (ב) [ה]ההתנגדות לחמצן: [ה] למשימות של LEO, חומרים חייבים להיות בעלי תשואות נמוכות של ציפויים ממולאים, פלואורופולמרים (למשל, Teflon FEP), ושכבות מגן של SiO2 או Si3N4 מוחלות בדרך כלל על פני השטח הפגיעים.
  • (FLT:0 דיפולציה מטען חשמלי:0) ;0) חומרים לא-מוליכים צריך להימנע בשכבות עבות.במקום דיאלקטריות הן בלתי נמנעות (למשל, מעילים בכבלים, לוחות מעגלים תת-קרקעיים), יש להימנע מהם על ידי מטוסים מוליכים.

דוגמה למבחר חומרי מוצלח היא ה-FLT:0 ואן אלן פרובאסFLT:1 (לשעבר RBSP), שהשתמש ב-epoxy, ITO-coated MLI שמיכה, ו-אלומיניום כדי למנוע טעינה בחגורת הקרינה האינטנסיבית.

אלקטרוסטטי Discharge (ESD) ניהול

בקרת ESD כוללת גם מניעת בניית מטען ולהבטיח כי כל נתיב השחרור אינו מזיק.

  • (ב) ⁇ :0) מקיפים וחיבור: כל משטחים מוליכים חייבים להיות מעוקלים על פני כוכב משותף או רשת קרקע עם חיבורים של ESD ייעודיים, מברשות, מברשות, ומצילים חובקים מפורטים בהנחיות עיצוב חשמל כגון FLT:2MIL-STD64FLT 3R3R).
  • (ב) [ה]: [ה], [ה],] [ה], [ה],] [ה], [ה]]], [ה],] [ה]]ההכוח] של ה[[המאה ה-20]], הוא בעל משקל רב של [[המאה ה-20]], ו[[המאה ה-20]], [[המאה ה-20]], [[המאה ה-20]],]], [[המאה ה-20]],]], [[המאה ה-20]],]], [[ה[[המאה ה-20]], [[המאה ה-20]],]], [[המאה ה-20]],]], [[1924]], [[המאה ה-20]], [[1924]], [[1924]],]],]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]],]], [[1924]], [[1924]], [[ה[[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]], [[
  • (FLT:0Corona ו- חלקית פיצויי: ההרחבה:ראה פרקי 1) גבוהים צריכים להיות מלוכדים, מאוישים, או שוכנו במתאים מחוננים כדי למנוע כישוף נמוך.

מגן ושחרור

הגנה מפני הגנה מפני אלקטרוניקה ודיאלקטריות הן מפני חלקיקים באנרגיה גבוהה שגורמים לטעינה פנימית.

  • (הופנה מהדף ⁇ :0) , 000: ⁇ (ה) , תוספת אלומיניום או גליונות טנטלום לאוטובוס החללית יכולה להגביר את השטף האלקטרוני. עובי הנדרש משתנה על ידי מסלול.עבור GEO, מגן טיפוסי של 2.54 מ"מ (100 מייל) אל מפחית סיכון טעינה פנימי עבור רוב הרכיבים.
  • (ב) יש להציב את הקופסאות האלקטרוניות הסנסקטיות בפנים החללית, הרחק מהפאנלים החיצוניים שבהם יש צורך להצמיד כבלים מן פני השטח החיצוניים ולהגן עליהם.
  • (FLT:0) בידוד אדום: FLT:1 כדי למנוע שחרור אחד מנטילת תת-מערכת שלמה, מעגלים קריטיים צריך להיות מבודד באמצעות אופטופוררים, מהפךים, בידוד גליוני מבוסס תוכנה "כלב צופה" יכול להתאושש מהתפרצויות טראנסנט.

יוצרי קשר גרורות Active Charge Control

עבור משימות הדורשות פוטנציאל חלליות נמוך (למשל, מכשירים מדעיים המדאימים פלזמה באנרגיה נמוכה), מכשירים פעילים מועסקים כדי לשלוט על המטען.

