Магнитная защита КА от радиации

Радиацию называют чуть ли не главной причиной сбоев электроники на орбите и снижения ее срока службы.
А что мешает создать локальную защиту от заряженных частиц, протянув вдоль аппарата поясок из ВТСП?

Охлаждение - пассивное, излучением, т.к. довольно просто обеспечить теплоизоляцию пояса от основной массы КА (окружающий вакуум способствует). Особенно низких температур не нужно, т.к. это ВТСП. Утяжеление минимально и пояс себя многократно окупит экономией на массе экранов. Энергии на это требуется - ноль. Больших магнитных полей не требуется...

Так почему не?

Или давно да, а я отстал и не в курсе?

КА придется тороидальный делать. И интенсивность поля нужна высокая.

>Татарин
>Больших магнитных полей не требуется...

А это сильно зависит... Смотря где висит ваш КА, и, соответственно, от того, каких энергий частицы вы хотите отражать. Это во-первых. Во-вторых, надо смотреть, какая именно радиация даёт наибольший вклад - галактическая, солнечная, "поясовая" (от этого зависит конфигурация и ориентация магнитной системы). Ну и еще вопрос, как поле будет влиять собственно на начинку спутника.

У Земли поле не такое уж сильное, и форма несколько не тороидальная...

"Магнитную бутылку" нельзя организовать? А в месте "горлышка" — небольшой кирпич из нужного материала, чтобы об него всё гасилось. Защищаемое пространство — внутри бутылки, а снаружи — элементы защиты, им не больно

У Земли в районе полюсов наблюдаются северные сияния. Это как раз результат гашения траекторий частиц об 'кирпич из нужного материала' © )

Я и говорю — работает!

ВТСП и прочие чудеса нужны только для межпланетных полетов или жизни в радиационных поясах. Большая часть электроники работает под защитой земного магнитного поля . Вклад непосредственно от заряженных частиц тут очень мал , главным образом за счет рентгена солнца и прочих космических лучей деградирует , а от них не спрячешься.
Даже в межпланетных полетах радиация не самое страшное . В "Американцах на Луне" обсуждались некоторые моменты . Насколько помню значительная часть частиц тормозилась в тонкой алюминевой обшивке , и почти все тормозное излучение поглощалось там же. А если нет разницы , зачем платить больше ? ©

hcube, 28.03.2004 21:08:46 :

КА придется тороидальный делать. И интенсивность поля нужна высокая.

 

Тороидальный - если мы желаем избежать столкновений с частицами совсем, в принципе. Если в какой-то части аппарата мы можем себе позволить столкновения, то форма произвольна.
Да нет, в том-то и дело, что не очень. Достижимая без напряга.

Mathieus, 29.03.2004 15:43:10 :

ВТСП и прочие чудеса нужны только для межпланетных полетов или жизни в радиационных поясах. Большая часть электроники работает под защитой земного магнитного поля . Вклад непосредственно от заряженных частиц тут очень мал , главным образом за счет рентгена солнца и прочих космических лучей деградирует , а от них не спрячешься.
Даже в межпланетных полетах радиация не самое страшное . В "Американцах на Луне" обсуждались некоторые моменты . Насколько помню значительная часть частиц тормозилась в тонкой алюминевой обшивке , и почти все тормозное излучение поглощалось там же. А если нет разницы , зачем платить больше ? ©

 

Нет, разумеется, что я говорю о геостационарных КА и только о них.
Ясен день, что для НО-спутников или, скажем, МКС это штука сомнительной пользительности.

А вот что касается энергий и выигрышей - не совсем так. Во-первых, хотя СБ под алюминиевым листом и более устойчивы к радиации, никто их в таком виде использовать не будет: КПД мал. А за магнитным полем - пожалуйста.
Во-вторых, сравнительно небольшое поле в сотые-десятые Тесла будет захватывать низкоэнергетичные частицы солнечного ветра и организовывать своего рода плазменную подушку, которая вполне послужит защитой от более серьезных заряженных частиц.
В-третьих, когда обсуждали американцев на Луне речь шла о живучести человека (системы довольно устойчивой и саморемонтирующейся) при периоде облучении несколько суток... а тут речь идет о живучести электроники, и в течении десятка лет.

Кстати, магнитно-плазменный парус: можно использовать как двигатель для поддержания КА на высокой орбите. Принцип действия предельно прост: когда Солнце светит нам "в спину" - включаем ловушку, как только светит "в лоб" - выключаем.
Расход рабочего тела - "зиро". Масса - минимальна, сотни грамм. Требуется электроэнергия, но совсем чуть-чуть, и "в долг" - потом вернуть можно обратно в аккумулятор.

А?

