НОВОСТИ    БИБЛИОТЕКА    ССЫЛКИ    КАРТА САЙТА    О САЙТЕ







предыдущая главасодержаниеследующая глава

1.3. РАДИАЦИОННАЯ ОПАСНОСТЬ

Общие сведения

Радиационная опасность космических полетов связана с возможностью поражения экипажа, повреждения аппаратуры и элементов конструкции КА при облучении корпускулярным и электромагнитным излучением.

Способность излучения оказывать радиационное воздействие на вещество определяется его свойством взаимодействовать с атомами среды с потерей части своей первоначальной энергии и передачей ее облучаемому веществу. В общем случае степень радиационного воздействия тем выше, чем больше количество поглощенной веществом энергии излучения. Количество поглощенной энергии излучения, отнесенное к массе вещества, называется поглощенной дозой (D) и измеряется в радах*. Доза, накопленная в единицу времени, называется мощностью поглощенной дозы.

* (1 рад =10-2Дж/кг х 100 эрг/г = 6,24 х 107 МэВ/г.)

При рассмотрении биологического воздействия смешанного излучения используется эквивалент дозы радиации, измеряемый в бэрах и определяемый как


(1.4)

где D - поглощенная доза, рад;

КК - коэффициент качества, учитывающий относительную биологическую эффективность излучения в сравнении с биологической эффективностью стандартного рентгеновского излучения, которая условно принята равной 1.

Радиационная опасность при полетах человека

В настоящее время при полетах человека учитывают три основных источника корпускулярного излучения: радиационный пояс Земли (РПЗ), галактическое (ГКИ) и солнечное (СКИ) космические излучения.

Уровни доз, создаваемые излучением радиационного пояса Земли (РПЗ), зависят от времени полета КА через пояс, траектории полета и толщины защиты. Их можно рассчитать заранее с достаточной точностью. Поглощенные дозы от излучения внутреннего РПЗ в основном обусловлены протонами высоких энергий. Рекомендуемый коэффициент качества КК = 1,0 -1,4. Величина поглощенной дозы при толщине защиты менее 1 г/см2 существенно меняется от поверхности тела к глубине. При толщине защиты более 1 г/см2 величина поглощенной дозы по глубине изменяется не более чем в три раза, что позволяет считать распределение дозы равномерным.

Расчетные значения мощности эквивалента дозы протонов внутреннего РПЗ для круговых орбит при эффективной толщине защиты КА 1 г/см2 приведены в табл. 1.4.

Таблица 1.4. Мощность эквивалента дозы протонов для круговых орбит, бэр/сут
Таблица 1.4. Мощность эквивалента дозы протонов для круговых орбит, бэр/сут

В центральной зоне внутреннего РПЗ мощность эквивалента дозы исключительно высока, и полет пилотируемого КА в ней без специальной защиты невозможен. Допускается кратковременное пересечение РПЗ, если траектория полета КА минует его центральную зону или если экипаж в момент пересечения РПЗ будет находиться в более защищенном отсеке. В этом случае поглощенная доза, как показывают оценки и опыт полетов к Луне, составляет всего несколько рад.

При снижении высоты круговой орбиты до 445 км мощность эквивалента дозы резко уменьшается и допустимая продолжительность полетов пилотируемых КА без специальной защиты соответственно увеличивается. Дальнейшее уменьшение высоты до 200 - 300 км приводит к снижению мощности эквивалента дозы протонов почти на порядок. При полетах по орбитам с высотой 300-500 км основным источником радиационной опасности являются потоки протонов в области Южно-Атлантической магнитной аномалии (35° ю. ш. и 325° в. д.), где внутренний РПЗ опускается до высоты ∼350 км, а мощность эквивалента дозы в центральной части аномалии на высоте 445 км составляет 2,5 бэр/ч. Максимальные дозы соответствуют наклонению орбиты около 30°. Экваториальные орбиты полностью находятся вне области аномалии и для таких орбит радиационная опасность незначительна до высоты примерно 500 км.

Внешний РПЗ состоит из электронов и низкоэнергетических протонов. Рекомендуемый коэффициент качества излучения КК=1. При взаимодействии электронов с веществом защиты возникает тормозное излучение, относительный вклад которого в поглощенную дозу возрастает с увеличением толщины защиты. Распределение поглощенной дозы в теле крайне неравномерно, доза резко спадает по глубине ткани.

