Спутники под угрозой. Как защитить космические аппараты от солнечных вспышек

Одним из факторов космической погоды, который представляет опасность для космонавтов, спутников и Международной комической станции, по мнению учёных, является солнечная активность. Её нельзя предотвратить, но можно прогнозировать. О том как сегодня предсказывают вспышки на Солнце, «Телеспутнику» рассказали участники Всероссийской астрономической конференции, а представители аэрокосмических компаний поделились, как защищают свои спутники от вредного излучения.

Такие явления как галактические космические лучи, радиационные пояса, солнечные космические лучи, электромагнитные излучения, геомагнитные бури влияют на радиационную безопасность космонавтов, увеличивают поверхностную и объёмную электризацию спутников, приводят к деградации солнечных батарей и материалов космических аппаратов, становятся причинами сбоев в электронике, а также возникает аномальное торможение космических аппаратов и потеря высоты их орбиты, ухудшается радиосвязь и работа космических радиосистем.

«Если идёт солнечная вспышка мы должны её измерить её параметры: скорость, плотность вещества и желательно, магнитное поле в нем. Мощная вспышка на Солнце меняет свойства ионосферы и спутники начинают "тормозится", а также наблюдаются помехи в радиосвязи и GPS-приёмниках», — рассказывает заведующий Кисловодской горной астрономической станцией Главной (Пулковской) астрономической обсерватории РАН (ГАО РАН) доктор физ.-мат. наук Андрей Тлатов.

Собеседники Телеспутника» отметили, что для более эффективной работы орбитальных космических аппаратов, телекоммуникационных спутников, а также в научных целях важно развивать в России службы прогноза космической погоды.

По словам ведущего научного сотрудника Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН), доктора физ.-мат. наук Александра Подгорного, на сегодняшний день можно предсказать 70–80 % солнечных вспышек, и доля ложных тревог составляет 20–30  %. «Наша цель улучшить прогноз на основании физического понимания и на основании расчёта того, что произойдёт в солнечной короне, в самой верхней части солнечной атмосферы и рассчитать такую ситуацию, чтобы предсказать появление солнечной вспышки», — отмечает Подгорный.

Сегодня все чаще в науке используют новые технологии и подходы, например, искусственный интеллект. Машинное обучение используется как для определения долгосрочных трендов при анализе солнечных циклов, так и для прогноза космической погоды. «Решаются задачи прогноза космической погоды: случатся ли солнечные вспышки в ближайшее время и какую опасность они могут представлять для Земли. Раньше для этого использовались либо физические модели, либо, даже чаще эмпирические соотношения, полученные на основе многолетних статистических данных. Однако машинное обучение позволяет обработать гораздо больший массив данных, что делает прогноз более точным и детализированным», — объясняет доцент кафедры теории вероятности МГУ кандидат физико-математических наук Егор Илларионов в кулуарах Всероссийской астрономической конференции.

Как рассказали «Телеспутнику», представители российских аэрокосмических компаний для защиты космических аппаратов от вредного воздействия при их проектировании применят специальные материалы, которые позволяют обеспечить работу спутника на орбите на протяжении всего расчётного периода.

В российском частном аэрокосмическом холдинге SR Space, отмечают, что Солнце представляет два основных риска для космических аппаратов. Первый, — это тепловое воздействие: опасность заключается не только в высокой температуре, а в передаваемой энергии, или теплоте. На Земле тепло может рассеиваться в окружающую среду, но в космосе эффективное рассеивание тепла становится невозможно из-за отсутствия воздуха и дополнительная энергия, полученная аппаратом от Солнца, накапливается. Космический аппарат сам выделяет тепло в процессе работы, а дополнительное тепловое воздействие может привести к перегреву его компонентов. Второй риск — это радиация. Она существует в космосе везде и Солнце генерирует достаточно сильное радиационное поле, которое воздействует на аппараты, находящихся на околоземной орбите, пояснили специалисты компании.

«В нашей компании эти риски учитываются при проектировании. Для защиты от теплового воздействия применяется специальное экранирование, например, те самые золотые покрытия, которые часто можно увидеть на корпусах космических аппаратов — это защитные слои, предназначенные для отражения солнечного тепла. Радиоактивное воздействие нейтрализовать сложнее: радиация проникающая, и, помимо этого, она содержит тяжёлые заряженные частицы, от которых не так просто защититься. В данном случае защита обеспечивается тщательным подбором компонентов и материалов. Используются радиационно-устойчивые компоненты, имеющие особую технологию производства, либо компоненты, которые могут выдерживать определённые накопительные дозы излучения, что позволяет им работать в течение запланированного срока службы аппарата», — рассказал главный конструктор проекта Климатической мониторинговой системы SR CMS (входит в SR Space) Сергей Алексеев.

Он также добавил, что ключевую роль в проектировании играет цикл испытаний в ходе, которых полностью моделируются условия эксплуатации аппаратов на орбите или в дальнем космосе. Это позволяет проверить соответствие аппаратов всем требованиям, и, при необходимости, провести перепроектировку.

Российская космическая компания «Бюро 1440» (входит в «ИКС Холдинг») в июле 2023 года успешно вывела на околоземную орбиту три аппарата и ещё столько же в мае 2024 года. Спутники «Бюро 1440» защищены от всех видов радиационного воздействия. По словам инженеров компании, для защиты от дозового воздействия космической радиации, которое может вызвать постепенную деградацию электронной аппаратуры и компонентов спутника, используются радиационно-стойкие материалы и различные конструкционные решения: корпуса определённой толщины, специфическое взаимное расположение компонентов и пр. «Для защиты от одиночных радиационных всплесков применяются схемотехнические и программно-алгоритмические решения. Собственная разработка платформы космических аппаратов «Бюро 1440» и их полезной нагрузки предполагает в том числе создание таких защитных решений», — добавили в компании.

Источник: https://telesputnik.ru/