Дестабилизирующие факторы космического пространства
В околоземном и межпланетном пространствах космические аппараты подвергаются воздействию разнообразных факторов космического пространства (ФКП). В общих чертах известен ряд ФКП, влияющих на работу КА и способных нарушить (повредить) ее. В табл. 4.1 на примере оптико-электронной техники представлены основные ФКП. Неравномерный разогрев конструкции КА от Солнца, попадание в зону тени Земли и других… Читать ещё >
Дестабилизирующие факторы космического пространства (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
В околоземном и межпланетном пространствах космические аппараты подвергаются воздействию разнообразных факторов космического пространства (ФКП). В общих чертах известен ряд ФКП, влияющих на работу КА и способных нарушить (повредить) ее. В табл. 4.1 на примере оптико-электронной техники представлены основные ФКП.
ИИ состоит из потока первичных заряженных ядерных частиц (электроны, протоны и ТЗЧ), а также вторичных ядерных частиц — продуктов ядерных превращений, обусловленных первичными частицами. Основные эффекты воздействия ИИ и РЭА обусловлены ионизационными и ядерными потерями энергии первичных и вторичных частиц в чувствительных объемах элементов интегральных микросхем (ИМС) и полупроводниковых приборов (ПП) — транзисторов и диодов.
Эти эффекты проявляются через:
- — параметрические отказы РЭА вследствие деградации характеристик ИМС и ПП по мере накопления дозы ИИ;
- — кратковременные нарушения работы (сбои) ИМС от действия отдельных высокоэнергетических частиц.
Влияние ИИ совместно с космической плазмой проявляется через электризацию защитных и тормозящих покрытий.
По мере достижения критического заряда может происходить внутренний локальный электростатический пробой, приводящий к сбою или отказу полупроводникового прибора. Возможен также косвенный эффект через действие электромагнитного поля, возникающего при пробое. Таблица 4.1 Основные эффекты от действия ФКП в бортовой РЭА.
ФКП. | Эффект в бортовой РЭА. | Характеристики ФКП и сопутствующих факторов. |
КИИ естественных радиационных поясов Земли. | Деградация параметров ИМС, отказы и сбои в работе РЭА. | Флюенсы потоков ИИ, их энергетические спектры, зарядовое состояние и пространственно-временное распределение потоков заряженных частиц. |
2. Космическая плазма. | Сбои и отказы РЭА из-за паразитных отказов, наводок и пробоев; загрязнение (потемнение) элементов оптических устройств из-за распыления материалов; ухудшение свойств терморегулирующих покрытий из-за растрескивания и частичного испарения материала; паразитные высокочастотные наводки на электрические цепи;изменение свойств оптических покрытий, фильтров, клеев и т. д.; изменение характеристик ЭРИ из-за влияния температурных эффектов. | Параметры плазмы на разных орбитах КА; параметры электризации КА; предельный статический потенциал; частота разрядов; спектры электромагнитных и оптических помех; параметры первичной и вторичной фотоэмиссии. |
Часть 1. Создание CAV.
Продолжение табл. 4.1.
ФКП. | Эффект в бортовой РЭА. | Характеристики ФКП и сопутствующих факторов. |
3. Невесомость. | Отсутствие конвекционного теплообмена и, как следствие, локальные перегревы и деградация характеристик ЭРИ; отсутствие механических нагрузок под действием силы тяжести; экранирование поля зрения ОЭС распыленными от КА частицами (плохая помехообстановка). | Температурные поля, их градиенты над поверхностями (солнечная — теневая сторона). |
4. Тепловое излучение Солнца. | Изменение оптических свойств материалов, изменение характеристик ЭРИ из-за влияния температуры, накопление статического заряда (гермо-ЭДС). | Характеристики тепловых потоков на солнечной и теневой стороне КА, диапазон и градиенты изменения температуры; температурные поля и их градиенты над поверхностями в вакууме. |
5. Собственная атмосфера (пыль) от КА. | Загрязнение внешних покрытий, световые помехи (ложные светила). | Характеристики ионнои газопылевой атмосферы (состав и плотность частиц, их пространственно-временное распределение и зарядовое состояние). |
Окончание табл. 4.1.
Проектирование аппаратуры систем автоматического управления _для работы в экстремальных условиях_.
ФКП. | Эффект в бортовой РЭА. | Характеристики ФКП и сопутствующих факторов. |
6. Микрометеориты. | Эрозия оптических поверхностей, нарушение механических характеристик корпуса; необратимые отказы РЭА. | Плотность потока, масса и скорость микрометеоров. |
7. Космический вакуум. | Ухудшение теплоотвода в негерметизированных отсеках, «холодная сварка» контактов в разъемах и механических приводах. | Давление и концентрация газовых частиц. |
8. Замкнутый объем. | Отсутствие хорошего потенциала «земли», возникновение поверхностных токов (перетекание статических зарядов) и возникновение наводок. | Амплитудновременные характеристики сигналов помех от перетекания зарядов. |
Неравномерный разогрев конструкции КА от Солнца, попадание в зону тени Земли и других планет или космических объектов вызывает значительные циклические изменения температуры поверхностей, от чего возникают низкочастотные термомеханические напряжения и могут возникать тсрмо-ЭДС.
Из-за невесомости ухудшается тепловой режим работы РЭА, так как нет конвекции. Возможен разогрев ЭРИ за счет собственного тепловыделения.
Действие микрометеоритов приводит к механическим повреждениям корпусов КА и приборов. Наиболее подвержены этому солнечные батареи.
Отсутствие «привычной» шины земли (нулевого потенциала) приводит к тому, что нулевой потенциал колеблется, Часть 1. Создание CAV.
а протекание поверхностных токов по корпусам КА и приборов служат дополнительным источником наведения помех на сигнальные цепи.
Таким образом, эксплуатационные условия бортовой РЭА космических аппаратов определяются большим числом факторов различной природы. Можно выделить ряд независимых факторов (невесомость, микрометеориты), а остальные рассматривать с точки зрения радиационного и теплового воздействия, которые коррелируют между собой по влиянию на работу ЭРИ.
В связи с наличием многих факторов, каждый из которых может вызвать сбой или катастрофический отказ РЭА, влияние первых двух, а именно ИИ и плазмы, доминирует. Они в основном определяют отказы РЭА, с которыми трудно бороться путем конструирования.
Уровень радиационной стойкости РЭА космического аппарата, определенный по результатам измерений, должен соответствовать по дозовому фактору (0,6. 2) х Ю6 рад, что обусловлено образовавшимися в результате испытаний ядерных боеприпасов искусственными радиационными полями Земли.
Резкое увеличение потоков частиц в моменты мощных солнечных вспышек также может приводить к катастрофическим отказам и сбоям РЭА. Например, при солнечной вспышке 20 января 1994 г. возникли функциональные отказы в системе стабилизации спутника связи «Anik-El» [3].
Примером влияния радиационных эффектов является поведение КМОП БИС ОЗУ NEC 64 К при относительно спокойной радиационной обстановке. В этой БИС за неделю работы наблюдалось в среднем 2,4 сбоя и 0,76 эффектов «защелкивания» (так называемый «тиристорный» эффект) [4].