Мощность дозы электронов в центре внешнего РПЗ (на высоте около 22000 км) при отсутствии защиты может составлять десятки тысяч рад в сутки для экваториальной орбиты и несколько тысяч рад в сутки для орбиты с наклонением 60°. За защитой в 1 г/см2 из вещества с небольшим атомным номером мощность дозы на поверхности тела составит около 40 рад/сут, при этом среднетканевая мощность дозы, обусловленная тормозным излучением электронов, - 1 рад/сут. Результаты измерений при полетах космического корабля «Аполлон» показали, что при прохождении внешнего РПЗ накопленная доза составила менее 1 рад.

Галактическое космическое излучение (ГКИ) действует постоянно в течение всего полета и его биологический эффект определяется максимальной поглощенной дозой. Присутствие тяжелых ядер в составе ГКИ заметно увеличивает относительную биологическую эффективность этого излучения. Рекомендуемый коэффициент качества излучения КК = 4 - 7. В результате взаимодействия ядер ГКИ с веществом защиты образуются вторичные частицы, вклад которых в суммарную поглощенную дозу может достигать 50 - 100%. Распределение поглощенной дозы ГКИ в теле принято считать равномерным.

Эквивалент дозы, создаваемой ГКИ в свободном пространстве, т. е. за пределами магнитосферы Земли, достигает в периоды максимума и минимума солнечной активности 50 и 100 бэр в год соответственно. Эти оценки нуждаются в уточнении по мере получения новых данных о процессах прохождения через веществе защиты и биологической ткани тяжелых частиц, входящих в ГКИ.

Дозы ГКИ вблизи Земли значительно меньше, чем в свободном пространстве, что обусловлено влиянием магнитного поля (уменьшает плотность потока ГКИ в 3 - 10 раз) и экранирующим влиянием («тенью») Земли (уменьшает плотность потока ГКИ примерно в 2 раза). Доза ГКИ на сравнительно небольшой высоте зависит от наклонения орбиты и при высоте 200 - 600 км на экваториальной орбите будет примерно в 5 раз ниже, чем на полярной, причем с увеличением высоты эта разница постепенно уменьшается. По данным измерений на КА среднесуточная доза на орбитах высотой до 350 км и наклонением 65° за защитой -3 г/см2 весьма постоянна и составляет 9 мрад±мрад.

Солнечное космическое излучение (СКИ), сопровождающее некоторые солнечные вспышки, может представлять значительную радиационную опасность при полетах человека в свободном космическом пространстве. Рекомендуемый коэффициент качества излучения КК=1.

Вследствие экранирующего действия самой Земли и ее магнитного поля поглощенные дозы излучения солнечных вспышек на околоземных орбитах значительно меньше, чем в свободном пространстве, и зависят от наклонения орбиты и геомагнитной обстановки: с увеличением наклонения орбиты, а также при возникновении магнитных возмущений экранирующий эффект геомагнитного поля уменьшается, что приводит к соответствующему увеличению доз.

Как известно, наиболее мощной и радиационно опасной вспышкой из изученных за последние 20 лет является вспышка 4 августа 1972 г., при которой интегральная доза в свободном пространстве за эффективной защитой 3 г/см2 по данным прямых измерений составила ∼123 рад (поверхностная доза) и 10 рад (на глубине 5 см ткани). При допущении о наиболее неблагоприятной геомагнитной обстановке на околоземной орбите высотой 300 км поверхностная доза за той же защитой по оценкам составила 2,05 рад при наклонении орбиты 51,5° и 9,1 рад при наклонении орбиты 65°, а дозы на глубине 5 см ткани - примерно в 10 раз меньше. Асимметрия геомагнитного поля может привести к увеличению указанных значений дозы не более чем в 2 раза.

Приведенные значения доз, по мнению некоторых ученых, очень близки к предельно возможным от однократной вспышки на соответствующих околоземных орбитах.

Частота возникновения солнечных вспышек зависит от фазы солнечного цикла. В период максимальной активности Солнца обычно происходит большее число протонных вспышек, причем наиболее часты слабые вспышки. Мощные вспышки, сопровождающиеся излучением большой интенсивности, происходят один-два раза в пять лет, причем в период подъема или спада солнечной активности (но не в период ее максимума).

