Радиационная опасность на околоземных орбитах и межпланетных траекториях космических аппаратов

1

Радиационная опасность на околоземных орбитах и

межпланетных траекториях космических аппаратов

Обсуждаются представления, которые лежат в основе количественных оценок радиационной опасности, возникающей из-за возможного нарушения работоспособности бортового оборудования и приборов космических аппаратов при воздействии высокоэнергичных (>~100 кэВ) заряженных частиц космической радиации.Демонстрируются возможности расчетных моделей и методов для прогнозирования характеристик радиационной опасности на космических аппаратах в различных условиях его полета.

Н.В.Кузнецов

2

•Аномалии на космических аппаратахОпределение. Примеры аномалий. Источники и причина

радиационной опасности. Выводы.•Радиационные эффекты Механизмы возникновения. Линейная передача энергии. Потери

энергии частиц. Классификация радиационных эффектов. Эффекты поглощенной дозы. Одиночные случайные эффекты. Выводы.

•Факторы космического полетаПроисхождение радиационных полей. Солнечная активность.

Вековой дрейф магнитного поля Земли. Проникновение космических лучей в магнитосферу. Геомагнитная активность. Движение КА вдоль траектории полета. Перемещение КА на траектории. Конструкция КА (защитные экраны). Выводы

•Прогнозирование радиационной опасностиМетодика прогнозирования. Примеры. Выводы.

СодержаниеСодержание

3

Аномалии на космических аппаратахАномалии на космических аппаратах

Вакуум

Невесомость

Колебания температуры

Электромагнитная радиация

Метеориты

Космический мусор,

Вибрация и высокие нагрузки при старте

Корпускулярная радиация Низкоэнергичная (<~10-100 кэВ) Высокоэнергичная (> 100 кэВ)

Неизвестные

Внешние факторы воздействия на космический аппарат

4


220

230

240

250

260

270

280

290

01-J

an-0

101

-Mar

-01

01-M

ay-0

101

-Jul-

0101

-Sep

-01

01-N

ov-0

101

-Jan

-02

01-M

ar-0

201

-May

-02

01-J

ul-02

01-S

ep-0

201

-Nov

-02

01-J

an-0

301

-Mar

-03

01-M

ay-0

301

-Jul-

0301

-Sep

-03

01-N

ov-0

301

-Jan

-04

01-M

ar-0

401

-May

-04

01-J

ul-04

01-S

ep-0

401

-Nov

-04

01-J

an-0

501

-Mar

-05

01-M

ay-0

501

-Jul-

0501

-Sep

-05

Year 2001 - 2005

Sola

r Arra

y Po

wer [

W]

sc1 sc2 sc3 sc4

Cкачки понижениямощности наблюдаютво время большихсолнечных cобытий(R.J. Walters, 2004)

Пример изменения мощности солнечных батарей

http://esa-spaceweather.net/spweather/workshops/eswwII/ proc/Session4/Presentation_KEIL.pps

Сентябрь 2001

Ноябрь 2003

5


650 до 750 км 1250 до 1350 км 2450 до 2550 км

Распределение мест возникновения одиночных сбоевна космических аппаратах, находящихся на разной высоте

http://radhome.gsfc.nasa.gov/radhome/papers/202_SSR.pdf(Poivey C., et al.,2002)

http://radhome.gsfc.nasa.gov/radhome/papers/202_SSR.pdf








6

Источники радиационных аномалий на КА

Галактическиекосмические лучи (ГКЛ)

протоны ядра

Терморегулирующих покрытияхПолимерных покрытияхОптических покрытияхСолнечных элементахИзделиях микро- и оптоэлектроники

Радиационныйпояс Земли

(РПЗ)

электроны протоны

Солнечныекосмические лучи (СКЛ)

протоны ионы

Вторичное излучение

-кванты протонынейтроны

Причина радиационных аномалий - радиационные эффекты в изделиях космической техники:


7

ВыводыВыводык разделу «к разделу «Аномалии на космических аппаратах»Аномалии на космических аппаратах»

• Высокоэнергичная корпускулярная радиация космического пространства. является одним из важных внешних факторов, который инициирует возникновение аномалий на КА,

• Причиной радиационных аномалий на КА является возникновение радиационных эффектов в изделиях космической техники.

