Трудности с диагностикой причин отказа электронных устройств и узлов спутников и космических кораблей, находящихся за тысячи и миллионы километров от Земли, является причиной того, что инженеры не в состоянии определить точную причину отказа больше, чем в половине случаев. И одной из причин таких отказов, согласно результатам исследований, проведенных учеными из Стэнфордского и Бостонского университетов, могут быть крошечные частички космической пыли, «пронзающие» пространство со скоростью в десятки километров в секунду.
Массы и энергии таких частиц недостаточно для того, чтобы пробить насквозь оболочку космического аппарата. Но результаты моделирования, проведенные учеными, указывают то, что при столкновении материал этих частиц и небольшая часть материала корпуса спутника превращаются в плазму, которая генерирует весьма ощутимый радиочастотный импульс, способный вызвать сбой в чувствительной радиоэлектронной аппаратуре.
«Достаточно давно ученые изучают последствия воздействия гиперскоростных частиц, ударяющих в корпус спутника или космического корабля. И лишь недавно нам удалось заметить, что при достаточно высокой скорости движения частицы возникает импульс излучения» — рассказывает Алекс Флетчер (Alex Fletcher), исследователь из Стэнфорда, — «И сейчас, при помощи сложного математического моделирования нам удалось установить все физические механизмы, стоящие позади этого явления».
Согласно имеющимся данным, средняя скорость полета частиц в космосе составляет от 40 до 50 километров в секунду, что приблизительно в пять раз больше скорости движения по орбите Международной Космической Станции. При столкновении такой скоростной частицы с твердой поверхностью возникает расширяющееся облако плазмы. Более легкие электроны этой плазмы опережают более тяжелые ионы, создавая нечто наподобие электрического тока, движущегося по поверхности облака плазмы. Электроны начинают взаимодействовать, «толкая» друг друга, и начинают синхронно колебаться, что приводит к генерации широкодиапазонного радиоимпульса. «Это походит на эффект электромагнитного импульса при взрыве миниатюрной ядерной бомбы. И в получившемся импульсе присутствуют все длины волн, которые нам удалось проверить» — рассказывает Алекс Флетчер.
Согласно результатам расчета математических моделей, радиоимпульс способны вырабатывать при столкновении уже частицы, весом в фемтограммы, двигающиеся на скоростях выше 18 километров в секунду. А реальные частицы в космосе имеют и гораздо большую массу и гораздо большую скорость. Вырабатываемые при столкновениях частиц радиоимпульсы могут иметь большее значение напряженности поля, чем поле, воздействие которого могут выдержать космические аппараты. Согласно требованиям, электронная начинка спутников должна выдерживать поле, напряженностью 10 Вольт на метр. А столкновение с аппаратом частицы, весом в несколько микрограмм, движущейся со скоростью 60 километров в секунду, производит импульс поля с напряженностью 105 Вольт на метр.
«Существует очень малая вероятность поражения электроники радиоимпульсом от столкновения с частицей. Облака плазмы имеют крошечные размеры, генерируемые ими импульсы длятся микросекунды. И чувствительные к импульсам компоненты должны находиться очень близко к месту столкновения» — рассказывает Алекс Флетчер, — «Тем не менее, вероятность поражения электроники имеет большее, чем ноль, значение и этот фактор надо будет учитывать во время дальних космических полетов. Ведь тогда к скорости движения частицы прибавится скорость движения корабля, что увеличит энергию столкновения и мощность электромагнитного импульса».
В ближайшем времени исследователи занимаются изготовлением миниспутника стандарта CubeSat под названием Morgana. Этот спутник предназначен для практического подтверждения теории Алекса Флетчера и он будет иметь все необходимое для этого измерительное оборудование.
Источник: