Введение
Изучение влияния космических условий на космические аппараты
Космическая среда – это область астронавтики, аэрокосмической техники и космической физики, изучающая и решающая проблемы, возникающие в космосе и влияющие на проектирование и эксплуатацию космических аппаратов. Связанная с ней область, космическая погода, рассматривает динамические процессы в Солнечно-Земной системе, которые могут оказывать воздействие на космические аппараты, а также влиять на атмосферу, ионосферу и геомагнитное поле, вызывая различные эффекты на земные технологии. Воздействие на космические аппараты может быть вызвано радиацией, космическим мусором и метеоритными ударами, атмосферным торможением и электростатическим зарядом космических аппаратов. Радиация в космосе обычно исходит из трех основных источников: радиационные пояса Ван Аллена, события с протонами и солнечными энергетическими частицами, а также галактические космические лучи. При длительных миссиях высокие дозы радиации могут повредить электронные компоненты и солнечные батареи. Значительную озабоченность также вызывают радиационно-индуцированные “эффекты единичных событий”, такие как сбой одного события. Экипажные миссии обычно избегают радиационных поясов, а Международная космическая станция находится на высоте значительно ниже наиболее интенсивных областей радиационных поясов. Во время солнечных энергетических событий (солнечных вспышек и корональных выбросов массы) частицы могут разгоняться до очень высоких энергий и достигать Земли за время, составляющее всего 30 минут (хотя обычно требуется несколько часов). Эти частицы в основном состоят из протонов и более тяжелых ионов, которые могут вызывать радиационное повреждение, сбои в логических схемах и даже представлять опасность для астронавтов. Экипажные миссии, направленные на возвращение на Луну или путешествие на Марс, должны будут решать основные проблемы, связанные с солнечными частицами, для обеспечения радиационной безопасности, в дополнение к значительному вкладу в дозу от фонового космического излучения низкого уровня. На околоземных орбитах геомагнитное поле Земли защищает космические аппараты от значительной части этих опасностей – этот процесс называется геомагнитным экранированием. Космический мусор и метеориты могут сталкиваться с космическими аппаратами на высоких скоростях, вызывая механические или электрические повреждения. Средняя скорость космического мусора составляет , в то время как средняя скорость метеоритов значительно выше. Например, метеориты, связанные с метеорным потоком Персеид, движутся со средней скоростью . Механические повреждения от ударов обломков изучались в ходе космических миссий, включая LDEF, на которой было зафиксировано более 20 000 ударов за время ее 5,7-летней миссии. Электрические аномалии, связанные с событиями ударов, включают космический аппарат ESA Olympus, который потерял контроль ориентации во время метеорного потока Персеид в 1993 году. Аналогичное событие произошло с космическим аппаратом Landsat 5 во время метеорного потока Персеид в 2009 году. Электростатический заряд космических аппаратов вызывается горячей плазменной средой вокруг Земли. Плазма, встречающаяся в области геостационарной орбиты, нагревается во время геомагнитных субштормов, вызванных возмущениями солнечного ветра. "Горячие" электроны (с энергиями в диапазоне килоэлектронвольт) накапливаются на поверхностях космических аппаратов и могут создавать электростатические потенциалы порядка киловольт. В результате могут возникать разряды, которые, как известно, являются причиной многих аномалий космических аппаратов. Решения, разработанные учеными и инженерами, включают, помимо прочего, экранирование космических аппаратов, специальное "упрочнение" электронных систем и различные системы обнаружения столкновений. Оценка воздействия при проектировании космических аппаратов включает применение различных моделей окружающей среды, включая модели радиационных поясов, модели взаимодействия плазмы с космическим аппаратом и атмосферные модели для прогнозирования эффектов сопротивления, возникающих на более низких орбитах и при повторном входе в атмосферу. Эта область часто пересекается с дисциплинами астрофизики, атмосферной науки, космической физики и геофизики, хотя обычно делается акцент на практическом применении. Правительство Соединенных Штатов поддерживает Центр прогнозирования космической погоды в Боулдере, штат Колорадо. Центр прогнозирования космической погоды (SWPC) является частью Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA). SWPC является одним из Национальных центров экологического прогнозирования (NCEP) Национальной метеорологической службы (NWS). Воздействие космической погоды на Землю может включать ионосферные штормы, временное снижение плотности озона, нарушение радиосвязи, сигналов GPS и позиционирования подводных лодок. Некоторые ученые также выдвигают теории о связи между солнечной активностью и ледниковыми периодами.
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.
Космический экологизм
Космический экологизм – это направление общественной деятельности, которое утверждает, что космос нуждается в регулировании и защите, и привлекает всё большее внимание исследователей, таких как Мориба Джа.