Кіріспе
Ғарыш кеңістігінің ғарыш кемелеріне тигізетін әсерін зерттеу
Ғарыш ортасы – ғарыш кемелерінің құрылымы мен жұмысына әсер ететін ғарыш кеңістігіндегі жағдайларды түсінуге және шешуге бағытталған астронавтика, аэроғарыш инженериясы және ғарыш физикасының бір саласы. Осымен байланысты тақырып – ғарыш ауа райы, ол ғарыш кемелеріне әсер ете алатын, сонымен қатар атмосфераға, ионосфераға және геомагниттік өріске де әсер ете алатын, адам технологияларына әсер етудің басқа да түрлерін тудыратын Күн-Жер жүйесіндегі динамикалық процестерді зерттейді. Ғарыш кемелеріне әсер етуге радиация, ғарыш қалдықтары мен метеориттердің соқтығысуы, жоғарғы атмосфераның кедергісі және ғарыш кемелерінің электростатикалық заряды себеп болуы мүмкін. Ғарыш кеңістігіндегі радиация көбінесе үш негізгі көзден келеді:
Ван Аллен радиациялық белдеулері;
Күн протондық оқиғалары және күннің энергетикалық бөлшектері; және
Галактикалық ғарыштық сәулелер. Ұзақ мерзімді миссиялар кезінде радиацияның жоғары дозасы электрондық компоненттер мен күн панельдеріне зақым келтіруі мүмкін. Радиацияның әсерінен туындайтын «бір оқиғаның әсері» (мысалы, бір оқиғаның нәтижесіндегі бұзылу) да маңызды мәселе болып табылады. Адамдармен жүзеге асырылатын миссиялар әдетте радиациялық белдеулерден аулақ болады, ал Халықаралық ғарыш станциясы радиациялық белдеулердің ең қауіпті аймақтарынан төмен биіктікте орналасқан. Күннің энергетикалық оқиғалары (күн жарқындары мен короналды массалық шығарылымдар) кезінде бөлшектер өте жоғары жылдамдыққа дейін үдеп, Жерге 30 минут ішінде (бірақ көбінесе бірнеше сағатта) жете алады. Бұл бөлшектер негізінен протон және ауыр иондардан тұрады, олар радиациялық зақымдануға, логикалық тізбектердің бұзылуына және тіпті астронавттар үшін қауіп тудыруы мүмкін. Айға қайта оралуға немесе Марсқа сапарға шығуға жоспарлаған миссиялар, радиациялық қауіпсіздікке қатысты күн бөлшектерінің тудырған мәселелерін шешуге, сонымен қатар төмен деңгейдегі фоновый ғарыштық сәулелердің дозасына да назар аударуға тиіс. Жерге жақын орбиталарда Жердің геомагниттік өрісі ғарыш кемелерін осы қауіптердің көп бөлігінен қорғайды – бұл процесс геомагниттік қорғау деп аталады. Ғарыш қалдықтары мен метеориттер ғарыш кемелеріне жоғары жылдамдықпен соқтығысып, механикалық немесе электрлік зақымдануға әкелуі мүмкін. Ғарыш қалдықтарының орташа жылдамдығы 0,7 км/с, ал метеориттердің орташа жылдамдығы одан әлдеқайда жоғары. Мысалы, Персеид метеорлық жауынымен байланысты метеориттер орташа жылдамдықпен қозғалады. Қалдықтардың соқтығысуынан туындаған механикалық зақымдар LDEF және оның 5,7 жылдық миссиясы кезінде тіркелген 20 000-нан астам соқтығысу арқылы зерттелді. Соқтығысу оқиғаларымен байланысты электрлік аномалияларға ЕКА-ның Олимп ғарыш кемесі кіреді, ол 1993 жылғы Персеид метеорлық жауыны кезінде бағытталған бақылауын жоғалтты. Осыған ұқсас оқиға 2009 жылғы Персеид метеорлық жауыны кезінде Landsat 5 ғарыш кемесімен болды. Ғарыш кемелерінің электростатикалық зарядталуы Жердің айналасындағы ыстық плазма ортасынан туындайды. Геостационарлық орбита аймағында кездесетін плазма, күн желдеріндегі бұзылыстардан туындаған геомагниттік субжарылымдар кезінде қыздырылады. «Ыстық» электрондар (килоэлектрон вольт диапазонындағы энергиясы бар) ғарыш кемелерінің бетінде жиналады және киловольттарға жететін электростатикалық потенциалдарды құруы мүмкін. Нәтижесінде разрядтар пайда болуы мүмкін, және олар көптеген ғарыш кемелерінің аномалияларының себебі болып табылады. Ғалымдар мен инженерлер ұсынған шешімдерге ғарыш кемелерін қорғау, электрондық жүйелерді арнайы «қаттырақ» ету және әртүрлі соқтығысуды анықтау жүйелері кіреді. Ғарыш кемелерін жобалау кезінде әсерлерді бағалау үшін радиациялық белдеулердің модельдері, ғарыш кемелерінің плазмамен өзара әрекеттесу модельдері және атмосфералық модельдерді қамтитын қоршаған ортаның әртүрлі модельдері қолданылады, бұл төменгі орбиталарда және қайта кіру кезінде кездесетін кедергі әсерлерін болжауға мүмкіндік береді. Бұл сала көбінесе астрофизика, атмосфералық ғылым, ғарыш физикасы және геофизика салаларымен байланысты, бірақ көбінесе қолданбалық аспектілерге баса назар аударады. АҚШ үкіметі Боулдерде (Колорадо штаты) Ғарыш ауа райын болжау орталығын ұстап тұрады. Ғарыш ауа райын болжау орталығы (SWPC) Ұлттық мұхит және атмосфера басқармасының (NOAA) бөлігі болып табылады. SWPC Ұлттық ауа райы қызметінің (NWS) Ұлттық қоршаған ортаны болжау орталықтарының (NCEP) бірі болып табылады. Ғарыш ауа райының Жерге тигізетін әсерлеріне ионосфералық дауылдар, озон тығыздығының уақытша төмендеуі, радио байланысының, GPS сигналдарының және суасты қайта позициялауының бұзылуы жатады. Кейбір ғалымдар күн дақтарының белсенділігі мен мұз дәуірлері арасындағы байланыс туралы теориялар ұсынады.