8

Передача кинетической энергии от налетающих частиц веществ (первичный процесс)

Рекомбинация

Уход на стоки (примесные

дефекты)

Объединение в комплексы

(собственные дефекты)

Рекомбинация

Образование объемного заряда

Радио-люминисценция

Генерация тока

Ионизационные эффекты Структурные нарушения

Неравновесные электроны и

дырки

Разорванные атомные связи

Вакансии имеждоузлия

Разупорядочен-ные области

Радиационные эффектыРадиационные эффекты Механизмы возникновения

Релаксационные процессы термостабилизации и электронейтрализации(релаксационный процесс)

Латентные треки

Свободные химическиерадикалы

Образованиеобъемныхдефектов

(кластеры)

Н.В.Кузнецов. Радиационная опасность на космических аппаратах

9

Радиационные эффекты.Радиационные эффекты.Линейная передача энергии (ЛПЭ))

• ЛПЭ - основная физическая величина, которая количественно характеризует энергетический вклад одной частицы в образование радиационного эффекта,

• ЛПЭ, L - средняя энергия, которую вещество может получить от налетающей заряженной частицы на единице ее пути.

• Единицы измерения ЛПЭ - МэВ/см или МэВ/(г/см2)

Н.В.Кузнецов. Радиационная опасность на космических аппаратах

10

1E-5 1E-4 1E-3 1E-2 0.1 1 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4

Ýí åð ãè ÿ, Ì ýÂ /í ó ê ë î í

1E-4

1E-3

1E-2

0.1

1

1E+1

1E+2

1E+3

1E+4

1E+5

Ïîò

åðè

ýíåð

ãèè,

ÌýÂ

/(ã/

ñì^2

)

H S i

F e S i

Радиационные эффектыРадиационные эффектыПотери энергии заряженных частиц

1E-2 1E-1 1E+0 1E+1 1E+2

Ýí åð ãè ÿ, Ì ýÂ

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

1E-2

1E-1

1E+0

1E+1

1E+2

Ïîò

åðè

ýíåð

ãèè,

ÌýÂ

/(ã/

ñì2)

(dE/dx)n

(dE/dx)e

e Si

(dE/dx)e

(dE/dx)n

ядерные реакции

11

Радиационные эффекты Радиационные эффекты Классификация

• Эффекты поглощенной дозы проявляются в результате суммирования энергии, которую множество частиц передает чувствительному объему вещества,

• Случайные одиночные эффекты возникают при передаче энергии от одной частицы чувствительному объему вещества

12

По определению: Поглощенная доза D - энергия, переданная от излучения элементарному объему вещества единичной массы

Радиационные эффекты Радиационные эффекты Поглощенная доза

рад 100 Грей или Дж/кг m

ED

dLLLdEEdx

dED

ii

iE

Ei

i dx

dE

dEd

E)L(

При воздействии потока частиц Фi(E) 1/см2МэВ разного типа и разной энергии

где - спектр ЛПЭ потока всех частиц

При воздействии потока заряженных частиц Ф [1/см2 ] с энергией E0=const

0Edx

dED

13

Радиационные эффектыРадиационные эффекты Пример эффекта ионизационной дозы

Смещение порога вольт-амперной характеристики в n-канальном транзисторе металл-окисел-полупроводник

Пор

огов

ое н

апря

жен

ие

Изменение объемного зарядав окисле

Изменение зарядана границе окисел-полупроводник

Иониз. доза

14

Радиационные эффектыРадиационные эффектыПример эффекта неионизационной дозы

Уменьшение тока короткого замыкания солнечных элементов (Walters, et.al., 2004)

Неионизационная доза, МэВ/г

Ток

кор

отко

го з

амы

кан

ия,

отн.

ед

.

Электроны 1 МэВПротоны 1 МэВПротоны 0.4 МэВЭлектроны 1 МэВ

15

Радиационные эффектыРадиационные эффектыЭквивалентная доза

dLLLLw

H

бэр) (100 Зиверт

ЛПЭ, кэВ/мкм

W(L)

Количественной мерой радиационного эффектав радиобиологии принято использовать величинуэквивалентной дозы

16

Радиационные эффектыРадиационные эффектыОдиночные случайные эффекты

Прямой механизм возникновения отионов

Ядерный механизмвозникновения от протонов

Ядерная реакция

Протон, нейтронили легкое ядро

Условие возникновения: энергия E, переданная частицей чувствительному объему, должна быть выше пороговой величины Ec, характеризующей функциональное свойство этого объема.

