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Legame lungo orbitante ad alta tensione (HiVOLT) per rimuovere le radiazioni spaziali
2002
Space weatherintura Di Radiazionelettrostaticaetheronifica
L'ambiente di radiazione spaziale rappresenta un ostacolo significativo all'esplorazione e allo sviluppo sia umano che robotico dello spazio. Il campo magnetico terrestre intrappola le particelle cariche di alta energia generate da raggi cosmici, tempeste solari e altri processi, formando le cinture "Van Allen".
Gli elevati flussi di particelle energetiche nelle fasce di radiazione danneggeranno rapidamente i sistemi elettronici e biologici in queste regioni a meno che non vengano prese misure straordinarie e costose per indurire o proteggere contro queste particelle. Anche con misure di indurimento, la durata e l'affidabilità dei sistemi spaziali sono spesso limitate dal costante degrado causato da particelle molto energiche. Con il finanziamento dell'Institute for Advanced Concepts della NASA, TUI sta attualmente studiando un nuovo concetto per correggere le cinture di radiazione per migliorare la sicurezza e l'affidabilità delle missioni con e senza equipaggio nell'orbita terrestre. Il sistema HiVOLT (High Tether Orbiting Long Tether), illustrato nella Figura 1 di seguito, utilizzerà strutture conduttive lunghe, leggere, dispiegate nelle fasce di radiazione e caricate a tensioni molto elevate per disperdere le particelle di radiazioni energetiche, causando loro di lasciare le fasce di radiazione . Le analisi preliminari indicano che un sistema HiVOLT può ridurre il flusso di particelle MeV nella cintura elettronica interna all'1% dei suoi livelli naturali entro circa due mesi.
Bonifica di nastri radianti mediante strutture elettrostatiche
Robert P. Hoyt, Bryan M. Minor
Estratto - Scattering di particelle cariche energetiche per le strutture del tether elettrostatico a tensione possono presentare un metodo tecnicamente ed economicamente valido per riparare rapidamente le cinghie di radiazione causate da processi naturali ed eventi artificiali. In questo documento, descriviamo un concetto per un sistema di strutture elettrostatiche legate per riparare rapidamente una cintura di radiazione artificiale causata da una detonazione nucleare ad alta quota. Analizziamo quindi il ridimensionamento delle dimensioni del sistema e i requisiti di alimentazione con la tensione del cavo e altri parametri di progettazione. Queste analisi di ridimensionamento indicano che un design convenzionale di tethering a linea singola non può fornire prestazioni sufficienti per ottenere un design di sistema che sia praticabile. Proponiamo quindi una geometria tether multi-filo innovativa e dimostriamo che questo design tether può migliorare in modo significativo le prestazioni complessive del sistema elettrostatico, consentendo di ridurre i requisiti di potenza totale e numero di sistemi satellitari a livelli che sono tecnicamente ed economicamente validi.
La struttura a dipolo del campo magnetico terrestre ha la capacità di intrappolare particelle cariche energetiche nelle regioni vicine alla Terra. All'interno di queste regioni, comunemente chiamate cinture di radiazione di Van Allen, elettroni energetici e ioni generati da eventi naturali e artificiali possono persistere per molti mesi o anni. Queste particelle ad alta energia rappresentano una minaccia significativa per le missioni nell'orbita terrestre, degradando l'elettronica e i materiali nei sistemi di veicoli spaziali e causando danni biologici al personale nello spazio. I costi associati all'indurimento dell'elettronica e di altri sistemi per sopravvivere e funzionare in modo affidabile nell'ambiente di radiazione sono un fattore determinante per gli alti costi dei sistemi spaziali.
Le cinture di radiazione potrebbero diventare molto più pericolose per i sistemi spaziali se un'organizzazione canaglia dovesse far esplodere un dispositivo nucleare ad alta quota. Esperimenti condotti negli anni '60, come l'esperimento Starfish, hanno dimostrato che una detonazione nucleare ad alta altitudine (HAND) può produrre un'intensa cintura di radiazioni artificiali che può persistere per diversi anni.1 Anche un dispositivo nucleare a bassissima resa potrebbe produrre una radiazione cintura con un flusso di radiazione di diversi ordini di grandezza maggiore dell'ambiente naturale. Le intense fasce di radiazioni artificiali create da un evento HAND potrebbero causare un rapido fallimento di molti sistemi spaziali governativi e commerciali e potrebbero causare danni enormi sia all'economia globale che alle capacità di difesa nazionale.
Le cinture di radiazione, sia naturali che artificiali, tendono a seguire i contorni del campo geomagnetico. La Figura 1 illustra la struttura delle cinture di radiazione naturale. Le dimensioni e la geometria della regione interessata da una MANO possono variare in modo significativo a seconda della posizione geografica e dell'altitudine dell'esplosione, con detonazioni ad alta quota che generano cinture larghe e diffuse e detonazioni a bassa quota che creano cinture molto strette e intense. La Figura 2 illustra come la radiazione proveniente da uno scoppio a bassa quota si diffonderebbe intorno alla Terra in un guscio sottile che segue approssimativamente i contorni del campo geomagnetico, e questa figura mostra perché anche una cinghia HAND molto sottile può influenzare i satelliti in una vasta gamma di orbite, perché la cintura di radiazione si abbassa ad altitudini inferiori a latitudini più elevate, e quindi un satellite in un'orbita LEO inclinata passerà attraverso la cintura intensa quattro volte per orbita.
Un metodo per rimediare rapidamente a una cintura di radiazione indotta da HAND potrebbe fornire un mezzo per preservare una parte significativa della vita operativa dei satelliti esistenti. Potrebbe anche fornire un mezzo per ridurre la minaccia rappresentata dalle cinture naturali di Van Allen per le missioni spaziali con equipaggio, nonché il tasso di degrado dei satelliti in orbita terrestre. Va notato, tuttavia, che le conseguenze secondarie dell'alterazione delle cinture naturali dovrebbero essere valutate attentamente come parte di tali sforzi.
Sono stati proposti diversi concetti come possibili metodi per correggere le cinture di radiazione naturali e artificiali. Il concetto più semplice sarebbe quello di mettere in orbita un materiale denso per assorbire la radiazione. Sfortunatamente, un'analisi diretta può mostrare che questo metodo richiederebbe una grande quantità di massa e che i costi di lancio per mettere la massa in orbita sarebbero proibitivi. La maggior parte degli altri concetti proposti non cerca di assorbire la radiazione ma piuttosto di disperdere le particelle cariche, riducendo l '"angolo di inclinazione" tra il loro vettore di velocità e il vettore di campo geomagnetico.
Se il loro angolo di inclinazione viene ridotto al di sotto di un certo valore, chiamato "angolo del cono di perdita", le particelle non vengono più intrappolate dalla convergenza delle linee del campo magnetico terrestre ai poli e possono seguire le linee del campo magnetico nell'atmosfera superiore, dove dissipano la loro energia attraverso collisioni con particelle atmosferiche. Tra i concetti basati sulla dispersione che sono stati proposti ci sono l'uso di onde a frequenza molto bassa (VLF) per causare la dispersione risonante di elettroni ad alta energia, 2 e l'uso di grandi circuiti di corrente per creare distorsioni localizzate nel campo geomagnetico che disperderanno particelle cariche.
Riferimenti
- http://web.archive.org/web/20110517200032/http://www.tethers.com/papers/ES_Remediation_IEEE_Paper.pdf
- http://web.archive.org/web/20140403235755/http://radbelts.gsfc.nasa.gov/outreach/RadNews.html
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