Геостанционарные спутники не обдуваются солнечным ветром. Среднее расстояние до магнитопаузы - 10 радиусов . Только при очень сильных вспышках магнитосферу сжимает настолько , что кусочек ГСО оказывается в ударной волне. Да и то при соответсвующем расположении орбиты. Так что им защита не нужна.
Магнито-плазменный парус тоже отпадает по причине близкого соседства с Землей. Чтобы держать плазму , поле паруса должно быть больше поля в окружающем пространстве . На ГСО (не говоря уже о более низких орбитах) поле земли все еще на порядок-два больше чем в межпланетном пространстве , соответственно размер паруса будет гораздо меньше и тяга от него ничтожна по сравнению с оригинальным вариантом.

Mathieus, 29.03.2004 17:40:34 :

Геостанционарные спутники не обдуваются солнечным ветром. Среднее расстояние до магнитопаузы - 10 радиусов . Только при очень сильных вспышках магнитосферу сжимает настолько , что кусочек ГСО оказывается в ударной волне. Да и то при соответсвующем расположении орбиты. Так что им защита не нужна.

 

Хм. А я думал, ГСО уже обдувается солнечным ветром... А оказывается магнитопауза 50-60Мм...

Ладно, вопрос снят.

>Татарин
>А вот что касается энергий и выигрышей - не совсем так. Во-первых, хотя СБ >под алюминиевым листом и более устойчивы к радиации, никто их в таком >виде использовать не будет: КПД мал. А за магнитным полем - пожалуйста.

Проблематично. Создать достаточное для защиты СБ магнитное поле на расстояниях в метры от поверхности КА само по себе нелегко, не считая постоянных проблем с взаимной ориентацией потока частиц/СБ/аппарата

>Во-вторых, сравнительно небольшое поле в сотые-десятые Тесла будет >захватывать низкоэнергетичные частицы солнечного ветра и организовывать >своего рода плазменную подушку, которая вполне послужит защитой от >более серьезных заряженных частиц.

Вот это очень сомнительно. Плазма в "подушке" и сама по себе будет бесстолкновительной, а сечения для более серьёзных частиц намного меньше (обратно-кубично по скорости). Т.е. серьёзная частица эту дохленькую тоненькую плазму и не заметит. Некоторая диссипация энергии налетающей энергичной частицы с малым сечением может произойти разве что за счёт возмущения каких-нибудь неустойчивостей (например, типа ленгмюровской), но это лишь принципиальная возможность, в подобных условиях она наверняка не будет реализовываться.

>au
> У Земли поле не такое уж сильное, и форма несколько не тороидальная...

Совсем не тороидальная, а в первом приближении эквивалентная полю магн. диполя.

>"Магнитную бутылку" нельзя организовать? А в месте "горлышка" — небольшой кирпич из нужного материала, чтобы об него всё гасилось. >Защищаемое пространство — внутри бутылки, а снаружи — элементы защиты, им не больно

В принципе - можно. Но это означает наличие двух выносных катушек приличного размера (примерно равного размеру КА), а также то, что сам КА будет находиться в области наиболее сильного поля, и далеко не факт, что это понравится его аппаратуре. Во всяком случае на работу любых движков ориентации и коррекции (особенно ЭРД) поле повлияет совершенно непредсказуемо. И размер "кирпича" для подобной конструкции, опять-таки, будет сравним с размерами самого аппарата, а тогда непонятно - зачем вообще было городить магнитный огород?

Fakir, 29.03.2004 22:12:27 :

>Татарин
>А вот что касается энергий и выигрышей - не совсем так. Во-первых, хотя СБ >под алюминиевым листом и более устойчивы к радиации, никто их в таком >виде использовать не будет: КПД мал. А за магнитным полем - пожалуйста.

Проблематично. Создать достаточное для защиты СБ магнитное поле на расстояниях в метры от поверхности КА само по себе нелегко, не считая постоянных проблем с взаимной ориентацией потока частиц/СБ/аппарата

 

А зачем метрЫ?
Разумное расстояние тут, ИМХО, должно определяться ларморовским радиусом частицы, а для электронов солнечного ветра это будут считанные сантиметры. Для протонов - лишь в сорок с небольшим раз больше.

Кроме того, выносные рамки могут помочь в деле защиты от частиц и очень приличных энергий, нам ведь не обязательно захватывать частицу в поле, можно ее лишь отклонить. А этот кандибобер, вроде как, попроще.

>Во-вторых, сравнительно небольшое поле в сотые-десятые Тесла будет >захватывать низкоэнергетичные частицы солнечного ветра и организовывать >своего рода плазменную подушку, которая вполне послужит защитой от >более серьезных заряженных частиц.