Тяжелое ядро

Чувствительный объем

17


F,E 00

i

ii dEdEF,E

Количественной мерой возникновения ОСЭ при воздействии потока частиц является частота ОСЭ

или используя модельные представления для прямого механизмавозникновения ОСЭ

При воздействии плотности изотропного потока частиц Fi(E) (1/см2сМэВ)разного типа и разной энергии

При воздействии плотности потока частиц F (1/см2с) с энергией E0=constи углом падения 0 = const

dEdLF,Lion

где F(L)- дифференциальный спектр ЛПЭ плотности потока частиц

18


0 1 10 100 1000Ý ô ô åêòèâí î å ËÏ Ý , Ì ýÂ /(ì ã/ñì 2)

1E-14

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

Ñå÷

åíèå

ÎÑ

Ý, ñ

ì2/

áèò

Примеры сечения ОСЭ у микросхем памяти при нормальном угле падения в зависимости от:

ЛПЭ ионов энергии протонов

10 100

Ý í åðãèÿ ï ð î òî í î â, Ì ýÂ

1E-18

1E-17

1E-16

1E-15

1E-14

1E-13

1E-12

Ñå÷

åíèå

ÎÑ

Ý, ñ

ì2/

áèò

IB M (6 4 M )

M T 4 C 4 0 0 1 (4 M )

S M J4 4 1 0 0 (4 M )

19

ВыводыВыводык разделу «Радиационные эффекты»к разделу «Радиационные эффекты»

• В настоящее время изучено влияние радиационных эффектов на свойства многих материалов и изделий космической техники.

• Радиационных эффекты в изделиях космической техники подразделяются на эффекты поглощенной дозы (ЭПД) и одиночные случайные эффекты (ОСЭ).Количественной мерой радиационной опасности

от ЭПД служит расчетная величина поглощенной дозы (ионизационной и неионизационной).

Количественной мерой радиационной опасности от ОСЭ служит расчетная частота одиночных случайных эффектов.

20

Выводы (продолжение)Выводы (продолжение)к разделу «Радиационные эффекты»к разделу «Радиационные эффекты»

• Радиационная опасность для изделий космической техники на борту КА, зависит от:индивидуальных особенностей материала и

прибора, которые характеризуются величиной линейной передачи энергии или сечением одиночных случайных эффектов и отражают их радиационную стойкость (чувствительность),

воздействующего радиационного окружения, которое характеризуется дифференциальными энергетическими спектрами потока Ф(Е) или плотности потока F(E) частиц и отражают радиационные условия на КА.

21

Факторы космического полетаФакторы космического полета

Глобальные:• Происхождение радиационных полей• Солнечная активность, • Дрейф магнитного поля Земли• Экранирующее свойство магнитосферы Земли (для

частиц космических лучей) • Геомагнитные возмущения

Локальные• Перемещение космического аппарата в пространстве• Конструкция КА (защитные экраны)• Анизотропия потоков частиц и тень Земли

22

Факторы космического полетаФакторы космического полета Происхождение радиационных полей

В межпланетном пространстве существуют• галактические космические лучи (ГКЛ), в состав

которых входят протоны и ядра химических элементов;•солнечные космические лучи (СКЛ), в состав

которых входят протоны и ионы химических элементов ;В околоземном космическом пространстве существуют •радиационные пояса Земли (РПЗ), которые в

основном состоят из электронов и протонов, захваченных магнитным полем Земли.

Потоки частиц космических лучей также проникают в магнитосферу Земли.

