Прогнозирование влияния гелиогеофизических факторов на функционирование космических аппаратов

1. Прогнозирование влияния гелиогеофизических факторов на функционирование космических аппаратов И.А.Скороходов, С.В.Тасенко, В.А. Чиженков, П.В.Шатов Институт прикладной геофизики имени академика Е.К.Федорова, Москва

2. Связь солнечной активности с функционированием КА Сбои и отказы F10,7

3. Влияние гелиогеофизических факторов на функционирование космических аппаратов • Основные факторы воздействия: • Галактические космические лучи (ГКЛ); • Солнечные космические лучи (СКЛ); • Ионизирующее электромагнитное излучение (ИЭИ); • Радиационные пояса Земли (РПЗ); • Геомагнитные бури (ГМБ); • Геомагнитные суббури (ГМсБ) Космический аппарат «Электро-Л»

4. Последствия негативного воздействия гелиогеофизических факторов на космические системы

5. Основные явления космической погоды Солнечные вспышки Коротирующая область взаимодействия Выброс корональных масс (СМЕ) 11-летний цикл солнечной активности

6. Влияние событий и явлений космической погоды на ГФФ

7. Методы прогнозирования и диагностики неисправностей • Аналитические: • Анализ помеховой обстановки; • Анализ степени заряженности КА по замыканиям антенны на корпус • Статистические: • Выявление корреляционных связей между значениями индексов и вероятностями неисправностей • Комплексные: • Разработка моделей воздействия различных факторов на системы и элементы КА; • Построение модели комплексного воздействия среды на КА; • Создание системы геофизического обеспечения КА, выполняющей мониторинг гелиогеофизической обстановки и оперативное прогнозирование неисправностей различных систем КА

8. Данные для анализа воздействия гелиогеофизических факторов на космические системы

9. Влияние геомагнитной обстановки на безопасность космических полётов В дни, когда геомагнитная обстановка нестабильна, отказы и аномалии на КА встречаются до 4-х раз чаще, чем в остальные дни. Это связано с тем, что геомагнитные бури являются катализатором вредного воздействия остальных факторов.

10. Анализ экспериментальных данных

11. Зависимость среднего числа отказов в системе телеметрии от значения индекса Кр Зависимость среднего числа отказов при пробоях диэлектрика от значения индекса Ар Зависимость среднего числа отказов, связанных с электростатических зарядом, от значения индекса Ар Зависимость среднего числа отказов, связанных с поверхностным зарядом, от значения индекса Кр

12. Методы уменьшения вредного воздействия среды на КА Технические Организационные • Пассивные: • Использование электростатических разрядников • Металлизация всех элементов конструкции • Установка проводящих экранов на бортовую аппаратуру и кабельную сеть • Активные: • Применение электростатической или электромагнитной защиты • Установка на КА Устройств нейтрализации электростатического заряда

13. Организационные методы защиты • Планирование задействования наземных средств управления КА с учетом возможного воздействия ГГФ; • Планирование режимов включений-выключений бортовых систем КА; • Анализ уровня помеховой обстановки вокруг КА, возникающей вследствие разрядов и планирование работы бортовой аппаратуры КА в этих условиях; • Планирование средств НКУ с учетом влияния электростатического заряда на прохождение информации в радиолинии Борт-Земля.

14. Выводы: • Самой уязвимой частью КА для случайных отказов является бортовая электроника и система телеметрии. Частицы высоких энергий ГКЛ, СКЛ и РПЗ, проникая сквозь обшивку ИСЗ, ионизируют активные области микросхем и провоцируют сбои; • При анализе базы данных реальных отказов КА в ОКП совместно с индексами геомагнитной активности получены коэффициенты корреляции 0.9 и более; • Также вероятна электризация обшивки КА и объёмный заряд. Они вызывают разряды, способные привести к различным сбоям вплоть до потери спутника;

15. Организационные методы повышения надёжности КА имеют преимущества перед остальными в своей простоте и возможности применения к уже выведенным на орбиту КА и могут продлить срок службы бортовой аппаратуры в 1,5 - 2 раза (доказано на практике); • При определении расчётного срока службы аппаратуры и материалов КА, особенно полупроводниковых материалов солнечных батарей, важно учитывать 11-летний цикл солнечной активности; • Разрабатываемую модель комплексного воздействия ГФФ на материалы и бортовую аппаратуру КА планируется применить в существующей системе мониторинга гелиогеофизической обстановки, что позволит давать рекомендации по включению или выключению бортовой аппаратуры во время повышенной солнечной активности и в целом повысить эффективность работы космических систем.