Исследователи впервые обнаружили, что количество электрических разрядов на космическом аппарате напрямую коррелирует с количеством электронов в окружающей среде. Эта информация может помочь учёным лучше понять, как защитить оборудование в космосе.
Разряды в окружающей среде космического аппарата (SEDs) — это кратковременные электрические пробои, которые могут повредить чувствительную бортовую электронику и системы связи.
«Мы давно знали, что эти SED существуют», — сказал Амитабх Наг, учёный из Национальной лаборатории Лос-Аламоса и ведущий автор статьи, в которой подробно описано исследование. Статья под названием «Радиочастотные переходные процессы, коррелированные с потоком электронов, измеренным на борту STP-Sat6» опубликована в журнале Advances in Space Research.
Для понимания взаимосвязи между электронами в космической среде и SED потребовалось два датчика на одном космическом аппарате: один, который отслеживал количество и активность электронов, и другой, который отслеживал радиочастотный сигнал.
Эти SED обычно являются результатом разницы в поверхностной зарядке, вызванной накоплением электронов на поверхностях космических аппаратов на орбите. Это похоже на статическое электричество на Земле — например, когда энергия накапливается, когда человек идёт по ковру, и вызывает искру, когда палец касается дверной ручки. Электрические разряды в космической среде происходят, когда накопление энергии на космическом аппарате достигает достаточно высокого напряжения, и энергия высвобождается.
Спутник Министерства обороны США на геостационарной орбите под названием STP-Sat6 оснащён обоими датчиками, что дало исследователям уникальную возможность одновременно отслеживать данные о радиочастотной активности и активности электронов.
«Мы смогли увидеть частоту SED, о которой сообщал радиочастотный датчик, и сравнить её с активностью электронных частиц в определённом диапазоне напряжений», — сказал Наг. «Мы узнали, что пики SED коррелируют с пиками активности электронов».
Наг и команда из Лос-Аламоса проанализировали более чем годичные данные с двух датчиков, разработанных в лаборатории, выявив более 270 периодов высокой частоты SED и несколько сотен эпизодов высокой активности электронов.
Примерно в трёх четвертях случаев пики активности электронов предшествовали событиям SED на 24–45 минут. Эта задержка говорит о том, что накопление заряда от низкоэнергетических электронов играет ключевую роль в подготовке космического аппарата к электростатическим разрядам.
«Мы наблюдали, что по мере увеличения активности электронов, особенно в диапазоне от 7,9 до 12,2 кэВ, космический аппарат начинает накапливать заряд. Это продолжается до тех пор, пока не будет достигнута точка насыщения, и не произойдут SED», — сказал Наг. «Это время опережения открывает возможности для разработки потенциальных инструментов прогнозирования для снижения рисков».
Будущие миссии могут интегрировать мониторинг низкоэнергетических электронов в реальном времени для прогнозирования и реагирования на события зарядки до того, как они повлияют на работу.
Предоставлено: Национальная лаборатория Лос-Аламоса.