23

1E-2 1E-1 1E+0 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5

Ý í åðãèÿ , Ì ýÂ

1E+0

1E+1

1E+2

1E+3

1E+4

1E+5

1E+6

1E+7

1E+8

1E+9

1E+10

1E+11

1E+12

1E+13

1E+14

1E+15

1E+16

1E+17

1E+18

Ïîò

îê, 1

/(ñì

2*Ì

ýÂ)

å ÐÏ Ç

ð ÐÏ Ç

ð ÃÊË

ð ÑÊË

Ãåî ñòàöèî í àðí àÿî ðáèòàÂû ñî òà -36000 êìÍ àêë î í å í èå - 0 ãðàä10 ë åò ï î ë åòà

1E-2 1E-1 1E+0 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5


1E+0

1E+1

1E+2

1E+3

1E+4

1E+5

1E+6

1E+7

1E+8

1E+9

1E+10

1E+11

1E+12

1E+13

1E+14

1E+15

1E+16

1E+17

1E+18

Ïîò

îê, 1

/(ñì

2*Ì

ýÂ)

Î ðáèòà êðóãî âàÿÂû ñî òà - 500 êìÍ àêë î í å í èå - 98 ãðàä .10 ë åò ï î ë åòà

å ÐÏ Ç

ð ÐÏ Ç

ð ÃÊË

ð ÑÊË

Пример энергетических спектров частиц на орбитах КА

Факторы космического полетаФакторы космического полета

24

Факторы космического полетаФакторы космического полета Солнечная активность

Пример солнечно- циклических вариацийпотоков протонов РПЗ с Е=80-215 МэВна разных дрейфовыхоболочках L(Huston, S. L., 1996)

Ин

тен

си

вн

ос

ть р

ад

ио

ча

сто

ты 1

0.7

гц

http://radhome.gsfc.nasa.gov/radhome/papers/slideshow10/SC_NSREC97/img001.gif



25


Пример солнечно- циклических вариации потоков ядер гелия ГКЛ с энергией 70-95 МэВ/нуклони чисел Вольфа в зависимости от календарного времени. Точки – экспериментальныеданные спутника IMP-8.

1965 1970 1975 1980 1985

Ãî ä

1E+0

1E+1

Ïîò

îê, 1

/(ñì

2 ñ

ñð)

0

50

100

150

200

×èñ

ëà

Âîë

üôà

26


0 20 40 60 80 100 120 140 160

С р е д н ем е ся ч н ы е ч и сл а В о л ь ф а

1E+2

1E+3

1E+4

1E+5

1E+6

1E+7

1E+8

1E+9

1E+10

1E+11

1E+12

Вел

ичин

а со

быти

я С

КЛ

, 1/с

м^2

Солнечно- циклические вариациипотоков протонов СКЛ (E>30 МэВ) ичисел Вольфа в зависимости от календарного времени

Пиковые потоки протонов СКЛв зависимости от чисел Вольфа

1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

Ãî ä

1E-2

1E-1

1E+0

1E+1

1E+2

1E+3

1E+4

Ïîò

îê, 1

/(ñì

2 ñ

ñð)

0

50

100

150

200

×èñ

ëà

Âîë

üôà

27


Дифференциальные энергетические спектры протонов (а) и поглощенные дозы (б), полученные по данным спутника IMP8 для периодов минимума (W<40) и максимума (W>145) солнечной активности с 1965 по 1997 г.г.

а)

1E-2 1E-1 1E+0 1E+1 1E+2

Òî ëù èí à çàù èòû , ã/ñì 2

1E-2

1E-1

1E+0

1E+1

1E+2

1E+3

1E+4

Ïîã

ëîù

åííà

ÿ ä

îçà,

ðàä

Ì àêñè ì óì ÑÀ

Ì è í è ì óì ÑÀ

ÃÊË

Ñ ÊË

б)

Сравнение потоков ГКЛ и СКЛ в межпланетном пространстве

28

Факторы космического полетаФакторы космического полета Вековой дрейф магнитного поля Земли

0.1 1 1E+1 1E+2 1E+3


1E-4

1E-3

1E-2

1E-1

1E+0

1E+1

1E+2

1E+3

1E+4

1E+5

Ïîò

îê, 1

/(ñì

2*ñ*

ÌýÂ

)

AP8 (1970 ã.)

Î ðá è òà500 êì , 82 ãðàä .

ÀÐ8 (2002 ã.)

Отношение потоков протонов с энергией более 40 МэВ, рассчитанное с использованием базы данных модели AP8MAX, для эпохи 1991 и 1970 г.г. над Бразильской аномалией на высоте 500 км. (Энциклопедия, 2000)

Энергетические спектры протонов на круговой орбитес высотой 500 км инаклонением 82 градуса,рассчитанные по модели дляэпох 1970 и 2000 г.г.

