Plazma: Uzay Tasarımı Neden Evolvee olmalıdır

Uzay boş değildir. Bu plazmadaki herhangi bir şarj edici bir çorba ile doludur -elekrons, protonlar ve daha ağır iyonlar - uzay plazması olarak bilinen. Uzaya en iyi direnç için uzayın mekanik egzersizi için, bu plazma ile etkileşimler kaçınılmaz değildir.

Son altı yılda, dersler, a) ve benzeri görevlerden öğrendiler.(Defense Uydu İletişim Sistemi) ve DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD) uydu, plazma etkileşimlerinin fiziği, (Defense Uydu İletişim Sistemi) programı ve mühendislik stratejileri - aşırı ortamlardaki uzay aracı (bu uygulama ilkelerine göre genişleyen).

Space Plazma Çevrelerini Anlamak

Uzay plazma özellikleri, yer, güneş aktivitesi ve yerel manyetik alan koşullarına bağlı olarak dramatik olarak değişir. Tasarımcılar, malzeme ve mitigation yaklaşımlarını seçmeden önce tasarlanmış yörünge veya yörünge için en kötü durumda plazma ortamı karakterize etmelidir.

Low Earth Orbit (LEO) Plazma

LEO (~200 km'den 1000 km'ye kadar), baskın plazma türleri atomik oksijen iyonları (O⁺), elektronlar ve moleküler iyonlar.En yüksek çözünürlükte 1012 tane daha var. yörüngede yörüngede ve yörüngelerde, uzay yüzeyinin 10,8 km/s, uzay aracı yüzeyler nötr atomik oksijen ve iyonları 5 eV'ye kadar çarpıtıyor, kimyasal erozyona ve yayıyor.

Geosynchronous Earth Orbit (GEO) Plazma

GEO uyduları (altitude ~35,786 km) çok sıcak, onkuzlu plazma ile karşılaşır. alt fırtınalar sırasında enerjik elektronların enjeksiyonları (1-50 keV) ve iyonlar (1-200 keV) güneş ışığından ve gölgeli yüzeyler arasında ayrımına neden olur.

Uçak ve Güneş Rüzgarı

Ay'a, Mars ve derin uzay güneş rüzgarını tersine çevirir - 1 keV protonlarının süpersonik akışı, 10 eV elektronları ve alfa parçacıkları.Beydenlerin az olduğu (birkaç cm-3, 1 AU) ama yüksek iyon enerjileri, Jovian ve Satürn magnetospheres'in sert radyasyonları sunabilir ve elektronik ortamdaki tasarruf ve depozito yükleri ilerleyebilir.

Özel Başarısızlık Plazma Etkileşimlerinden Mekanizmalar

Plazma etkileşimleri tek bir fenomen değildir; bağımsız olarak ele alınması gereken birkaç farklı başarısızlık modlarında ortaya çıkıyorlar.

Yüzey şarjı ve Estatik Discharge (ESD)

Bir uzay aracı tarafsız hale geldiğinde, çiftlerin hassas elektronik olarak gelişmiş olması veya tümleşik devreler arasında şapeller arasında potansiyel bir fark meydana gelir.In GEO, klasik başarısızlık senaryosu, bir termal battaniye veya güneş serisindeki “snap” deşarjı, çiftlerin hassas elektronik olarak yozlaşmış bir fırtınaya neden olabileceğinden daha hızlı bir şekilde şarj edilir.

Deep Dielektrik Şarj (Internal Şarj)

Yüksek enerjili elektronlar (≥1 MeV) Dış koruyucuya nüfuz eder ve kablo yalıtımı, devre panjurları ve termal battaniyeler gibi dielektriklerde kapanmış olur.Uygunlukta %80'i aşan bir yükseğin bozulmasına kadar iç şarj eder.Demirler, iç deşarjlar bir radyasyon olayından sonra günler veya haftalar meydana gelebilir.TheTELFLT:0)1998 Galaxy 4)

Plazma Erosion ve Contamination

LEO'da, hızlı nötr atomik oksijen (parçalar elektronları yakalarken) kimyasal olarak organik malzemeler, Kapton'u, poliimide'yi dönüştürmek ve birçok boya uçucu oksitlere kadar sık sık sık sık hasar gördü, optik kaplamalar ve daha sonra yapısal bileşenlerde koruyucu kaplamalar da tepki gösterdi.