Согласно современным представлениям моменты возникновения солнечных вспышек, их интенсивность и другие характеристики описываются статистическими законами. Поэтому при проектировании КА радиационную опасность излучения вспышек в планируемый период полета принято оценивать ожидаемой величиной поглощенной дозы излучения и вероятностью (риском) ее превышения, которую рекомендуется принимать равной 0,01.

Рис. 1.3. Риск превышения дозы как функция дозы для орбитальных полетов с наклонениями орбиты 51° (штриховые) и 71° (сплошные линии): 1, 2, 3, 4 - кривые, соответствующие полетам длительностью 14, 91, 182, 364 сут. Толщина защиты 1 г/смsup2/sup (алюминий)
Рис. 1.3. Риск превышения дозы как функция дозы для орбитальных полетов с наклонениями орбиты 51° (штриховые) и 71° (сплошные линии): 1, 2, 3, 4 - кривые, соответствующие полетам длительностью 14, 91, 182, 364 сут. Толщина защиты 1 г/смsup2/sup (алюминий)

Рис. 1.4. Зависимость изорисковой дозы от толщины защиты из алюминия для орбитальных полетов по орбитам е наклонением 51° (штриховые) и 71° (сплошные линии): 1, 2, 3, 4 - кривые, соответствующие полетам длительностью 14, 91, 182, 364 сут (риск превышения дозы - 0,01)
Рис. 1.4. Зависимость изорисковой дозы от толщины защиты из алюминия для орбитальных полетов по орбитам е наклонением 51° (штриховые) и 71° (сплошные линии): 1, 2, 3, 4 - кривые, соответствующие полетам длительностью 14, 91, 182, 364 сут (риск превышения дозы - 0,01)

Графики, позволяющие оценить соотношение дозы и риска ее превышения для полетов в свободном пространстве и по орбитам ИСЗ при различных наклонениях круговых орбит, эффективной толщине защиты и длительности полета, показаны на рис. 1.3- 1.5. Они получены с использованием статистической модели радиационной обстановки на период с 1978 по 1983 гг. (ожидаемый период максимума 21-го цикла солнечной активности), построенной по данным о солнечных вспышках и геомагнитных возмущениях, зарегистрированных в течение 19-го и 20-го циклов солнечной активности. В качестве характеристики радиационной обстановки в отсеках КА в данном случае принята локальная доза (доза точечного тканеэквивалентного дозиметра), в связи с чем приведенные на графиках дозы следует рассматривать как верхнюю оценку поглощенных доз.

Рис. 1.5. Риск превышения дозы для полетов в свободном космическом пространстве (штриховые) и орбитальных полетов (сплошные линии) длительностью 364 сут: 1, 2, 3, 4 - кривые, соответствующие полетам по орбитам с наклонениями 51°, 65°, 71° и 90°; 5 - кривая, соответствующая полетам в свободном пространстве. Толщина защиты 10 г/смsup2/sup
Рис. 1.5. Риск превышения дозы для полетов в свободном космическом пространстве (штриховые) и орбитальных полетов (сплошные линии) длительностью 364 сут: 1, 2, 3, 4 - кривые, соответствующие полетам по орбитам с наклонениями 51°, 65°, 71° и 90°; 5 - кривая, соответствующая полетам в свободном пространстве. Толщина защиты 10 г/смsup2/sup

При оценке радиационной опасности СКИ следует учитывать вероятность возникновения вспышек за время полета любой продолжительности. Анализ результатов (см. рис. 1.4) показывает, что при риске 0,01 и фиксированных толщинах защиты доза растет с увеличением длительности полета по закону √τ, что согласуется с результатами расчетов для полета в свободном космическом пространстве.

