¿Qué es Entorno de vuelo espacial?

Las condiciones ambientales en las que una nave espacial vuela en el espacio exterior. Se puede dividir en ambiente natural y ambiente inducido. El ambiente natural incluye ingravidez y varios ambientes espaciales. El entorno inducido se refiere al entorno generado cuando algunos sistemas de la nave espacial están funcionando o bajo la acción del entorno espacial.

Por ejemplo, el entorno de vibración y choque causado por el encendido del propulsor de control orbital y la extensión del ala de la batería solar, el material magnético en la nave espacial y el campo magnético inducido generado por el movimiento del bucle de corriente en el campo magnético espacial, y el campo magnético orgánico. material en la nave espacial depositado en otras partes Contaminación molecular causada por esta.

El entorno espacial es la condición ambiental básica de los vuelos espaciales, que tiene un impacto significativo en el movimiento de las naves espaciales y el trabajo de varios sistemas (ver Impacto ambiental espacial). El entorno espacial incluye: vacío, radiación electromagnética, radiación de partículas de alta energía, plasma, micrometeoroides, atmósfera planetaria, campos magnéticos y gravitacionales, etc.

De acuerdo con las características de distribución temporal y espacial de la materia, la radiación y los campos de fuerza existentes en el espacio, el entorno espacial en el sistema solar se puede dividir aproximadamente en entorno espacial interplanetario, entorno espacial terrestre y (otro) entorno espacial planetario (ver espacio).

Entorno espacialinterplanetario El espacio interplanetario es un entorno de vacío vasto y extremadamente alto, con radiación electromagnética continua emitida por el sol, radiación de partículas explosivas de alta energía, flujo de plasma estable (llamado viento solar) y su campo magnético interplanetario.

El medio ambiente aquí se ve afectado principalmente por la actividad solar. El entorno interplanetario también incluye rayos cósmicos galácticos y micro meteoros del mundo exterior.

Radiación electromagnética solar: ondas solares emitidas desde la longitud de onda en el rango de 10 ^{- . 4} Angstroms de longitud de onda de rayos a ondas de radio de más de 10.000 metros. El 99,9% de la energía radiada total se concentra en la banda de 0,2 a 10,2 micrones.

Sol La atmósfera de la Tierra a 1 unidad astronómica desde el exterior, sobre la base de una dirección perpendicular a la radiación, la energía de radiación solar por unidad de tiempo en todas las bandas se denomina constante solar, cuyo valor es de aproximadamente 0,137 vatios / cm ² o 1,97 cal / (Cm ² · minutos).

Rayos cósmicos solares: El estallido de partículas energéticas expulsadas del sol es el componente principal de la energía superficial de 10 MeV y 10. ⁴ protones entre MeV, llamados rayos cósmicos solares. Los rayos cósmicos solares tienen la mayor probabilidad de aparecer en el año pico de actividad solar y los próximos 2 a 3 años, hasta 10 veces al año o más, y la duración de cada erupción es de unas diez horas a varios días.

En las proximidades de la Tierra, el flujo máximo instantáneo de protones con energía superior a 10 meV puede alcanzar 10 ⁴ protones / (cm ² · seg), y el flujo total de una ráfaga puede alcanzar 10 ⁹ protones / (cm ² · seg) , el rendimiento anual total de hasta 1 0 ¹⁰ protones / (cm ² · años).

viento solar: en una UA del sol, el viento solar Pingjunsudu silencioso 320 km / seg, densidad de electrones y protones de aproximadamente 8 / cm ³ , la temperatura es aproximadamente protón ×. 4 10. ⁴ K, la temperatura de los electrones aproximadamente 10K . Cuando se perturba el sol, también se perturba el viento solar. La velocidad del viento solar a veces supera los 1000 km / s.

Campo magnético interplanetario: El resultado de la rotación del sol y el viento solar moviéndose hacia afuera en la dirección radial hace que el campo magnético interplanetario tenga una estructura en espiral de Arquímedes.

El componente principal del campo magnético se encuentra en el plano de la eclíptica y consta de varios sectores. En cada sector, la dirección del campo magnético es la misma: todo hacia el sol, o todo detrás del sol, y las direcciones de los campos magnéticos en los dos sectores adyacentes son opuestas.

Rayos cósmicos galácticos: todo tipo de partículas cargadas de alta energía del universo, la mayoría de las cuales son protones, seguidas de partículas alfa y algunos otros tipos de núcleos. Las partículas de rayos cósmicos de alta energía tienen alta energía, pero bajo flujo, y tienen poco impacto en la nave espacial.

Micrometeoroides: Hay meteoroides muy pequeños con una velocidad extremadamente alta en el espacio interplanetario, llamados micrometeoroides. La mayoría de ellos tienen un diámetro de menos de 1 milímetro, una masa de menos de 1 miligramo y una velocidad de 10-30 km / h con respecto a la tierra.

Medio ambiente geoespacial "incluye diversas condiciones ambientales en la atmósfera superior, ionosfera y magnetosfera de la tierra. También hay radiación electromagnética solar, rayos cósmicos solares, rayos cósmicos galácticos y micrometeoroides en el espacio terrestre.

Atmósfera superior: la densidad y la presión de la atmósfera disminuyen exponencialmente a medida que aumenta la altitud. Presión atmosférica de 1000 km de aproximadamente 10 ^{- 10} - 10 ^{- . 11} Pa, aproximadamente 10,000 km 10 ^{- 14} Pa.

La densidad y la presión de la atmósfera no solo cambian significativamente con la altitud, sino que también tienen una estrecha relación con la temperatura de la atmósfera. La temperatura cambia con las estaciones, la diferencia horaria local y el grado de actividad solar, lo que hace que la atmósfera superior sea extremadamente complejo y diverso Cambia la estructura.

Ionosfera: a partir de unos 60 kilómetros sobre el suelo, la radiación electromagnética del sol y la radiación de partículas ionizan los componentes neutrales de la atmósfera parcial o completamente en electrones e iones positivos, formando la ionosfera.

La concentración de electrones de la ionosfera cambia con la altura y, a menudo, aparecen varias regiones extremas, llamadas "capas", que incluyen la capa D, la capa E y la capa F ( F ₁ + F ₂ ). La concentración de electrones en la ionosfera también varía con el día y la noche, la estación, la latitud y la actividad solar.

Magnetosfera: el campo magnético de la tierra es similar al campo magnético dipolo. El viento solar protege el campo magnético de la tierra en un cierto espacio alrededor de la tierra para formar la magnetosfera de la tierra.

Comienza de 600 a 1000 kilómetros de la superficie de la tierra y se extiende al espacio distante. Su límite exterior se llama magnetopausa y mira hacia el Sol. La distancia entre la magnetopausa y el suelo es de 8 a 11 veces el radio de la tierra.

La forma de la magnetosfera parece un semicírculo ligeramente aplastado en el lado que mira hacia el sol, y en el lado que mira en dirección opuesta al sol, hay una cola larga que es aproximadamente cilíndrica, llamada cola magnética. La perturbación del viento solar a menudo causa cambios drásticos en la magnetosfera de la Tierra y, a veces, ocurren tormentas magnetosféricas y tormentas submagnetosféricas.

Durante la subtormenta magnetosférica, aparecerá plasma de alta energía de 3 a 200 kiloelectrones voltios en la hoja de plasma de la cola magnética, que puede alcanzar la altura orbital de un satélite geoestacionario cuando se inyecta en la tierra. También hay partículas cargadas de alta energía en la magnetosfera, y su área de reunión relativamente densa se llama cinturón de radiación de la Tierra, también conocido como cinturón de radiación de Van Allen.

El cinturón de radiación de la tierra está dividido en un cinturón de radiación interior y un cinturón de radiación exterior. El cinturón de radiación interior está compuesto principalmente de protones de alta energía con energías de varios a decenas de megaelectrones voltios, y el cinturón de radiación exterior está compuesto principalmente de electrones de energía con energías de decenas a cientos de kiloelectrones voltios composición.

El gran flujo de partículas de alta energía en el cinturón de radiación es la principal causa de daño por radiación a algunos materiales, dispositivos y cuerpos humanos en las naves espaciales.

Otros entornos espaciales planetarios: lassondas espaciales han detectado los entornos espaciales circundantes de Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno. También hay radiación electromagnética solar, rayos cósmicos solares, rayos cósmicos galácticos y micrometeoroides en estos espacios planetarios.

Mercurio: el planeta más cercano al sol en el sistema solar. La atmósfera de Mercurio es extremadamente delgada y la diferencia de temperatura entre el día y la noche es extremadamente grande. La temperatura a la luz solar directa durante el día es tan alta como 700K y por la noche es 100K. El campo magnético de Mercurio es muy débil y su magnetosfera es muy delgada.

Venus: Tiene una atmósfera muy densa, la presión atmosférica en la superficie es aproximadamente 90 veces la de la tierra, y el componente principal es el dióxido de carbono (más del 97%). Debido al "efecto invernadero" de la atmósfera, la temperatura de la superficie de Venus es tan alta como 465-485 ° C, y la diferencia de temperatura entre el día y la noche es muy pequeña. Venus básicamente no tiene campo magnético ni magnetosfera. El viento solar puede interactuar directamente con la ionosfera.

Marte: la atmósfera de Marte es delgada y el componente principal es el dióxido de carbono, que representa aproximadamente el 95%. La presión atmosférica de la superficie es de 750 Pa, la temperatura de la superficie tiene cambios diarios obvios, el campo magnético de Marte es muy débil y la magnetosfera también es muy delgada.

Júpiter: el planeta más grande del sistema solar. Júpiter tiene una atmósfera densa, el componente principal es el hidrógeno, la temperatura de la atmósfera es muy baja y el gas del fondo se ha licuado.

Júpiter tiene un campo magnético fuerte. El campo magnético interactúa con el viento solar para formar una magnetosfera gruesa. Hay un cinturón de radiación fuerte en la magnetosfera, por lo que Júpiter tiene una radiación de radio fuerte.

Saturno: La atmósfera de Saturno está dominada por hidrógeno y helio, y contiene metano y otros gases. Hay nubes de densos cristales de amoníaco flotando en la atmósfera. La temperatura de la atmósfera de Saturno es más baja que la de Júpiter. Saturno tiene un fuerte campo magnético y el rango de la magnetosfera es más de mil veces mayor que el de la Tierra, pero más pequeño que el de Júpiter.