  • (ב) [ה][דרוש מקור]] [ה]]: [ה] [ה] [ה]] [ה'] [ה']] [ה']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']']'[ה']']'[ה']'[ה']']']'[ה']']']'[ה'[ה']'[ה'[ה'[ה'[ה']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']'[ה'[ה']']']']']']']'[ה'[ה'[ה']']']']']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']']']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה']']'[ה']']']'[ה'[ה']'[ה'[
  • (FLT:0) פולטים (FEACs): אנדרל 1 שדה פליטת קטונים ניתן להשתמש על לווינים קטנים כדי לנתק את המטען ללא חלקים נעים.
  • (FLT:0) דחפורים פלזמה (PPTss): FLT:1 בעוד בעיקר עבור הנטועה, PPTs גם להזריק לתוך פלזמה ויכול לעזור לדמם את הפוטנציאלים במהלך סופות תת-קרקעיות.

הגנה אווירית

מערך השמש פגיע במיוחד משום שהם מייצרים מתח גבוה ו נחשפים לטכניקות פלזמה ישירות.

  • (FLT:0)Coverglass ציפויים: FLT:1 ציפויים אנטי-reflective (למשל, MgF2, SiO2) להפחית את שחיקה חמצן אטומית.
  • (ב) ⁇ :0) , ⁇ (ב) , כאשר מתח גבוה נחשף, הם אתר משותף עבור קשתות.
  • (FLT:0Series ו-מקבילה מגביל:FLT:1) , בתנאי את המערך לחלקים קטנים יותר עם חסימת דיודות מגבילים את האנרגיה הזמין עבור קשת.השימוש בבידוד "רמת סטרינג" מאפשר קשת בודדת לנסוע רק חלק של המערך.
  • <חזק>Voltage derating: מערכת השמש של הפעלה במתחים מתחת לסף השבר פלזמה (בדרך כלל < 100 V ב LEO) מפחיתה באופן משמעותי את ההסתברות המתפתלת.

בדיקה ואימות: Proving Plasma Hardness

עיצוב לבד אינו מספיק; חומרה חייבת להיבדק בתנאי פלזמה מייצגים.תקני מבחן מפתח כוללים:

  • בדיקה אחרונה ב-5 ביולי 2010. ^ NEL:0ESD Testing (MIL-STD-461 או NASA GSFC): ibph:1 injecting 25 kV ESD הדופקs into a החללית תוך מעקב אחר סףים סוערים.
  • (ב) מבחנים:0 (Plasma Cell: FLT:1hil Suspending the החללית בתא ואקום גדול מלא פלזמה דלת-density בעודו מדגימה את תאורה השמש ואת כלי האלקטרונים כדי ליצור טעינה הגרועה ביותר.
  • (FLT:0) בדיקות שחיקה ממתיטאריות: FLT:1 מציג דגימות לדבורים חמצן אטומי (למשל, ממקור פלזמה חמצן RF או אטום חמצן במורד הזרם) כדי למדוד אובדן המוני והשפלה רכוש.
  • (הדגשה עמוקה): [13] עיין בדגימות דיאלקטריות עם אלקטרונים עתירי אנרגיה גבוהה מוואן דה גרפן או מאיץ ליניארי כדי לאמת את גבולות הישיעה הפנימית.

מחקרים: שיעורים ממשימה קודמת

DSCS - הכישלון הראשון

מערכת התקשורת של הלוויין (DSCS) 3 לווייניים בשנות ה-80 חוו חריגות חוזרות ונשנות של מערכת החשמל במהלך סופות תת-קרקעיות גיאומגנטיות.חקירות גילו כי מחברים מערכים סולאריים לא היו מבוססים כראוי, ומאפשרים טעינה שונה כדי לגרום למעקב קשת.

המונחים: inside Charging

לוויין השחרור המשולב והקרינה (CRRES), שהושק ב-1990, נשא כלים למדידת דינמיקות פנימיות וקרינת קרינה.הנתונים שלו קשורים באופן חד-משמעי להפרעות חד-פעמיות (SEUs) באלקטרוניקה לטעינה פנימית מ- >1 אלקטרונים.תוצאות הובילו ישירות לדרישות חדשות למגן עבור כל לווייני GEO.

ISS - אטומי חמצן אטומי

ציפוי הבקרה התרמית של תחנת החלל הבינלאומית, במקור מבוסס קפיטטון, ירד מהר יותר מאשר צפוי ב LEO. TheFLT:0MISSEFLT:1 ניסויים הובילו לשינוי לקראת טיפטון מחוסנים וציפוי מגן, המשתרעים על פני השטח מ -3 שנים עד 10 שנים.