29

Проникновение космических лучей в магнитосферу ЗемлиПроникновение космических лучей в магнитосферу Земли

Функция проникновения частиц в точку

Жесткость заряженной частицы 22mcEEQ

AER

z

zz

Массапротона

Массовое число частицы

Заряд частицы Энергияна нуклон

где RC(X)

X<RER

XRER,X,R

cz

czz

если 0,

если 1

EX,ERX,E zz орб zПоток заряженных частиц в магнитосфере в точке X

Поток заряженных частицв межпланетном пространстве

Функцияпроникновения

в точку Х

Эффективная жесткость обрезания

30

Проникновение космических лучей в магнитосферу ЗемлиПроникновение космических лучей в магнитосферу Земли

Функция проникновения частиц в точку

0 5 10 15 20 25Â ð åì ÿ ï î ë åòà , ÷àñ

0

1

10

Æåñ

òêîñ

òü î

áðåç

àíèÿ

, ÃÂ

Î ðáèòà ñòàí öèè "Ì È Ð"

Эффективная жесткостьгеомагнитного обрезания наорбите станции «Мир»в зависимости от времени полета

0 5 10 15 20 25 30

Â ð å ì ÿ, ÷àñ

1E-5

1E-4

1E-3

1E-2

1E-1

1E+0

Ïîã

ëîù

åííà

ÿ äî

çà, ð

àä

9 í î ÿ áðÿ 2000

14 èþ ëÿ 2000

Накопление поглощенной дозына станции «Мир при возникновениисобытий СКЛ в июле и ноябре 2000 г.в зависимости от времени с моментапоявления потоков СКЛ вблизи Земли.

31

Проникновение космических лучей в магнитосферу Земли

Функция проникновения частиц на орбиту

время полета

EX,ER

X,E

zz

орб z

Энергетический спектр потока частиц космических лучей наорбите

T

tXRRt

T

dt)t(X,R

R czz

z

T

0

32

Геомагнитная активностьГеомагнитная активность

http://www.haystack.mit.edu/~jcf/jan97/sampex.gif

Пример распределения потоков электронов в РПЗ, зарегистрированныхна спутнике SAMPEX до и после магнитной бури 9-10 января 1997 г.

33

Перемещение космического аппарата в Перемещение космического аппарата в пространствепространстве

Пример распределения потоков протонов в околоземном пространстве

space-env.esa.int/EMA_Events/SPENVIS_WS2002/Proceedings/bourdarie.pdf

34


0 1 2 3 4

Время полета, час

1E+0

1E+1

1E+2

1E+3

1E+4

1E+5

Пл

отно

сть

пото

ка, 1

/см

2/с

0 5 10 15 20

Время полета, час

1E+0

1E+1

1E+2

1E+3

1E+4

1E+5

1E+6

1E+7

1E+8

Пл

отно

сть

пото

ка, 1

/см

2/с

Орбита МКС,400-450 км, 51 град.

Высокоэллиптическая орбита500-40000 км, 63 град.

Примеры расчетных зависимостей потоков протонов (сплошные кривые)и электронов (пунктирные кривые) РПЗ на орбитах КА от времени полета

35


1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

1E-2

Час

тота

сб

оев,

1/с

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

1E-2

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

1E-2

0 5 10 15 20 25Время полета, час

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

1E-2

орбита М КС

С С О 900

ВЭ О

ГС О

Орбита международнойкосмической станции H = 426 км, I= 51,6 градусов;

Солнечносинхронная орбитаH= 900 км, I= 97 градусов;

Высокоэллиптическая орбитаH= 500-40000 км, I= 63 градуса;

Геостационаоная орбита H= 36000 км, I= 0 градусов

Примеры изменения частоты сбоев в микросхеме памяти (объем 16М) в зависимости от времени полета КА

36

Конструкция КА (защитные экраны)Конструкция КА (защитные экраны)

0.1 1 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5


1E-3

1E-2

1E-1

1E+0

1E+1

1E+2

1E+3

1E+4

1E+5

1E+6

1E+7

1E+8

1E+9

1E+10

1E+11

1E+12

1E+13

Ïîò

îê, 1

/(ñì

2*Ì

ýÂ)

Çàù èòà -10 ã/ñì 2

Ñ Ê Ë"î ò ê ðû ò û é ê î ñì î ñ"

ÃÊ Ë"î ò ê ðû ò û é ê î ñì î ñ"

n ÑÊËn ÃÊË

p ÑÊË

p ÃÊË

Энергетические спектрыпротонов и вторичныхнейтронов, возникающиеза защитой при воздействиипротонов ГКЛ и СКЛ.

