El entorno de radiación espacial impulsado por la actividad solar y los rayos cósmicos galácticos proporciona un tratamiento poderoso y definitivo para los satélites en el espacio cercano a la Tierra. Comprender las respuestas dinámicas atmosféricas e ionosféricas a las partículas y la radiación generadas por energía solar y sus efectos sobre el clima en el espacio es fundamental y de importancia práctica para el diseño y la operación de satélites. Radiación los efectos específicos de su entorno como satélite, la fuente, el tipo y la energía de la partícula del evento, así como la órbita u órbita del satélite. energía solar depende de su posición durante los eventos. Las medidas de mitigación de la radiación pueden aumentar el margen de seguridad entre los límites de diseño de la pieza y las tensiones aplicadas por la acción de las partículas y, en consecuencia, aumentar la protección de la pieza. Sin embargo, en todos los esfuerzos de mitigación, se presta más atención a la fase de máximo solar.humedad Es importante administrar una inyección porque la tasa de eficacia es más alta en este rango.
Potencia de frenado de la nave espacial, brecha de partículas y dosis acumuladaDurante las tormentas solares pico, pueden ocurrir tormentas solares severas que pueden causar un aumento a muy corto plazo en los niveles de radiación y altos niveles de efectos de eventos únicos que las medidas de mitigación actuales pueden no ser capaces de manejar. Además, a medida que aumenta la dependencia de los servicios satelitales, también aumenta el riesgo económico y social asociado con el clima espacial, y el impacto potencial puede no tener precedentes. Ante esto, se han propuesto planes de contingencia que incluyen la posibilidad de cambiar o beneficiarse de otros servicios satelitales independientes. Los próximos receptores GNSS de múltiples constelaciones pueden desempeñar un papel importante en este contexto, de modo que los receptores GNSS individuales sean inherentemente resistentes a una denegación de servicio por satélite.
El aumento de la resistencia atmosférica en los satélites inducido por el clima espacial y la consiguiente aceleración de la perturbación orbital también es una fuerza importante y preocupante a tener en cuenta para los satélites en órbita terrestre baja. Se hace una breve reseña del impacto y mitigación de este fenómeno. Debe tenerse en cuenta que esta revisión es concisa en comparación con los estudios a gran escala del área temática sobre los efectos de la radiación espacial y los métodos de mitigación en los satélites.

Potencia de frenado, paso de partículas y dosis acumulada en materiales de naves espaciales

3 meses (abril – junio) de la base de datos NOAAiraní 2010) analizó flujos de partículas, electrones y protones de diversas energías. Se calculó el poder de frenado másico, el alcance y la posible dosis acumulada de protones y se aplicó al fenómeno de la posible interacción de las partículas con la superficie del satélite y sus componentes eléctricos, electrónicos y electroquímicos.

Potencia de frenado

El poder de frenado es la pérdida de energía promedio por unidad de longitud de una partícula a medida que pasa a través del material. Se sabe que las partículas cargadas ionizan el átomo o la molécula que encuentran al atravesar la materia y pierden energía en el proceso. El poder de frenado depende del tipo de partícula, su energía y las propiedades del material que atraviesa. Aunque los valores numéricos y las unidades son los mismos para ambas cantidades, el poder de frenado expresa la propiedad del material, mientras que la pérdida de energía por unidad de recorrido describe lo que le sucede a la partícula. La intensidad de ionización a lo largo del camino de la partícula es proporcional al poder de frenado del material porque la producción de un par de iones requiere una cantidad constante de energía. Existe la fórmula de Bethe-Bloch para detener la fuerza derivada de la mecánica cuántica relativista y es la siguiente:
S= -d Ed x=4 πz2k20e4mv2[ ln2 metrev2ben- l n ( 1 -v2c2) -v2c2]S=-dEdx=4πz2k02e4mv2ln2mv2ben-ln1-v2c2-v2c2
Aquí z es el número atómico de la partícula pesada, e es el tamaño de la carga del electrón, m es la masa en reposo del electrón, c es la velocidad de la luz, I es la energía de excitación promedio del medio, v es la velocidad del partícula, y k es la constante de Boltzmann de 0 (= 8,99 × 10 9 N · m 2 C 2). El poder de frenado de masa del material se obtiene dividiendo el poder de frenado por la densidad del material. Esto se refiere a la tasa de pérdida de energía de partículas cargadas por g/cm, porque una cantidad útil 2 es el medio a través del cual pasa.
S= -d E d xS=-dEdx

