ПРОБЛЕМА ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ РАСЧЁТА ВЛИЯНИЯ ПОГЛОЩЁННЫХ ДОЗ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА БОРТОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

© П.С.Черников
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2014 г.

В период полёта орбитальные космические аппараты (КА) подвергаются разрушающему воздействию факторов космического пространства, в том числе ионизирующих излучений: протонов и электронов радиационных поясов Земли (РПЗ), протонов и тяжёлых заряженных частиц (ТЗЧ) солнечных и галактических космических лучей (СКЛ и ГКЛ, соответственно).

Воздействие космической радиации на материалы и элементы оборудования КА является одной из главных причин ухудшения их эксплуатационных характеристик и функциональных отказов. Количественной мерой основного класса радиационных воздействий, представляющих собой постепенную деградацию свойств используемых в оборудовании и приборах материалов, является величина поглощённой дозы.

Накопление определенной величины поглощённой дозы (радиационная стойкость (РС) или предельно допустимая доза) в материале детектора приводит к катастрофическому изменению его свойств и к отказу в работе. Величина РС определяется по результатам наземных радиационных испытаний исследуемого объекта.

Для обеспечения надежной работы в космосе служебной и научной аппаратуры, различных конструкций и используемых материалов чрезвычайно важно ещё на стадии проектирования КА предсказать радиационную опасность, в частности, корректно рассчитать локальные поглощённые дозы, полученные в местах расположения бортового оборудования и устройств КА. В свою очередь, эти данные необходимы для анализа радиационной стойкости аппаратуры.

Специалистами ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина» была проведена разработка методики, обеспечивающей оперативный расчёт локальных поглощенных доз (ЛПД) ионизирующего излучения с требуемой точностью в бортовых устройствах с использованием трехмерной модели КА и исходных данных по радиационной обстановке на трассе его полета. Эта задача достигается путём обоснования выбора основных физических моделей и этапов методики, формирования эффективных алгоритмов и создания программно-математического обеспечения, позволяющего отображать результаты расчётов несколькими наглядными способами. Важным условием является учёт как возможного изменения радиационных условий функционирования КА, так и изменения компоновки КА в течение полёта.

Разработанная методика позволяет рассчитать ЛПД в местах расположения бортовой аппаратуры и устройств, и, тем самым, оценить необходимую радиационную стойкость бортовой аппаратуры КА ещё на стадии проектирования; с помощью возможности визуализации распределения защит вокруг прибора определить критичные с точки зрения воздействия космической радиации направления; выработать рекомендации по толщине дополнительной радиационной защиты прибора, изменению его местоположения на борту КА, выбору толщин стенок корпуса прибора, расположению элементов электронной компонентной базы внутри корпуса.