Критерии радиационной безопасности

Сложный состав космических излучений (протоны, электроны, многозарядные ионы), их широкий энергетический спектр, образование вторичных излучений в веществе защиты и ткани, а также неравномерное распределение массы вещества по внешней поверхности КА приводят к неравномерному распределению поглощенных доз радиации на поверхности тела и в его объеме. Учитывая это, а также разную чувствительность отдельных органов тела, при оценке радиационной опасности в общем случае используют совокупность критериев : - поглощенную дозу в критических органах тeла. В некоторых случаях оказывается возможными использовать более простые критерии. Например, для низкоэнергетических излучений (электроны естественного и искусственного РПЗ) доза быстро спадает по глубине ткани, что позволяет использовать поверхностную дозу (критические органы - кожа и хрусталик глаза), а радиационным воздействием на остальные органы тела пренебречь. Для высокоэнергетического излучения (ГКИ) перепады поглощенных доз в теле малы, и радиобиологический эффект хорошо соответствует величине среднетканевой дозы, т. е. полной поглощенной в теле энергии, отнесенной к его массе.

Рекомендации по выбору дозы как критерия оценки радиационной опасности различных видов излучения приведены в табл. 1.5.

Таблица 1.5. Выбор дозы как критерия оценки радиационной опасности излучения
Таблица 1.5. Выбор дозы как критерия оценки радиационной опасности излучения

Допустимые, или нормативные, уровни радиации (НУР) для экипажа КА устанавливают с учетом исключения существенного для выполнения программы полета нарушения работоспособности космонавтов в полете и появления у них неблагоприятных последствий после его завершения. С точки зрения радиационной опасности кратковременные и длительные полеты следует рассматривать раздельно, так как характер возможного радиационного воздействия различен.

В СССР для космических полетов длительностью до 30 сут установлены допустимая доза 15 бэр и доза оправданного риска 50 бэр. Допустимая доза ограничивает суммарное воздействие на трассе полета ГКИ, излучения РПЗ и бортовых источников и используется при оценке достаточности общей защиты обитаемых отсеков КА. Доза оправданного риска учитывает опасность развития во время полета мощной солнечной вспышки и используется для оценки достаточности защиты радиационного убежища экипажа.

Для полетов продолжительностью свыше месяца допустимые дозы установлены с учетом процессов восстановления, уменьшающих эффект от накопленной дозы в облученном организме, а также с учетом возможности повторных кратковременных острых облучений в поясах радиации и при вспышках на Солнце. Вопросы, связанные с определением допустимых доз при длительных полетах и, в частности, количественных характеристик необратимой части радиационного поражения, а также скорости восстановления радиационного поражения, требуют дальнейшего исследования. В СССР для проектных расчетов защиты экипажей пилотируемых КА в зависимости от длительности полета рекомендуются нормативные уровни радиации (НУР), приведенные в табл. 1.6, при этом однократное воздействие за счет любых, источников радиации ограничивается уровнем 50 бэр при интервале между повторными воздействиями в такой же дозе не менее одного месяца.

Таблица 1.6 Нормативные уровни радиации в зависимости от длительности полета
Таблица 1.6 Нормативные уровни радиации в зависимости от длительности полета

Приведенные значения НУР относятся к равномерному облучению или к воздействию на костный мозг, эффективную глубину залегания которого в расчетах защиты принимают равной 5 см ткани. Для других критических органов тела используют коэффициенты перехода: 3 - для кожи; 1,5 - для хрусталика глаза и 1 - для гонад, которые применяют в случае неравномерного облучения тела.

Анализ соотношения ожидаемых уровней облучения и нормативных уровней радиации для каждого органа позволяет определить среди них критический и дать заключение о радиационной безопасности либо найти пути снижения радиационного воздействия на этот критический орган.

Обеспечение радиационной безопасности

Для обеспечения радиационной безопасности используют комплекс инженерно-технических и медицинских методов, средств и мероприятий, позволяющих с заданной надежностью обеспечить непревышение установленных нормативных уровней радиации. К ним относят: физическую защиту (пассивную или активную), которая позволяет снизить уровни облучения экипажа; применение фармакохимических препаратов, повышающих радиорезистентность организма; проведение мероприятий, связанных с прогнозированием и контролем уровней облучения во время полета и выдачей рекомендаций по действиям экипажа в случае ухудшения радиационной обстановки.

