Введение к работе
Актуальность работы
Воздействие энергичных электронов и протонов радиационных тоясов Земли является одним из основных факторов, снижающих надежность и ограничивающих срок службы космических летательных аппаратов (КА) на околоземных орбитах. Проектирование низковысотных КА производится с учетом таких характеристик, как мощность дозы и интегральная доза радиации, которые определяют степень радиационного износа солнечных батарей, электронных систем и другой аппаратуры спутника. Для прогнозирования доз радиации в настоящее время используются разработанные NASA модели АЕ-8 (для электронной компоненты) и АР-8 (для протонной компоненты), а также их Российские аналоги - модели, разработанные в НИИЯФ МГУ и изданные в виде Государственных стандартов. В основу вышеупомянутых моделей были положены данные спутниковых экспериментов, проведенных в 60-е и начале 70-х годов. К настоящему времени является общепризнанным, что данные модели обладают целым рядом недостатков и не позволяют прогнозировать потоки захваченной радиации с достаточной степенью точности, особенно на высотах менее 1000 км.
Разработка современных моделей электронной компоненты является актуальной задачей, поскольку доза от электронов преобладает для небольших (менее 1 г/см2) толщин защиты, и точное знание дозы от данной компоненты является решающим при проектировании солнечных батарей и различных электронных систем КА, расположенных за небольшими толщинами защиты.
Важной задачей является также разработка динамических моделей захваченной радиации, поскольку в настоящее время установлено, что в связи с геомагнитной активностью потоки энергичных электронов на
орбитах низковысотных КА могут возрастать на несколько порядков величины и держаться на высоком уровне в течение нескольких дней, недель, а иногда и месяцев. Данное обстоятельство существенно увеличивает вероятность отказа электронных систем КА и радиационную опасность для космонавтов, а также значительно сокращает ресурс работы солнечных батарей.
Цель диссертационной работы
-
Создание современной стационарной модели электронной компоненты захваченной радиации, позволяющей улучшить точность прогнозирования потоков электронов на высотах менее 1000 км, - в области высот, где наблюдаются наиболее значительные расхождения между экспериментальными и прогнозируемыми по указанным выше моделям значениями потоков электронов.
-
Разработка компьютерной версии стационарной модели, позволяющей в интерактивном режиме определять значения потоков электронов в произвольной точке пространства.
3. Сравнение разработанной модели с существующими, анализ
полученных расхождений и физических процессов, приведших к
изменению радиационнной обстановки на высотах < 1000 км.
4. Создание концепции и разработка динамической модели электронной
компоненты, позволяющей прогнозировать возрастание потоков
электронов во время геомагнитных возмущений различной мощности.
Научная новизна
На основе данных идентичных электронных спектрометров, установленных на спутниках "Интеркосмос-19" и "Космос-1686", разработана стационарная модель электронной компоненты захваченной радиации для максимума и минимума цикла солнечной активности
спутники были запущены в 1979 и 1986 годах соответствен!'!) - іазличньїе эпохи солнечного цикла).
Для упорядочения экспериментальных данных применена, в отличу--it других моделей, система-географических координат, которая позволяет юлее адекватно описать распределения потоков квазизахваченных лектронов на высотах < 1000 км.
Сопоставление прогнозов радиационной обстановки на малых ысотах, даваемых разработанной моделью и используемыми в настояще.-; :ремя моделями, выявило существенные различия между ними. Іроанализированьї физические процессы, которые могли послужить іричиной таких расхождений.
В разработанной модели впервые учтено существование ;начительных потоков квазизахваченных частиц на высотах менее 1000 км, іе отраженных в других моделях.
Обнаружено связанное с вековыми вариациями геомагнитного поля :мещение области наиболее интенсивных потоков захваченных частиц области Бразильской магнитной аномалии).
Впервые показано, что соотношение величин потоков электронов на лалых высотах в максимуме и минимуме мощных солнечных циклов сличается от принятого в более ранних моделях.
В диссертации защищаются:
-
Стационарная эмпирическая модель электронной компоненты эадиации для периодов максимума и минимума солнечной активности на высотах менее 1000 км, которая учитывает глобальные изменения в величинах потоков (по сравнению с измерениями 1964-1972 годов).
-
Вывод о существовании значительных потоков квазизахваченных ^стиц на высотах менее 1000 км не отраженных в существующих моделях.
3. Вывод об изменении соотношений величин потоков электронов в
максимуме и минимуме солнечного цикла на малых высотах для мощных
солнечных циклов (по сравнению с другими моделями).
-
Динамическая модель электронной компоненты радиации на высотах менее 1000 км, которая обеспечивает расчет потокоз электронов для различных уровней геомагнитной возмущенное (величины Dst-индекса).
-
Компьютерные версии моделей, позволяющие в интерактивном режиме получать значения потоков электронов при заданном уровне геомагнитной активности в произвольной точке пространства.
Практическая значимость
Результаты данной работы могут быть использованы для получения уточненных оценок потоков электронов на высотах < 1000 км как е максимуме, так и в минимуме цикла солнечной активности. Стационарная модель издана и применяется в виде "Изменения N1 к ГОСТ 25645.139-86 Пояса Земли радиационные естественные. Пространственно энергетические характеристики плотности потоков электронов.' Разработанная динамическая модель позволяет прогнозироваті возрастания потоков электронов, вызванные геомагнитным! возмущениями различной мощности.
Личный вклад автора
Автор участвовал в обработке данных спутниковых экспериментов использованных в моделях, в создании программы графической редактирования для восстановления реальных скоростей счета приборов области Бразильской магнитной аномалии. Автор разработа стационарную и динамическую модели электронной компоненті захваченной радиации, а также необходимое программное обеспечение
тор провел сопоставление разработанных моделей с сутестнующиш-іделями захваченной радиации и результатами отечественных и рубежных экспериментов.
Апробация работы
Материалы диссертации докладывались и обсуждались на минарах ОКИ и ОКФИ НИИЯФ МГУ (1991, 1992 г.), на Всесоюзной нференции "Радиационная стойкость бортовой аппаратуры" (Томск, '91), Международной конференции "Проблемы взамодействия ИСЗ с смической средой" (Новосибирск, 1992), на Международных совещаниях 'адиационная обстановка: эмпирические и физические модели" (Дубна, I93), и "Радиационные пояса: Модели и стандарты" (Брюссель, 1995). По .'зультатам диссертации опубликовано 8 работ.
Структура диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и двух )иложений. Диссертация содержит 121 страницу текста и 35 рисунков. тисок цитируемой литературы состоит из 78 наименований.