37

ВыводыВыводык главе «Факторы космического полета»к главе «Факторы космического полета»

• В околоземном космическом пространстве существуют высокоэнергичные потоки частиц РПЗ, ГКЛ и СКЛ, которые необходимо учитывать при прогнозировании радиационной опасности на КА.

• Разработанные модели устанавливают энергетические спектры сглаженных (усредненных за несколько месяцев) потоков частиц с учетом влияния солнечной активности и позволяют прогнозировать вариации этих потоков, связанные с изменением положения КА в пространстве.

• Существующие ядерно-физические данные позволяют рассчитывать характеристики радиационной опасности для материалов и приборов, расположенных за защитными экранами внутри КА.

38

Модель расчета дозы

Модель потоков

частиц ГКЛ

Модель потоков

частиц СКЛ

Геомагнитные координаты

Модели потоков электронов и протонов

РПЗ Спектры частиц на орбите КА(РПЗ, ГКЛ, СКЛ)

Спектры частиц на орбите КА(РПЗ, ГКЛ, СКЛ)

Модели прохождения частиц

за защиту

Поглощенная и эквивалентная доза Поглощенная и эквивалентная доза

Параметры орбиты и время полета КА

Спектры частиц за защитой(электроны, протоны, нейтроны, ионы)

Спектры частиц за защитой(электроны, протоны, нейтроны, ионы)

Модель возникновения одиночных случайных

эффектов

Частота сбоев в электронных приборах Частота сбоев в электронных приборах

Модель геомагнитного поля

Геоцентрические координаты КА

Прогнозирование радиационной опасностиПрогнозирование радиационной опасности

Схема компьютерного пакета программ

Модельпроникновения

частиц КЛна орбиты

39

Прогнозирование радиационной опасностиПрогнозирование радиационной опасности Модели радиационного окружения

в интерактивных информационных системах

Радиационное поле Модель

Радиационный пояс Земли (протоны)

AP8-MIN; AP8-MAX

Радиационный пояс Земли (электроны)

AE8-MIN; AE8-MAX

Галактические космические лучи (протоны и ядра)

CREME96; Badhwar&O'Neill

Солнечные космические лучи (протоны)

JPL92

Солнечные космические лучи (ионы)

CREME96;Информационные системы:CREME96 - http://creme96.nrl.navy.mil SPENVIS - http://www.spenvis.oma.be/spenvisSIREST - http://www.sirest.larc.nas.gov

http://creme96.nrl.navy.mil/







http://www.spenvis.oma.be/spenvis

http://www.spenvis.oma.be/spenvis

40

Прогнозирование радиационной опасностиПрогнозирование радиационной опасности Пример расчета эквивалентной дозы

1E-2 0.1 1 1E+1 1E+2Òî ë ù èí à çàù èòû , ã/ñì 2

1E-3

1E-2

0.1

1

1E+1

1E+2

1E+3

1E+4

Ýêâ

èâàë

åíòí

àÿ ä

îçà,

Çèâ

åðò

ÃÊ Ë

Ñ Ê Ë (9 9 % )

Ñ Ê Ë (5 0 % )Ï ðåäåëüí îäî ï óñò èì àÿ äî çà

Ï î ë åò í à Ì àðñ (ï ð î åêò NASA)Âû ñî êàÿ ñî ë í å÷í àÿ àêòèâí î ñòü 980 ä í åé (620 í à Ì àðñå)

1E-2 0.1 1 1E+1 1E+2Òî ë ù èí à çàù èòû , ã/ñì 2

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

1E-2

0.1

1

1E+1

1E+2

1E+3

1E+4

Ýêâ

èâàë

åíòí

àÿ ä

îçà,

Çèâ

åðò

ÃÊ Ë

Ñ Ê Ë (9 9 % )Ñ Ê Ë (5 0 % )