Пассивная защита строится на принципе ослабления потока излучения за счет поглощения его энергии при прохождении через толщу какого-либо вещества. Необходимая толщина защиты зависит от физических характеристик космических излучений, траектории и длительности полета, компоновки корабля, свойств экранирующих материалов и выбранных критериев радиационной безопасности. Известно, что с увеличением толщины обшивки КА уровень излучения в его отсеках от РПЗ и солнечных вспышек уменьшается. Защита от ГКИ по имеющимся оценкам нереальна, так как для снижения его уровня на 50% необходима защита в несколько десятков граммов на квадратный сантиметр.

Анализ радиационной обстановки и опыт космических полетов показали, что для околоземных орбитальных полетов с высотой орбит до 400 км и наклонением до 50° при эффективной толщине защиты не менее 3 г/см2 специальной радиационной защиты не требуется. Обитаемые КА, как правило, компонуются так, что защита, обеспечиваемая веществом, распределенным вокруг зон обитания экипажа, составляет от нескольких до десятков граммов на квадратный сантиметр (соответственно в наиболее ослабленных местах и в местах, экранированных конструкцией, приборами, оборудованием, запасами топлива, продовольствия и т. п.). Этого оказывается достаточно для снижения дозы радиации до установленной нормы. В качестве радиационного убежища в период ухудшения радиационной обстановки экипаж может использовать один из наиболее защищенных отсеков, например снабженный тепловой защитой спускаемый аппарат (СА).

Фактические значения индивидуальной дозы радиации в реальных условиях полета советских и американских пилотируемых космических кораблей и орбитальных станций в большинстве случаев были намного ниже допустимого уровня. Так, наибольшая эквивалентная доза радиации зарегистрирована при полете длительностью 84 сут последнего экипажа станции «Скайлэб»; она составила от 14 до 18 бэр на кожу для разных членов экипажа.

В конструкции обитаемых КА, предназначенных для длительных полетов в радиационном поясе Земли (например, на стационарной орбите) или в межпланетном пространстве, может потребоваться дополнительная радиационная защита обитаемых отсеков. Одним из способов, дающих значительный выигрыш в массе, является оптимальное размещение приборов, оборудования и различных запасов (топлива, продовольствия и т. п.), но его недостаток - ослабление защиты по мере расходования запасов. Другой способ - введение в конструкцию специальных экранов для защиты отдельных отсеков КА, применение локальной защиты критических органов тела человека и др. Толщина защиты радиационного убежища на космическом корабле, предназначенном для длительных полетов, зависит от программы и длительности полета, фазы цикла солнечной активности, вклада в суммарную дозу излучения других космических источников.

Например, для космического корабля с ЖРД применительно к межпланетному полету при значении риска 0,01 для поверхности радиационного убежища 25 м2 толщина защиты в период максимума солнечной активности должна быть 12 г/см2 при 200 сут и 30 г/см2 при 1000 сут полета, а в период минимума - 5 г/см2 при 200 сут и 30 г/см2 при 650 сут полета. При более длительных полетах толщина защиты радиационного убежища резко возрастает, так как доза ГКИ приближается к дозе оправданного риска, и требуется или большая кратность ослабления дозы СКИ или защита обитаемых отсеков от ГКИ.

В качестве перспективного направления рассматривают активные виды физической защиты, обеспечивающие отклонение заряженных частиц от обитаемого отсека космического корабля с помощью электромагнитного или электростатического поля. Эксперименты на модели электростатической защиты, установленной снаружи ИСЗ «Космос-605», позволили определить характеристики электростатической защиты от электронов радиационного пояса Земли и сделать вывод, что на базе современных высоковольтных средств можно создать эффективную защиту,. требующую минимальных массы и энергопотребления. Такая электростатическая защита может найти применение на длительно существующих КА на стационарной орбите, проходящей на расстоянии около 36000 км от поверхности Земли, т. е. в пределах внешнего радиационного пояса.

Воздействие корпускулярной радиации на материалы

Корпускулярная радиация при соответствующей энергии частиц и времени действия вызывает радиационные повреждения материалов, проявляющиеся в поверхностной эрозии, ионизации вещества и смещении атомов. Эти повреждения могут привести к ухудшению рабочих характеристик или выходу из строя элементов конструкции и систем космического аппарата, размещенных как снаружи (солнечные батареи, оптические системы, электрические изоляторы, покрытия и т. д.), так и внутри (электронная и полупроводниковая аппаратура, фотоматериалы и т. п.).