Anomalous Current Collection ve Drag

LEO'daki yüksek gerilimli güneş dizileri (>100 V) başlangıçta 160 V için tasarlanmış, ancak plazma etkileşimindeki gerilimleri azaltan ve arkları tetikleyen bir sistem yaratır.TheETHFLT:0)Uluslararası Uzay İstasyonu)) 160 V için tasarlanmıştır, ancak plazma etkileşimi endişeleri, gerilimin 167 V'ye kadar sınırlayan bir zemine yol açtı.

Instruments ile Interference

Plazma bir uzay aracı etrafında oluşumu yerel elektrik ve manyetik alanları, elektrik alanı patlamalarından kaynaklanan kestirimler, Langmuir probes ve magnetometreler gibi aktif cihazlar, uzay aracı potansiyeline göre yüksek yan akımları veya bozuk parçacık enerji dağıtımlarını deneyimleyebilir.

Plazma Sertleştirme için Tasarım Stratejileri

Mikrodalga etkileşimleri, malzemeleri, elektrik tasarımı, kalkanlama ve operasyonel protokolleri entegre eden bütünsel bir yaklaşım gerektirir. Modern uzay aracı üzerinde kullanılan aşağıdaki bölümler ayrıntılı kanıtlanmış stratejiler.

Malzeme Seçimi ve Yüzey Kaplamaları

Savunmanın ilk hattı, plazmaya maruz kalan malzemelerin seçimidir. Anahtar kriter şunları içerir:

  • Elektrikli iletkenlik: Davranışçı yüzeyler (örneğin, GEO'daki tüm uzaysal yüzeylere sahip olan standart görevler, iletken karbon dolu boyalara) potansiyel ve kanamayı eşit bir şekilde dengelemeye yardımcı olur. NASA'nın GSFC-STD-7000B güçlü
  • [FONT=0]Atomik oksijen direnci: [Dönetici: [Dönetici] LEO görevleri için, malzemeler düşük erozyon verimleri olmalıdır. Metalize kaplamalar, fluoropolimerler (örneğin,flo FEP), ve SiO2 veya Si3N4 koruyucu tabakaları genellikle hassas yüzeylere uygulanır.
  • [FONT:0]Dielektrik şarjı: [Dönetici: [Döncükler, non-conductive materyaller kalın katmanlarda kaçınılmalıdır.Dielektrikler kaçınılmaz (örneğin, kablo ceketleri, devre levhaları), iletken zemin uçaklar tarafından desteklenmeleri gerekir.

Başarılı malzeme seçimi örneği, yoğun radyasyon kemerlerinde şarj önlemek için s.Van Allen Probes[[DÜT:1) (eski RBSP), bu da iletken epoxy, ITO-coated MLI battaniyeleri ve alüminyum şasi.

Estatik Discharge (ESD) Yönetimi

Kontrollü ESD, her iki şarj inşasını engellemeyi ve herhangi bir deşarj yolunu garanti altına almayı içerir.

  • [FONT:0)Grounding ve bağ: [DD464][/FONT=FONT=0)) Tüm iletken yüzeyler, düşük seviyeli bağlantıları olan ortak bir yıldız noktaya veya zemin ızgaraya zeminli olmalıdır.Özel ESD kayışlar, iletken yıkamalar ve takmacılar,FLT gibi elektrik tasarım kılavuzlarında belirtilmiştir.
  • [FONT:0]Surface potansiyel kontrolü: [Dönetici:0]CATHA ) ve DAHA 5,6'nın üzerindeki uzay şabını kullanarak, elektron yayıcılarının veya iyonların daha düşük uzay aracı potansiyeline göre kullanılabileceğini gösteren deneyler.
  • [FONT:0)Corona ve kısmi deşarj mitigation: Yüksek gerilim bileşenleri, düşük basınçlı yayların önlenmesi için baskılı bölmeler veya kablolarda 1 mm'nin tipik hava boşlukları 200 V olarak düşük olabilir.

Shielding and Layoutout

Shielding, hem elektronik hem de dielektrikleri, iç şarja neden olan yüksek enerjili parçacıklardan korur.

