Материалтану
жүктеу/скачать 5,17 Mb.
|
Қысымға жатпайтын құрылымдар үшін бұл газ тәрізді түзілімдер көбінесе жеке ғарыш кемесінің өзіндік атмосферасының құрамдас бөлігі ретінде қарастырылады. Бұл атмосфера, Жердің жоғарғы атмосферасы сияқты, ішінара иондалуы мүмкін. Сондықтан кейде «өзіндік ионосфера» термині қолданылады. Атом оттегі, қазірдің өзінде көрсетілгендей, биіктікте Жер атмосферасының басым бөлігі болып табылады ~ 200-800 км, қышқылдандыру қабілеті жоғары, бұл қосымша кинетикалық энергиямен күшейтіледіғ ғарыш кемесінің орбиталық жылдамдығына байланысты атомдардың бетімен (~ 5 эВ) соқтығысады. Оттегі атомдарының материалдармен өзара әрекеттесуі қоршаған кеңістікке ұшатын оксидтердің пайда болуына әкеледі, бұл материалдар бетінің эрозиясын және олардың массаларының жоғалуын тудырады. Материалдардың бүліну механизмін, көбіне химиялық шашырау деп атайды, түскен атомдардың материалдың атомдарымен серпімді әрекеттесу процесіне негізделген физикалық тозаңданудан айыру керек. Полимерлі материалдар атомдық оттегінің жойғыш әсеріне өте сезімтал. Олар үшін қабаттың қалыңдығы жер орбитасында тұрған ғарыш кемесінің жылына бірнеше ондаған, тіпті жүздеген микрометрге жетуі мүмкін. Полимерлі тозаңдататын өнімдер ғарыш кемесінің бетін қатты ластауы мүмкін, өйткені оған салынған полимер тізбегінің ауыр сынықтары мықтап бекітілген. Жер бетінде ластаушы заттардың қабықшаларын қалыптастыру процесі кезінде, күн сәулесі ультрафиолетпен күшеюі мүмкін, полимерлердің фоторадиациялық өзара байланысы кезінде болады. Алайда ультрафиолет сәулеленуі, әсіресе толқын ұзындығы < 200 нм , сонымен қатар полимерлі қабықтардың бұзылуына себеп болуы мүмкін. Бір немесе басқа процестің таралуы қабықшалардың құрамына, астыңғы қабаттың қасиеттеріне және қоршаған газ ортасына байланысты. Ғарыш кеңістігінің барлық аймақтарында ҒА әртүрлі сипаттамалары бар плазмаға ұшырайды, бұл жоғарыда аталған ҒА бетінің электрленуін, яғни оған электр зарядының жинақталуын және сәйкесінше салыстырмалы түрде ашылмаған плазманың белгілі бір потенциалының пайда болуын тудырады. Потенциал мөлшері плазма температурасына тікелей байланысты. Сондықтан электрлендіру құбылысы әлеуеті 10-20 кВ жететін жоғары корбитальды ҒА (атап айтқанда геостационарлық) үшін аса қауіпті. Нәтижесінде ҒА-да борттық жабдықтың жұмысына қарқынды электромагниттік кедергі келтіретін және кейбір жағдайларда оның қайтымсыз зақымдалуына әкелетін электр разрядтары пайда болуы мүмкін. Ыстық плазма электрондары диэлектрикке ~20-30 мкм тереңдікке енетін ҒА диэлектрлік материалдарының беттік электрленуінен басқа, олардың ену тереңдігі 0,5–2 см болатын, ~1-10 МэВ энергиясы бар ЖРБ электрондарынан туындаған көлемді электрлену болуы мүмкін. Диэлектриктердің көлемді электрленуінің салдары сонымен қатар, диэлектриктердің ішінде тармақталған арналардың пайда болуымен, электр разрядтарының пайда болуы кезінде табылады. Разрядтар өздігінен пайда болады, егер енгізілген зарядпен диэлектриктің көлемінде пайда болатын электр өрісінің күші материалдың электрлік беріктігінен асып кетсе, өріс кернеуінің немесе диэлектриктің өткізгіштігінің жергілікті өсуіне әкелетін сыртқы әсермен басталуы мүмкін болса, мысалы, қатты микробөлшектің жоғары жылдамдықты соққысы. ГҒС, ҒКС және ЖРБ құрамына кіретін жоғары энергияның зарядталған бөлшектері ҒА материалдарында әртүрлі радиациялық әсерлер тудырады, бұл материалдар мен жабдық элементтерінің параметрлерінің нашарлауына әкеледі. Материалдардың қайтымды және қайтымсыз өзгерістері ғарыштық радиацияның толық сіңірілген дозасына және дозаның қуатына байланысты болып келеді. Жартылай өткізгіш материалдар мен аспаптар