Potencia de frenado de la nave espacial, brecha de partículas y dosis acumuladaEspaciado de partículas

El rango R de una partícula, por ejemplo un protón, su energía cinética inicial Ek y su masa m, es la distancia promedio recorrida antes de detenerse. R depende del tipo de partícula, su energía inicial y el material que atraviesa. Un enfoque teórico para determinar el rango de partículas cargadas utiliza la expresión poder de frenado. Para los cálculos de rango para el protón, Emin se toma como 1 megaelectronvoltio porque hay muchos datos disponibles a 1 megaelectronvoltio. R (Emax) es el rango medido a la energía máxima Emax. En trabajos anteriores, las relaciones experimentales propuestas se utilizaron para calcular el poder de frenado de masa de las partículas en los materiales de las naves espaciales. Sin embargo, existen limitaciones en las ecuaciones, ya que se formularon originalmente para partículas de baja energía. Los valores obtenidos usando las ecuaciones de Bethe son más altos y se supone que son más precisos a energías de partículas más altas.

Acumulación y absorción de dosis

La dosis ionizante total divulgada puede medirse en términos de dosis absorbida y es una medida de la energía absorbida por la sustancia. La dosis absorbida se mide usando una unidad llamada rad (dosis de radiación absorbida) o la unidad SI en gris (Gy); 1 Gy = 100 revoluciones = 1 J/kg. La dosis total acumulada en un satélite depende de la altitud orbital, la orientación y el tiempo de permanencia en órbita. Para calcular la dosis ionizante total, es necesario conocer el espectro de energía de la partícula integrada, ø(E), o el flujo en función de la energía de la partícula, y la dosis es una función del flujo de la partícula. Se vuelve importante a medida que la nave espacial pasa más tiempo en el entorno de radiación espacial. El poder de frenado se usa para determinar la dosis de la partícula cargada con la relación D = d E d xD=dEdx. Las sondas espaciales y de satélite suelen experimentar una dosis ionizante total de entre 10 krad (100 Gy) y 100 krad (Si) (1000 Gy (Si)). El tiempo que tarda un componente del satélite en fallar debido a la dosis ionizante total, t (en años), puede obtenerse dividiendo la dosis máxima absorbida o el umbral de dosis ionizante total por la dosis absorbida total por año.
Potencia de frenado de la nave espacial, brecha de partículas y dosis acumuladaSe realizan cálculos teóricos para estimar el tiempo medio de fallo de un modelo de satélite debido a la dosis ionizante total. La suposición es que el cuerpo del satélite modelo, los componentes eléctricos, electrónicos y electroquímicos contienen principalmente materiales de silicio (Si) y germanio (Ge), mientras que los cálculos se basan en partículas con E 78 megaelectronvoltios. Cuando partículas de este rango de energía bombardean e ingresan al satélite, parte de su energía se pierde debido al poder de frenado de la aleación, pero el recordatorio crea una dosis significativa para los componentes. Con la exposición continua, la dosis continúa aumentando con el tiempo hasta que se supera el umbral, lo que lleva a la falla completa del satélite afectado. Los cálculos han demostrado que se puede formar una dosis de 10 krad en 3 años y 100 krad en 29 años en el componente del satélite modelo.

Referencias:
nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/space_radiation_ebook.pdf
jhuapl.edu/Content/techdigest/pdf/V28-N01/28-01-Maurer.pdf

Escritor: Ozlem Guvenc Agaoglu

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