Ï ðåäåëüí îäî ï óñò èì àÿ äî çà

Î ðáèòà Ì ÊÑ , 1 ãî ä ï î ë åòàÌ èí èì óì ñî ë í å÷í î é àêòèâí î ñòè

ÐÏ Ç

Полет на Марс Орбита МКС

41

Прогнозирование радиационной опасностиПрогнозирование радиационной опасности Пример расчета частоты ОСЭ

1E-2 0.1 1 1E+1 1E+2

Òî ë ù èí à çàù èòû , ã/ñì 2

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

1E-2

1E-1

1E+0

1E+1

1E+2

1E+3

×àñ

òîòà

ñá

îåâ,

1/ñ

Ãå î ñòàöèî í àðí àÿ î ðáèòà 10 ë åò

ÑÊ Ë (5 0% )

ÃÊ Ë

ÐÏ Ç - í åò ñá î åâ

Ñ ðåä í ÿ ÿ è ì àêñèì àë üí àÿ ÷àñòî òà ñî âï àä àþ ò

1E-2 0.1 1 1E+1 1E+2

Òî ë ù èí à çàù èòû , ã/ñì ^2

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

1E-2

1E-1

1E+0

1E+1

1E+2

1E+3

×àñ

òîòà

ñá

îåâ,

1/ñ

Î ðáèòà Ì ÊÑ 10 ë åò

ÑÊ Ë (5 0 % )ÃÊ ËÐÏ Ç

Ñ ï ë î ø í û å - ñðåä í ÿ ÿ ÷àñòî òàÏ óí êòèðí û å - ì àêñèì àë üí àÿ ÷àñòî òà

Перемежающиеся отказы (сбои) в «типичной» микросхеме памяти

42

Прогнозирование радиационной опасностиПрогнозирование радиационной опасностиПример расчета поглощенной дозына круговых околоземных орбитах

1000 10000 100000

Âû ñî òà î ðáèòû , êì

1E+0

1E+1

1E+2

1E+3

1E+4

1E+5

1E+6

Ïîã

ëîù

åííà

ÿ ä

îçà,

ðàä

ï ð î òî í û ÐÏ Ç

ýë åêòðî í û ÐÏ Ç

Ñ ÊË(99% )

Ñ ÊË(50% )

ÃÊË

Í àêë î í å í èå î ðáèòû :ñï ë î ø í û å - 51 ãðàä .ï óí êòèðí û å - 90 ãðàä .

Поглощенная доза (10 лет) в зависимости от высотыкруговой орбиты КА (защита 1 г/см2)

43

Прогнозирование радиационной опасностиПрогнозирование радиационной опасностиПример расчета частоты (количества) одиночных

случайных эффектов на круговых околоземных орбитах

1000 10000 100000Âû ñî òà, êì

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

1E-2

1E-1

×àñ

òîòà

ñá

îåâ,

îòí

.åä

.

Ñ ÊË(99% )

ÐÏ Ç

ÃÊË

Частота одиночных сбоев в микросхемах памяти в зависимостиот высоты круговой орбиты КА (защита 1 г/см2)

Количество одиночных отказов (10 лет) в микросхемах с Lс = 20 МэВ/(мг/см2) в зависимости от высоты круговой орбиты КА (защита 1 г/см2)

1000 10000 100000

Â û ñî òà î ð á è òû , ê ì .

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

1E-2

1E-1

×àñ

òîòà

îäè

íî÷í

ûõ

îòêà

çîâ,

îòí

.åä.

Ñ ÊË(99% )

Ñ ÊË(50% )

ÃÊË

44

ВыводыВыводык разделу «Прогнозирование радиационной опасности»к разделу «Прогнозирование радиационной опасности»

• Существующие интегрированные пакеты программ, разработанные с использованием моделей потоков частиц радиационного окружения и моделей радиационных эффектов, позволяют оперативно и с необходимой полнотой обеспечить количественную оценку радиационной опасности, ожидаемую на борту КА на заданной орбите и в заданный период времени.

45

ЛитератураЛитература

Documents

Радиационная опасность на околоземных орбитах и межпланетных траекториях космических аппаратов