радиациялық әсерлерге ең аз төзімді болады. ГҒС, ҒКС және ЖРБ жеке зарядталған бөлшектерінен туындаған қайтымды ақаулар борттық электронды жабдық үшін өте маңызды. Бұл мәселенің пайда болуы, парадоксалды түрде, микроэлектроникадағы технологиялық прогрестің нәтижесі болды. Интеграциясы жоғары, қазіргі жартылай өткізгіш микросхемаларда олардың жұмысын басқаратын электр зарядтары (10-13–10-12 Кл) ауыр ГҒС ядроларының немесе ЖРБ және ҒКС жоғары энергиялы протондарының өтуі кезінде, микросхема материалында пайда болған зарядтармен салыстырылды. Бұл енгізілген электр зарядтары оларды микросхеманың ішіндегі электр өрістеріне жылжытуға және ақауларға әкеледі. Мысалы, борттық компьютерлердің жадысындағы жартылай өткізгіш ұяшықтардың күйінің өзгеруі. Қайтымды сәтсіздіктердің пайда болуы микросхеманың затында зарядтың пайда болуының екі механизмімен байланысты. Біріншісі, ауыр иондармен (Z > 10) ГҒС атомдарды иондаудың тікелей процесіне байланысты, ал екіншісі-протондардың 30-50 МэВ-тен жоғары энергиясында тиімді болатын микросхеманың затымен ядролық өзара әрекеттесу өнімдерінің иондалуы. әсері ЖЖҒК әртүрлі салаларындағы сыртқы факторлардың кешенді Ғарыш аппараттарының материалдарына бірнеше ҒКФ бір мезгілде немесе дәйекті әсер еткенде, соңғы эффект жеке факторлардың әсерінен болатын қосындыға тең болмаған кезде, әсердің аддитивті еместігін байқауға болады, және ҒКФ күрделі әсері күшейе алады. Және материалдардың зақымдануын әлсіретеді. Бейімділіктің осындай екіұшты көріністері, мысалы, электрондардың, протондардың, күн сәулесінің ультрафиолет сәулесінің, атмосфераның жоғарғы қабаттарының атомдық оттегісінің әр түрлі тіркесімдерінде оның температуралық режимін тұрақтандыру үшін, ғарыш аппараттарының бетіне қолданылатын температураны бақылау жабынына ұшыраған кезде байқауға болады. Атомдық оттегінің әсері басқа ҒКФ-да туындаған жабындардың күңгірттенуін бәсеңдетуі және тіпті олардың бастапқы параметрлерін белгілі бір дәрежеде қалпына келтіруі мүмкін (плазманы ағарту әсері). Соңғы әсер екі механизмге байланысты: атом оттегінің жабындарға физикалық-химиялық әсері және ластану қабатын жер бетінен шығару. ҒКФ-тың материалдарға әсеріне қатысты синергетикалық әсерлер деп те аталатын адитивті емес әсерлер әлі жеткілікті зерттелген жоқ. Мысалы, атом оттегі мен ультракүлгін сәулеленудің полимерлерге бір уақытта әсер етуі кезінде синергетикалық әсерлердің пайда болу мүмкіндігі туралы консенсус жоқ. Мұндай әсерлердің қатаң жіктелуі де жоқ. Сонымен, ыстық ғарыштық плазма немесе күн ультракүлгін сәулеленуінің (радиациялық вакцинация) электрондарының бір мезгілде әсер етуі кезінде, ҒА бетінің МІА өнімдерімен ластануының күшеюін олардың қатарына жатқызуға болады. Жоғарыда аталған зарядталған диэлектрлік материалдардағы электр разрядтарын микрометеорлық бөлшектердің немесе ғарыш қоқысының бөлшектерінің соққыларымен бастау, қатты бөлшектердің соққыларымен зақымдалған жерлерде атомды оттегінің әсерінен беткі эрозияның жоғарылауы, ҒКФ-тың ҒА-ға әсер ету механизмдері арасындағы өзара байланыстардың әсері ретінде қарастырылуы керек. ҒА әртүрлі орбиталары үшін ғарыштық ортаның материалдарға әсерін талдау кезінде назарға алынуы қажет. ҒКФ тән үйлесімін көрсетуге болады. Бірнеше маңызды орбиталардың параметрлері кестеде келтірілген. 1.6. Басқарылатын ҒА, атап айтқанда ХҒС ұшулары орбиталардың салыстырмалы түрде аз қисаюымен шамамен 350-400 км биіктікте өтеді. Басқарылатын ҒА орбиталарын таңдау кезіндегі маңызды критерийлердің бірі экипаждарға радиациялық әсерді барынша азайту талабы болып табылады. Күн-синхронды орбита (КСО) уақыттың әр сәтінде ҒА аспаптарымен байқалатын жер беті учаскелерін жарықтандырудың бірдей жағдайларын қамтамасыз етеді, бұл топырақтың, ормандардың және су объектілерінің жай-күйін зерттеу мақсатында фототүсірілім жүргізу үшін өте ыңғайлы етеді. Кесте 1.6. Әртүрлі параметрлері бар орбиталардың мысалдары