Поверхностная эрозия - это выбивание атомов или групп атомов с поверхности металлов протонами. В результате эрозии возрастает трение между трущимися поверхностями, изменяется поверхностное излучение и уменьшается коэффициент отражения. Наименее устойчивы к поверхностной эрозии медь, серебро и золото, применяемые в качестве покрытий, а устойчивы- алюминий и окислы металлов, в первую очередь - окись алюминия. Нанесение тонких пленок из окислов металлов (А12О3, ТiO2, SiO2 и др.) может использоваться для защиты чувствительных к эрозии элементов (например, отражающей поверхности металлического фокусирующего зеркала телескопа и т. п.).

Ионизация вещества - отрыв электронов от атомов, что существенно изменяет электрические и некоторые другие характеристики вещества - является основным видом повреждения пластмасс, эластомеров, масел и смазок, стекла и керамики.

Смещение атомов - выбивание атома со своего места в атомной решетке при столкновении с частицей - существенно для металлов и особенно для полупроводников, а также для таких материалов, как стекло, керамика.

Общая характеристика возможного изменения свойств различных материалов под действием излучения РПЗ, солнечного ветра, СКИ и ГКИ приведена в табл. 1.7.

Таблица 1.7. Общая характеристика изменения свойств материалов под действием корпускулярного излучения (при экспозиции от нескольких месяцев до нескольких лет)
Таблица 1.7. Общая характеристика изменения свойств материалов под действием корпускулярного излучения (при экспозиции от нескольких месяцев до нескольких лет)

Условные обозначения:

- - не имеется никаких повреждений, важных при обычном техническом применении данного материала;

- излучение действует на особо чувствительные материалы этого вида или некоторые их свойства;

+ излучение действует на большую часть материалов этого вида и их свойства;

+ + свойства, важные в обычном техническом применении данного материала, претерпевают существенные изменения;

* данные требуют уточнения;

** возможно временное увеличение электропроводности в случае особенно чувствительных материалов;

*** возможно временное увеличение электропроводности во время солнечной вспышки.

Как видно из табл. 1.7, наибольшие радиационные повреждения вызывает излучение радиационного пояса Земли. В области максимума интенсивности внутреннего радиационного пояса при экспозиции менее года в поверхностном слое большинства материалов возникают существенные изменения их основных свойств.

Большинство покрытий под действием излучения РПЗ изменяет свои оптические характеристики (коэффициент поглощения и степень черноты). Пребывание ракетного двигателя на твердом топливе (РДТТ) в радиационных поясах даже в течение нескольких месяцев скажется на механических характеристиках топлива и скорости его горения. Солнечные батареи теряют выходную мощность в процессе облучения протонами и т. д.

Металлы и керамические кристаллические материалы достаточно стойки к действию частиц.

При создании радиационно устойчивой аппаратуры и оборудования необходимо выбирать наиболее стойкие в радиационном отношении материалы и электрорадиоэлементы, а также принимать конструктивные решения, обеспечивающие высокую радиационную стойкость. При этом допустимая доза радиации для системы определяется по наиболее слабому звену. Для уменьшения чувствительности солнечных элементов к радиации применяют более стойкие к воздействию проникающей радиации полупроводниковые материалы (например, элементы с n-р-переходом), а также оптически прозрачные защитные покрытия (стекло, сапфир). Оценки показывают, что в результате применения стеклянного покрытия с эффективной толщиной 0,3 г/см2 время 25%-ного падения мощности возрастает примерно в 4 раза. Для устранения токов утечки в электросхемах вследствие ионизации воздуха в целях повышения их стойкости к радиации исключается контакт поверхностей электросхем с воздухом за счет откачки воздуха или заливки веществами типа кремнийорганических или эпоксидных смол. Для длительного хранения фотоматериалов применяют специальные хранилища с эффективной толщиной защиты более 10 г/см2 и т. д.

Воздействие электромагнитного излучения на материалы

В космических условиях воздействие электромагнитного излучения ограничивается поверхностным слоем материала от 10-4до 10-7г/см2 и сказывается в первую очередь на радиационных и оптических характеристиках поверхности. Фотоны больших энергий могут вызывать радиационные повреждения материалов в виде ионизации и смещения атомов. Электромагнитное излучение в ближней ультрафиолетовой, видимой и в еще более длинноволновых областях спектра уже не может вызывать каких-либо повреждений в материале, даже если оно и возбуждает атомы.