Вот это очень сомнительно. Плазма в "подушке" и сама по себе будет бесстолкновительной, а сечения для более серьёзных частиц намного меньше (обратно-кубично по скорости). Т.е. серьёзная частица эту дохленькую тоненькую плазму и не заметит. Некоторая диссипация энергии налетающей энергичной частицы с малым сечением может произойти разве что за счёт возмущения каких-нибудь неустойчивостей (например, типа ленгмюровской), но это лишь принципиальная возможность, в подобных условиях она наверняка не будет реализовываться.

 

Да, плотность маловата, конечно... :\

Fakir, 29.03.2004 22:38:18 :

В принципе - можно. Но это означает наличие двух выносных катушек приличного размера (примерно равного размеру КА), а также то, что сам КА будет находиться в области наиболее сильного поля, и далеко не факт, что это понравится его аппаратуре. Во всяком случае на работу любых движков ориентации и коррекции (особенно ЭРД) поле повлияет совершенно непредсказуемо. И размер "кирпича" для подобной конструкции, опять-таки, будет сравним с размерами самого аппарата, а тогда непонятно - зачем вообще было городить магнитный огород?

 

Если мы зашишаемся от солнечного ветра, т.е. направление известно, то бутылку можно вынести за пределы КА вообще.

А кирпич обязан быть кирпичным ровно в той же мере, что и стенки обычного аппарата, без защиты. По нему ведь долбят все те же частицы, энергия-то их не увеличилась!

Естессно за пределы! Аппарат находится в защищаемой зоне, а сама защита может быть вообще отдельной конструкцией вокруг него. В космосе места хватает

Насколько я знаю, частицы летят вдоль силовых линий, которые втыкаются в кирпич, так что концентрация частиц там выше.

Промелькнула новость про РОРСАТ, у которого течёт охладитель... радиоактивный, вроде бы. На орбите порядка 800 км... интересно, какие последствия?..

au, 30.03.2004 16:13:08 :

Естессно за пределы! Аппарат находится в защищаемой зоне, а сама защита может быть вообще отдельной конструкцией вокруг него. В космосе места хватает

Насколько я знаю, частицы летят вдоль силовых линий, которые втыкаются в кирпич, так что концентрация частиц там выше.

 

Или не вокруг. Или теневой. Надо смотреть параметры солнечного/галактического ветра.

Концентрация - пусть, т.к. они рассеивают энергию по экспоненте, очень небольшое увеличение толщины кирпича компенсирует очень большое увеличение количества частиц. Пока энергии все те же, концентрации можно ну, не то чтобы совсем игнорировать, но учитывать лишь во вторую очередь...

avmich, 30.03.2004 16:17:57 :

Промелькнула новость про РОРСАТ, у которого течёт охладитель... радиоактивный, вроде бы. На орбите порядка 800 км... интересно, какие последствия?..

 

А где новость? И что этот РОРСАТ такое?

Сколько бы не вытекло, для Земли - капля в море, да и пока оно оттуда валится, высветится, небось, основательно. Не актиноидами же охлаждают.

>А где новость? И что этот РОРСАТ такое?

РОРСАТ - это советский спутник с ядренной энергетической установкой. Применялся для слежения за американскими кораблями при помощи РЛС. ЯЭУ и питала мощную РЛС. После истечения ресурса разделялся на две части, блок с ЯЭУ забрасывали на 800 км, что оставалось сгорало в атмосфере.

Один Рорсат в 70-х упал на Землю, причем АЗ размазалась по Канаде. Был небольшой международный скандал, правда в СССР психику простых граждан травмировать не стали и по ящику они ничего об этом не услышали.

>Татарин
>А зачем метрЫ?
>Разумное расстояние тут, ИМХО, должно определяться ларморовским радиусом частицы, а для электронов солнечного ветра это будут считанные сантиметры. Для протонов - лишь в сорок с небольшим раз больше.

Так вы же хотите прикрыть полем солнечные батареи? Они ведь, поди, метров на пять торчат, кабы не больше?

>Кроме того, выносные рамки могут помочь в деле защиты от частиц и очень приличных энергий, нам ведь не обязательно захватывать частицу в поле, можно ее лишь отклонить. А этот кандибобер, вроде как, попроще.

Если эти частицы летят с какого-то определённого направления - то да, могут помочь. Если изотропно - то практически нет.

>Если мы зашишаемся от солнечного ветра, т.е. направление известно, то бутылку можно вынести за пределы КА вообще.

Так давайте определимся, от чего защищаемся? Если от солнечного ветра - это одно (но вроде же сказали, что на геостационаре его нет?), если от частиц рад. поясов - другое, а если от галактических частиц - совсем третье. Соответственно, и требования к магнитным системам будут очень разными.
Бутылку же выносить за пределы аппарата практически никакого смысла нет.

>А кирпич обязан быть кирпичным ровно в той же мере, что и стенки обычного аппарата, без защиты. По нему ведь долбят все те же частицы, энергия-то их не увеличилась!