  • [FONT=0)Dön koruyucu: [Dönetici: [Dönetici: 0,3 veya Tantal plato plakaları uzay aracına ekleyen elektron fluxes'i korumak için titanyum bir tonağı kullanabilir. GEO için, tipik kalkan 2.54 mm (100 mil) Al, çoğu bileşen için iç şarj riskini azaltır.
  • [FONT:0]Internal zoning:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0)Internal zoning:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici: 1 ) Hassas elektronik kutular uzay aracının iç kısmında yer almalıdır, kalkanların ince olduğu dış panellerden uzak durmalıdır. Kablolar dış yüzeyden rotaya ve yumuşak kapaklarla yollanmalıdır.
  • [FONT:0) Redplacet izolasyonu:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici: 0) Tek bir deşarjın tüm bir alt sistemden çıkarılmasını önlemek için, kritik devreler opto çiftleri, transformatörler ve galvanic izolasyonunu kullanarak izole edilmelidir.

Plazma İletişimörleri ve Aktif Şarj Kontrolü

Düşük uzay aracı potansiyel gerektiren görevler için (örneğin, düşük enerji plazmasını ölçen bilimsel araçlar), aktif cihazlar sorumlu kontrol etmek için kullanılır.

  • [FONT:0)Hollow kathodes ve iyon iterleri:[Döneticileri değiştir] Bu, net mevcut dengeyi değiştirmek için elektronlar veya iyonlar yayıyor.TheurFLT:2).Uluslararası Uzay İstasyonu[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD) bir plazma iletişim cihazı (DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
  • [FONT:0]Field yayters (FEACs): ) Alan emisyon katoluştular, hareketsiz şarjları bozmak için küçük uydularda kullanılabilir. CubeSat görevleri başarıyla test edilmiş karbon nanotüpürücüler potansiyel kontrol için test edilmiştir.
  • [FONT:0)Pulsed plazma iterleri (PPTs): [Döneticiler için, Propulsion için, Ps ayrıca plazmaya enjekte eder ve alt fırtınalar sırasında potansiyelleri kanamaya yardımcı olabilir.

Güneş Dizisi Koruma

Güneş dizileri özellikle hassastır çünkü yüksek gerilim yaratırlar ve plazma flux. Tasarım teknikleri şunları içerir:

  • [FONT=0)Covercam kaplamaları: [Dönetici: [Dönetici: 1] Anti-reflektif kaplamalar (örneğin, MgF2, SiO2) atomik oksijen erozyonunu azaltır. Yüzey şarjını önler.
  • [FONT:0)Edge koruma:[DÜDÜT:1) Hücre kenarları, yüksek gerilimin açığa çıktığı yerde, yay başlatıcısı için ortak bir sitedir.Encapsulating edges with silikon or cover them with the stepss minimizes hurt diyots hurt.
  • [FONT=0] Dizi ve paralel limitler:[Dönetici:[Dönetici:0) Diziyi engellerken, diziyi bir ark için mevcut olan enerjiyi sınırlar. “string- level” izolasyonu, sadece bir dizi geziye tek bir yay sağlar.
  • Voltage deing: plazma arıza eşinin altındaki gerilimlerde güneş dizilerini çalıştırma (tipik olarak LEO'da 100 V) önemli ölçüde arking olasılıklarını azaltır.

Test ve Geçerlilik: Proving Plazma Hardness

Tek başına tasarım yetersizdir; Donanım, temsilci plazma koşulları altında test edilmelidir. Anahtar test standartları şunları içerir:

  • [FONTD testi (MIL-STD-461 veya NASA GSFC): [DDD: 1) İndüksiyon 25 kV ESD pulları, zayıf eşleri takip ederken bir uzay aracına dönüştürür.
  • [FONT=0]Plasma odası testleri:[Dönetici: 0DD:0)Plasma odası testleri:[Dönetici:0)Sulma odası testleri:[Dönetici:0) Marshall Uzay Uçuş Merkezi'nde uzay aracının çok sayıda uydu için şarj davranışını doğrulamasını talep etti.
  • [FONT=0)Mal erozyon testleri: [Dönetici: 1) Atom oksijen kirişlerine örnek vermek (örneğin, RF oksijen plazma kaynağı veya alt oksijen atom kirişinden) kitlesel kaybı ve mülk bozulmasını ölçmek için.
  • [FONT:0)Radiation testi (derin şarj): ), Van de Graaff veya lineer hızlandırıcıdan yüksek enerjili elektronları iç şarj limitlerini doğrulamak için.