The Van Allen radiation belts
Solar proton events and solar energetic particles; and
Galactic cosmic rays. For long duration missions, the high doses of radiation can damage electronic components and solar cells. A major concern is also radiation induced "single event effects" such as single event upset. Crewed missions usually avoid the radiation belts and the International Space Station is at an altitude well below the most severe regions of the radiation belts. During solar energetic events (solar flares and coronal mass ejections) particles can be accelerated to very high energies and can reach the Earth in times as short as 30 minutes (but usually take some hours). These particles are mainly protons and heavier ions that can cause radiation damage, disruption to logic circuits, and even hazards to astronauts. Crewed missions to return to the Moon or to travel to Mars will have to deal with the major problems presented by solar particle events to radiation safety, in addition to the important contribution to doses from the low level background cosmic rays. In near Earth orbits, the Earth's geomagnetic field screens spacecraft from a large part of these hazards a process called geomagnetic shielding. Space debris and meteoroids can impact spacecraft at high speeds, causing mechanical or electrical damage. The average speed of space debris is while the average speed of meteoroids is much greater. For example, the meteoroids associated with the Perseid meteor shower travel at an average speed of Mechanical damage from debris impacts have been studied through space missions including LDEF, which had over 20,000 documented impacts through its 5.7 year mission. Electrical anomalies associated with impact events include ESA's Olympus spacecraft, which lost attitude control during the 1993 Perseid meteor shower. A similar event occurred with the Landsat 5 spacecraft during the 2009 Perseid meteor shower. Spacecraft electrostatic charging is caused by the hot plasma environment around the Earth. The plasma encountered in the region of the geostationary orbit becomes heated during geomagnetic substorms caused by disturbances in the solar wind. "Hot" electrons (with energies in the kilo electron volt range) collect on surfaces of spacecraft and can establish electrostatic potentials of the order of kilovolts. As a result, discharges can occur and are known to be the source of many spacecraft anomalies. Solutions devised by scientists and engineers include, but are not limited to, spacecraft shielding, special "hardening" of electronic systems, various collision detection systems. Evaluation of effects during spacecraft design includes application of various models of the environment, including radiation belt models, spacecraft plasma interaction models and atmospheric models to predict drag effects encountered in lower orbits and during reentry. The field often overlaps with the disciplines of astrophysics, atmospheric science, space physics, and geophysics, albeit usually with an emphasis on application. The United States government maintains a Space Weather Prediction Center at Boulder, Colorado. The Space Weather Prediction Center (SWPC) is part of the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). SWPC is one of the National Weather Service's (NWS) National Centers for Environmental Prediction (NCEP). Space weather effects on Earth can include ionospheric storms, temporary decreases in ozone densities, disruption to radio communication, to GPS signals and submarine positioning. Some scientists also theorize links between sunspot activity and ice ages.
Ғарыш экологиясы
Ғарыш экологиясы – ғарышқа реттеу мен қорғау қажет емес деп есептемейтін, оның қажеттілігін қорғайтын бағыт. Бұл мәселеге Мориба Жа сияқты көбірек ғалымдардың назары ауды.