Ну да, разумеется. Только если "кирпич" у вас имеет примерно такие же размеры, как и боковая проекция аппарата, то зачем вообще катушки? Проще этот экран прямо на КА и повесить.

>au
>Естессно за пределы! Аппарат находится в защищаемой зоне, а сама защита может быть вообще отдельной конструкцией вокруг него. В космосе места хватает.

Да какая нафиг разница? Если защита ваша круговая, аппарат скорее всего окажется в самом максимуме поля (если используете особо хитрую магнитную систему - то не в максимуме, но во вполне ощутимом поле). В таком случае, увы, проблемы с влиянием на движки и аппаратуру остаются. А чем больше размеры конструкции тем больше масса - со всеми вытекающими.

>Насколько я знаю, частицы летят вдоль силовых линий, которые втыкаются в кирпич, так что концентрация частиц там выше.

Совершенно не обязательно. Будет ли частца лететь вдоль силовой линии, зависит от соотношения между её энергией, направлением движения, напряжённостью и направлением поля, и характерным размером.

>TEvg
>Один Рорсат в 70-х упал на Землю, причем АЗ размазалась по Канаде. Был небольшой международный скандал, правда в СССР психику простых граждан травмировать не стали и по ящику они ничего об этом не услышали.

Я общался с человеком, который в 60-х занимался с бортовыми космическими ядерными источниками питания - разрабатывал такую конструкцию аппарата, чтобы АЗ при вхождении в атмосферу разлеталась на стомикронные пылинки (требования были выданы из соображений радиационной безопасности, такие пылинки, кажется, должны болтаться в верхних слоях и вреда никакого причинить не могут). Был построен спец. стенд, распыление проверили, всё работало. Он говорил, что и над Канадой всё развалилось, как было положено, так что никакого заметного загрязнения не было. Так что, похоже, скандал имел исключительно политическую подоплеку.

Fakir, 31.03.2004 20:08:54 :

>Татарин
>А зачем метрЫ?
>Разумное расстояние тут, ИМХО, должно определяться ларморовским радиусом частицы, а для электронов солнечного ветра это будут считанные сантиметры. Для протонов - лишь в сорок с небольшим раз больше.

Так вы же хотите прикрыть полем солнечные батареи? Они ведь, поди, метров на пять торчат, кабы не больше?

 

Эээ... да. А мне разве кто-то не дает разместить рамку вдоль солнечных батерей?

>Кроме того, выносные рамки могут помочь в деле защиты от частиц и очень приличных энергий, нам ведь не обязательно захватывать частицу в поле, можно ее лишь отклонить. А этот кандибобер, вроде как, попроще.

Если эти частицы летят с какого-то определённого направления - то да, могут помочь. Если изотропно - то практически нет.

 

Именно о том и речь.

>Если мы зашишаемся от солнечного ветра, т.е. направление известно, то бутылку можно вынести за пределы КА вообще.

Так давайте определимся, от чего защищаемся? Если от солнечного ветра - это одно (но вроде же сказали, что на геостационаре его нет?), если от частиц рад. поясов - другое, а если от галактических частиц - совсем третье. Соответственно, и требования к магнитным системам будут очень разными.
Бутылку же выносить за пределы аппарата практически никакого смысла нет.

 

ОК. Для определенности защищаем СБ от солнечного ветра за пределами магнитопаузы.

>А кирпич обязан быть кирпичным ровно в той же мере, что и стенки обычного аппарата, без защиты. По нему ведь долбят все те же частицы, энергия-то их не увеличилась!
Ну да, разумеется. Только если "кирпич" у вас имеет примерно такие же размеры, как и боковая проекция аппарата, то зачем вообще катушки? Проще этот экран прямо на КА и повесить.

 

Зачем таких же размеров?
Всего лишь такой же примерно толщины. А размеры будуи много меньше, ибо экранами мы прикрываем теперь только полюса (например, при тривиальной конфигурации), а не весь аппарат.

>Татарин
>Эээ... да. А мне разве кто-то не дает разместить рамку вдоль солнечных батерей?

Не даёт геометрия поля. Если батареи оконтурены рамкой, то линии поля как раз в батарею будут втыкаться, не получится защиты.

>Зачем таких же размеров?
>Всего лишь такой же примерно толщины. А размеры будуи много меньше, ибо экранами мы прикрываем теперь только полюса (например, при тривиальной конфигурации), а не весь аппарат.

Таких же размеров - если вы (по примеру au) хотите поместить весь КА внутрь пробкотрона. В таком случае размеры самим пробочных катушек будут примерно соответствовать размерам КА, перекрывать нужно всю дырку - отсюда размеры экрана, как раз соответствующие боковой проекции.

>ОК. Для определенности защищаем СБ от солнечного ветра за пределами магнитопаузы.

Ок. Надо подумать. А состав/плотность/энергетический спектр солнечного ветра на напомните?