Vaka Çalışmaları: Geçmiş Misyonlardan Dersler

DSCS – İlk Şarj Başarısızlığı

Savunma Uydu İletişim Sistemi (DSCS) 1980'lerde tekrarlanan III uydular, geomanyetik alt fırtınalar sırasında tekrarlanan güç sistemi anomalileri ortaya koydu. Araştırma, güneş bağlantılarının düzgün bir şekilde zemine sahip olmadığını, ark izlemesine neden olan iki katına çıkmalarına izin verdiğini açıkladı.

CRRES – İç Şarj

Kombinasyon ve Radyasyon Etkileri Uydu (CRRES), 1990 yılında başlatılan, iç deşarj ve radyasyon kemer dinamiklerini ölçmek için araçlar taşıdı. verileri, elektronik olarak elektronik olarak >1 MeV elektronlarından iç şarj etmek için tamamen bağlantılı tek bir şekilde bağlantılıydı. Sonuçlar doğrudan tüm GEO uyduları için yeni kalkan gereksinimlerine yol açtı.

ISS – Atom Oksijen Erosion

Uluslararası Uzay İstasyonu'nun termal kontrol kaplamaları, başlangıçta Kapton tabanlı, LEO'da beklenenden daha hızlı bir şekilde mezun oldu. [FONTD:0]MISSE[DDDDDDD: 1), aydınlatmalı ve koruyucu kaplamalara doğru geçiş yaptı, 10 yıldan fazla bir süre boyunca yüzey ömrünü uzatdı.

Swarm – Uzaylı Potansiyel Kontrol

Avrupa Uzay Ajansının Swarm manyetik alan misyonu (2013), sert kutup LEO ortamında gerekli potansiyel kontrolü sağlamak için aşırı düşük uzay potansiyeline ihtiyaç duyar (< 200 mV) sahip olmak için aktif bir iyon itme (RIT-10) ve bir alan yayılmak için bir dizi oluşturabilir.

Future Developments: Next-Generation Plasma Direniş

Devam eden araştırma ve teknoloji geliştirme daha sağlam uzay uzay tasarımlarına söz veriyor.

Kendi kendine özgü malzemeler

Araştırmacılar sıvı şifa ajanlarının serbest bırakılmasını (örneğin, mikroboğanlanmış silikon) bir çatlaklar veya erozyon ihlali meydana geldiğinde, bu malzemeler atomik oksijen hasar veya mikro-meteoroid etkilerinden sonra termal ve dielektrik özelliklerini geri getirebilir.

Aktif Plazma Mitigation Systems Systems

Manyetik alanları kullanarak, şarj partiküllerini bulmak için kullanılabilir "zorunlu kalkanlar" çalışma altındadır.TheurFLT:0)Magnetic Nozzle Plazma Shield[Dönemli 1) konsepti, başlangıçta interplanetary transit için önerilen, düşük çözünürlükte plazma "bubble" oluşturmak için uyarlanabilir.

Gelişmiş Modelleme ve Simülasyon

C ⁇ araçları gibi CİND:0)NASA'nın şarj cihazı (NASCAP-2K)) Tasarımcıların dinamik plazma ortamlarda şarj edilmesini sağlar. Fizik tabanlı radyasyon taşıma kodları ile çiftleştirilmiş, bu modeller iç şarj doz oranlarının yüksek doğrulukla tahmin edebilir, muhafazakar marjlara güven.

Ortam - Özerk Kontrol

Future uydular gerçek zamanlı plazma sensörleri ve otonom yanıt algoritmaları içerebilir.Eğer bir alt fırtına artan yüzey potansiyeliyle tespit edilirse, uzay aracı yük azaltarak, güneş yönlendirmesini ayarlayarak veya aktif olarak bir şekilde bir yayılma ile kırılabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Uzay plazma etkileşimlerine en uygun direnç için uzay aracı tasarlamak, belirli plazma ortamını anlamak, maddi bilim, elektromanyetik uyumluluk, sistem mimarisi ve operasyonel stratejiyi uygulamak için çok yönlü bir mühendislik disiplinidir.En zorlu plazma ortamlarda hayatta kalma ve performans gösteren uzay aracı olarak, araştırma süresine veya toplam uydu başarısızlığına yol açan bir mühendislik disiplini kurmak, Dünya yörüngesine göre, aktif olarak kontrol etmek için kanıtlanmış m teknikleri uygulamak - ve titiz test donanıma sahip olmak, bugün hayatta kalan ve performans gösteren uzay aracı inşa etmek.

[FONT:0]Further okuma: 0,3|Dönetici|Dönetici|Dönetici|saire:2||)|Dönetici|spert|s x|s x x x x x x