Металлы и сплавы устойчивы к воздействию электромагнитной радиации.

Изменение свойств неорганических материалов может проявиться в изменении радиационных характеристик (увеличение поглощательной способности поверхности) или увеличении поверхностной электропроводности. Изменения механических характеристик в тонком поверхностном слое не имеют практического значения. Особенно сильно электромагнитное излучение влияет на характеристики оптических приборов и светлых покрытий, наносимых на радиационные поверхности. Под воздействием излучения возможно образование центров потемнения, вызывающих общее потемнение материала, что уменьшает прозрачность многих видов стекла и изменяет радиационные характеристики светлых покрытий. Особенно чувствительна к воздействию ультрафиолетового излучения двуокись титана, используемая в качестве белого пигмента для высококачественных красителей.

В оптических приборах рекомендуется использовать стойкое к радиации нетемнеющее стекло, а там где возможно - весьма чистую плавленую двуокись кремния. Для терморегулирующих поверхностей выбирают светлые красители, устойчивые к образованию центров потемнения. Черные красители, используемые для увеличения поглощения света в видимой и ультрафиолетовой областях спектра, практически не подвержены влиянию электромагнитного излучения.

Электромагнитное излучение существенно влияет на органические материалы. Так, при дозах, полученных за год, изменяются свойства всех известных полимеров, в том числе отражательная и поглощательная способности, прозрачность, поверхностная электропроводность, окраска органических материалов и их механические свойства (прочность, упругость, гибкость).

Для уменьшения воздействия излучения могут применяться стабилизаторы, которые в 3 - 10 раз увеличивают время появления первых признаков повреждения. При использовании полимеров и иных (не оптических) целях их защищают непрозрачными покрытиями (например, для защиты полиэтилентерефталата наносят слой алюминия). Важным условием радиационной стойкости используемых материалов является их химическая чистота. Перспективным путем повышения радиационной стойкости полимеров считается применение различных органических и неорганических поглотителей ультрафиолетовой радиации. Хорошим поглотителем ультрафиолетового излучения является окись цинка, давно используемая для защиты органических покрытий. Устойчивы к воздействию УФ-излучения органометаллические соединения, названные ферроценами (производные дициклопентадиена железа), которые могут использоваться как сырье для полимеров или как стабилизирующие добавки в органические материалы.

Поверхностный заряд

Совместное воздействие корпускулярной и коротковолновой радиации, а также взаимодействие КА с окружающей его плазмой вызывает появление поверхностного заряда. Распределение потенциала на КА в принципе неравномерно, так как зависит от соотношения потока фотоэлектронов, испускаемых поверхностью, освещенной Солнцем, приходящего на КА потока электронов и ионов плазмы космического пространства и вторичной электронной эмиссии, вызываемой энергичными электронами, а также от внешней конфигурации КА и свойств его материалов.

Непроводящие поверхности могут заряжаться относительно проводящей конструкции (или конструкции КА), а некоторые диэлектрики способны аккумулировать так называемые разделенные заряды - на поверхности и в объеме материала. Элементы конструкции КА также могут заряжаться до потенциалов большой величины относительно окружающей плазмы.

Возникновение поверхностного заряда, влияние на работу систем КЛ и меры его нейтрализации изучены мало. Есть предположение, что это явление стало причиной зафиксированных случаев ложного срабатывания электронных систем, ухудшения характеристик терморегулирующих поверхностей на ИСЗ, работающих на синхронной орбите, где они могут заряжаться до высоких потенциалов. Понимание этого явления необходимо также для правильной интерпретации научных измерений (например, данных регистрации электрических полей и концентрации частиц малых энергий), а также для устранения нежелательных последствий из-за разницы поверхностных потенциалов при стыковке космических кораблей (КК), находившихся в длительном автономном полете, возвращении на КК членов экипажа, длительное время находившихся за его пределами, или при переходе их на другой корабль и т. п.

предыдущая главасодержаниеследующая глава










© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2019
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://12apr.su/ 'Библиотека по астрономии и космонавтике'

Рейтинг@Mail.ru Rambler s Top100