Геостационарлық орбита (ГСО) таңқаларлық, оған шығарылған ҒА оның астында орналасқан жер бетінің нүктесімен бірдей бұрыштық жылдамдыққа ие, сондықтан ол үнемі осы нүктеден жоғары тұрады (демек, орбитаның атауы), осылайша ол арқылы радио сигналдарын тарату үшін өте ыңғайлы жағдай жасайды. Сондықтан, геостационарлық ҒА негізінен радиобайланыс пен теледидардың ғарыш жүйелерінде жұмыс істейді, бірақ олардың кейбіреулері геофизикалық және метеорологиялық есептерді шешу үшін қолданылады. Құрамында 24 ҒА жұмыс істеуі тиіс ГЛОНАСС жаһандық навигациялық спутниктік жүйесінің орбитасы жер бетіндегі және жер маңындағы кеңістіктегі объектілердің координаттарын өлшеудің жоғары дәлдігін қамтамасыз ету мақсатында таңдалды. Жоғары эллиптикалық орбитасы бар "найзағай" спутниктерінің негізінде 1960 жылдардың соңында құрылды. Геостационарлық ҒА-ға негізделген жүйелермен салыстырғанда оның кемшілігі жер үсті антенналарының бағытын жоғары эллиптикалық орбитада спутниктің қозғалысына сәйкес, үздіксіз өзгерту қажеттілігі болып табылады. Кейбір ғылыми ҒА үшін апогейдің биіктігі едәуір үлкен эллиптикалық орбиталар таңдалады. Мәселен, "Радио-Астрон" халықаралық жобасы аясында ресейлік мамандар әзірлеген "Спектр - Р" астрофизикалық обсерваториясының орбитасының апогейі шамамен 330 000 км биіктікте, ал перигей 600 км биіктікте жатыр. Параметрлері орындалатын зерттеулердің міндеттерімен айқындалатын планетааралық ҒА ұшу траекториялары ерекше санатты құрайды. Орбиталардың параметрлері негізінде ҒА пайдалану шарттары талданады және ғарыш ортасының материалдар мен жабдық элементтеріне ықтимал әсері бағаланады. Мұндай бағалаулар кезінде әртүрлі орбиталарға немесе ғарыш кеңістігінің аймақтарына тән ҒА әсер ететін ҒКФ-тың үйлесімдері қарастырылады. ХҒС және КСО орбиталарын қамтитын жерге жақын орбиталарда ғарыш ортасы табиғи шығу факторларының кең жиынтығымен ұсынылған, олардың ішінде атомдық оттегін ерекше атап өту керек, сонымен қатар бұл орбиталарда ғарыш қоқысының бөлшектерімен ҒА-ның зақымдану қаупі жоғары. Орбита салыстырмалы түрде төмен, көлбеу болатын ХҒС үшін полярлық аймақтар арқылы өтетін КСО-да жұмыс істейтін ҒА авроральды радиацияның әсеріне ұшырайды, бұл фактор айтарлықтай аз қауіпті. Геостационарлық ҒА үшін ыстық магнитосфералық плазманың әсерінен жер бетінің электрленуі үлкен қауіп төндіреді. Сыртқы ЖРБ электрондары, оның шетінде ГСО орналасқан, радиациялық зақымдану мен ішкі электрлену қаупін тудырады. ГСО саласында бұл орбитаның өте қатаң локализациясына байланысты ірі жасанды нысандардың шоғырлануы жоғары, бұл олардың соқтығысуына алғышарттар жасайды, алайда ГСО-ның ұсақ техногендік бөлшектермен ластануы төмен орбиталармен салыстырғанда едәуір төмен. Орталық ЖРБ жанында орналасқан ГЛОНАСС спутниктерінің дөңгелек орбитасы үшін ыстық магнитосфералық плазмамен біріктірілген ЖРБ бөлшектері әсер етуші факторлар болып табылады, ал жоғары эллиптикалық орбитада жұмыс істейтін құрылғылар, оның әртүрлі бөліктерінде әртүрлі ҒКФ комбинацияларының әсеріне ұшырайды. ҒКС протондары, олардың геомагниттік өрісінің ауытқуына қарамастан, күн сәулесі кезінде төмен орбиталық ҒА материалдары мен жабдықтарына, ХҒС қоса алғанда, айтарлықтай қосымша дозалық жүктеме жасай алатынын атап өтуге болады, оған қатысты экипаждарға радиациялық әсер ету мәселесі де өте маңызды болып табылады. жүктеу/скачать 5,17 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|