שם הסרטון: Spacecraft פוטנציאלי control

משימת השדה המגנטי של סוכנות החלל האירופית (USARm) לשנת 2013 דורשת פוטנציאל חללי נמוך מאוד (< 200 מ"ר) כדי להימנע משחיתת נתוני המגנט שלה.מהנדסים התקין מדחף פעיל (RIT-10) ומערך פולש שדה לדמם את המטען, השגת השליטה הנדרשת בסביבת ה- LEO הקשה.

פיתוח עתידי: Next-Generation Plasma Resistance

מחקר ופיתוח טכנולוגיה ממשיכים מבטיחים אפילו עיצובי חלל חזקים יותר.

חומרי ההולכה עצמית

חוקרים מפתחים תרכובות שמשחררות סוכני ריפוי נוזליים (למשל, מיקרו-נפולים סיליקון) כאשר מתרחשת פריצת סדק או שחיקה.חומרים כאלה יכולים לשחזר תכונות תרמיות ודיאלקטריות לאחר נזק חמצן אטומי או השפעות מיקרו-מטראואידיות.

מערכות Active Plasma Mitigation Systems

"מגינים פלאסמה" באמצעות שדות מגנטיים כדי להדוף חלקיקים טעונים נמצאים תחת לימוד.ה-FLT:0 Magnetic Nozzle Plasma ShieldFLT:1, הציע במקור עבור מעבר בין כוכבי לכת, יכול להיות מותאם ליצירת פלזמה דלת-density "bubble" סביב לוויין, צמצום ההשפעה הישירה על פני השטח.

מודלים מתקדמים וסימפוציה

כלים משלימים כמו FLT:0 [תוכנית אנליזת האנליזות של נאס"א] (NASCAP-2K)FLT:1 מאפשרים למעצבים לדמות חללית הטעינה בסביבות פלזמה דינמיות. בשילוב עם קודי תחבורה מבוססי פיזיקה, מודלים אלה יכולים לחזות שיעורי מינון טעינה פנימית עם דיוק גבוה, צמצום ההסתמכות על שולי שמרניים.

בקרת איכות הסביבה - Aware Autonomous control

לווייני עתיד עשויים לכלול חיישני פלזמה בזמן אמת ואלגוריתמי תגובה אוטונומיים.אם סופת תת מזוהה על ידי פוטנציאל על פני השטח מוגבר, החללית יכולה להיכנס למצב בטוח על ידי צמצום העומס, התאמת אוריינטציה של מערך השמש, או ניתוק באופן פעיל באמצעות פולט - הכל ללא פיקוד קרקעי.

מסקנה

תכנון חלליות להתנגדות אופטימלית לאינטראקציות פלזמה חלל הוא משמעת הנדסית רבת פנים שמאזנת מדע חומרי, תאימות אלקטרומגנטית, ארכיטקטורת המערכת ואסטרטגיה תפעולית.העלות של התעלמות מסיכון פלזמה יכולה להיות קטסטרופלית: נתונים אבודים, לקצר את חיי המשימה, או כישלון לווייני מוחלט.על ידי הבנת סביבת פלזמה הספציפית, יישום טכניקות מידבקות מוכחות לפקדות פעילות לשלוט - ובדיקות חומרה מתוחכמות מתקדמות יותר, אשר יכולות לפעול כיום, כמו גם את כלי רכב קריטיים יותר, כמו גם את סביבת החלל שלנו, אשר ימשכות השמש, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם את סביבת פיתוח עמוק יותר, כמו גם את סביבת הפלזמה קריטית, ולהוביל את שיטות הפעלה, ולהוביל יותר, כמו גם את שיטות למערכות החלליות, הדורשות יותר, ולהוביל שיטות למערכות השמש שלנו, כמו גם את שיטות למערכות השמש שלנו, כמו גם את שיטות למערכות השמש שלנו, כמו גם את הטכניקות משיכה עמוק יותר, הדורשות יותר ויותר, כמו גם שיטות משיכה עמוק יותר, כמו גם שיטות משיכה, כמו גם שיטות משיכה, כמו גם את שיטות משיכה מרחוק, כדי להפעיל את שיטות משיכה יותר

[ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]][ה]]]][ה]]]][ה]]]][ה]]] ל[ה], [ה], [ה]] ל[ה'[ה'[ה']'[ה']'[ה']'[ה'[ה'[ה']']'[ה'[ה']'[ה'[ה']'[ה'[ה'[ה'[ה']'[ה'[ה'[ה']']'[ה']'[ה'[ה']']']']']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']']'[ה'[ה'[ה']'[ה'[ה']'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה