Диссертация (Метод повышения устойчивости печатных узлов БРЭА космических аппаратов к возникновению ЭСР), страница 6

В разделе4.1.2руководстваприводятсядовольноподробныехарактеристикиразличных видов излучения, проникающего во внутреннее пространство КА.Завершает руководство рассмотрение факторов, способствующих внутреннейэлектризации - обобщающая схема, в которой отражены все объекты внутрикосмического корабля, подверженные электризации (электрические сети исхемы, электронные платы).Существенное значение для изучения внутренней электризации ипрактическогопримененияимеюттакжеосновныепонятия,характеризующие данный процесс. Это диэлектрическая проницаемостьматериалов, их темновая электропроводность, электрическая прочность ивремя релаксации заряда [12].34Строго говоря, отмечают авторы Руководства, данные термины несовсем точны, так как в процессах электризации и последующих разрядах,негативнодействующихнааппаратуруКА,участвуютнетолькодиэлектрики, хотя роль последних в данных процесса очень существенна.Большую роль в снижении уровня внутренней электризации играетэкранирование посредством различных типов фольги.

Каждый космическийаппарат оснащён «клеткой Фарадея» различной толщины исчисляемой валюминиевом эквиваленте в милах (mil). Завершает рассмотрение факторов,способствующих внутренней электризации обобщающая схема, в которойотражены все объекты внутри космического корабля, подверженныеэлектризации (электрические сети и схемы, электронные платы, подложкиэлектронных плат).Как уже отмечалось, фундаментальное значение для изучениявнутренней электризации и практического применения имеет такжеосновные понятия, характеризующие данный процесс.

«Это диэлектрическаяпостоянная материалов или их проницаемость, которая есть сравнительнаявеличина,показывающаясоотношениеэлектрическогополявнутриматериала и в вакууме» [42] Сюда же относится темновая проводимость,выражаемаявдиэлектрическую(ом·см)-1,относительнаяпрочность,удельноедиэлектрическаясопротивление,постоянная,плотностьивременная константа (затухания, релаксация заряда).Большое значение уделяется описанию ряда явлений, сопутствующихпроцессам внутренней электризации, и их определению.

Например, понятиюсубштром (электронный), или суббуря, посвящён специальный раздел, такжекак и явлению объемного разряда в диэлектрике. Кроме описанияфизических процессов и их количественных параметров, руководствосодержит рекомендации по использованию/не использованию тех или иныхматериалов при создании КА. В нём содержится список пригодныхматериалов для создания КА с их характеристиками и список материалов, нерекомендуемых для применения в космической промышленности. Есть в35руководстве и данные об относительно безопасных с точки зрениявнутренней электризации условиях полёта КА, например, параметры«безопасного» потока электронов.Наряду с созданием руководств, способствующих более эффективнойэксплуатацииКА,вСШАбылиосуществленымногочисленныеисследования, посвящённые внутренней электризации КА.

Остановимся наанализе содержания некоторых из них.В настоящее время основные исследования посвящены изучениювоздействия электронов на внутреннюю электризацию КА, выявлениюоптимальныхсвойствипараметровдиэлектриков,используемыхвкосмической промышленности. Так, коллектив авторов, среди которых былА. Фредериксон,изучалудельноесопротивлениедиэлектриков,используемых в печатных платах электронных приборов [43]. В этой работедостаточно подробно показаны трудности, с которыми сталкиваютсяисследователи при измерении той или иной характеристики материалов.Н.

Грин и его коллеги измерили исходное удельное сопротивлениематериалов и отметили, что данная величина может изменяться приэксплуатацииматериаловвкосмосеиотличатьсяотстандартныхпоказателей, полученных в результате экспериментов. Они полагают, чтоданный вопрос имеет фундаментальное значение и нуждается в дальнейшемисследовании. В определенной степени, изменение удельного сопротивлениепроливает свет на загадку двух значений временной постоянной, о которойречь шла ещё в статье Фредериксона 1992 года.

Но всё же, с чем связаны, вконечном счёте, различные показатели постоянной времени релаксациизаряда – пока не ясно. Определенно можно сказать одно – результатыизмерений в эксперименте на Земле и в космосе не всегда совпадают.Поэтому вывод статьи о том, что сопротивление этих материалов можетизменяться, и изменяться существенно, в соответствии с воздействиемкосмического излучения [43], достоверен и подтверждается выводами другихисследователей. Изменения, происходящие с удельным сопротивлением и,36соответственно, с постоянной времени релаксации заряда, их характер ивозможные причины существенны для рекомендации использования того илииного материала для длительных полётов в космосе.

Вполне возможно, чтофизические свойства материалов могут изменяться со временем в результатекомплексного воздействия в космосе всех факторов. Вопросы, связанные сразличными количественными характеристиками временной постоянной,рассматриваются и в последующем изложении при анализе работы М.Бодэ[44].Испытаниявусловияхреальногокосмосанередкоприносятнеожиданные результаты. Так, например, величина потенциалов на экранновакуумной тепловой изоляции с покровной тканью из астрокварца (кварцеваяткань, образованная переплетением большого количества нитей) в космосене согласовывалась с результатами, полученными перед полётом в условияхэксперимента (данные со спутника SCATHA).

Если лабораторные наземныеиспытания показали, что кварцевые ткани заряжались до максимальногопотенциала, равного нескольким сотням вольт, то результаты полётныхиспытаний привели к величинам потенциалов порядка 1600 - 3500.вольт.Наиболее полно, всесторонне и обобщенно натурные исследованиявлияниявысокоэнергетическихэлектроновнапроцессывнутреннейэлектризации проанализированы в работе М.Бодэ [44]. На сегодняшний деньэто наиболее новое и достаточно информативное исследование проблем,связанных с внутренней электризацией.В своей работе М. Бодэ стремится свести воедино различные аспектыпроблемы внутренней электризации: определение «безопасного» потокаэлектронов, «наихудшие условия» для полётов КА, существенное различиеколичественныхвеличиннекоторыхпараметровдиэлектриковвэкспериментальных и «натурных» условиях. Высокая степень электризациидиэлектриков внутри корпуса космического аппарата рассматривается вданной статье в качестве основной причины неисправностей на спутниках.Спутник на геостационарной орбите за 10 часов полёта дважды проходит37через районы интенсивных электронных потоков в радиационных поясахЗемли.

Автор полагает, что интенсивные потоки излучений являютсяважнейшей причиной выхода из строя аппаратуры КА в результатеэлектростатических разрядов. Согласно его исследованиям, существуютявная корреляция между плотностью электронов в потоке и количествомэлектростатических разрядов. В процессе анализа М.Бодэ пытается доказатьправильность и надёжность одной из наиболее используемых рекомендацийруководства НАСА - положения о «безопасном потоке», то есть о параметрахэлектронного потока, ниже которого возможна безопасная эксплуатациякосмических аппаратов.

Уровень безопасного потока был определён в 100фA/см2 [44]. При таком уровне внешнего потока нет риска внутреннейэлектризации, и данные показатели могут считаться критерием безопасностидля работы космических аппаратов. В последующем изложении авторприводит данные о выходе из строя КА, анализирует причины выхода изстроя КА, а также рассматривает факторы, способствующие чрезмернойэлектризации, и меры по нейтрализации этого деструктивного явления.В рассматриваемой статье приводятся многочисленные случаинеисправностей и отказов в работе оборудования, вызванных внутреннейэлектризацией в результате воздействия повышенных потоков электронов(всего их анализируется 26).

В работе [44] отмечается, что для восполненияпробелов в экспериментальных данных необходимы были длительныеэкспериментальные исследования. Они были осуществлены с цельюустановления параметров «безопасного потока» при помощи спутника(CRRES),накоторомбылаустановленаспециальнаяаппаратура,осуществлявшая контроль за внутренними разрядами (IDM).

Платы и кабели,используемые в эксперименте, имели уменьшенные размеры, но былисделаны из тех же материалов, которые используются в реальныхконструкциях. Экранирование этих образцов было обеспечено слоемалюминиятолщинойвсего0,2мм.Вовремядесятичасовогоэкспериментального полёта спутника со специальной аппаратурой было38выявлено следующее. Во время полета вне зоны потока электронов выше2·1010 электрон/см2 (что эквивалентно непосредственной плотности 90фA/см2) не возникало разрядов. Поскольку спутники летают по 10 лет ибольше, то и поток, безопасный для десятичасовой экспозиции, возможно, небудет таковым для более длительных полётов.Для выяснения условий более надежной работы аппаратуры, былисобраны данные об электризации материалов, используемых в КА.