Физики выяснили, как одна пылинка может убить целый спутник
Космические спутники и зонды могут выходить из строя даже при столкновениях с мельчайшими пылинками благодаря тому, что их испарение порождает миниатюрные облачка плазмы, внутри которых рождаются мощные электромагнитные волны, говорится в статье, опубликованной в журнале Physics of Plasmas.
"Больше половины электронных и электрических неполадок на борту спутников остаются необъясненными из-за того, что диагностику на орбите проводить крайне сложно, особенно если зонд выходит из строя. Мы считаем, что хотя бы часть подобных необъяснимых сбоев связана с этим механизмом", - заявил Алекс Флетчер (Alex Fletcher) из Бостонского университета (США).
Когда человек впервые вышел за пределы земной атмосферы и проник в космическое пространство, ученые и инженеры впервые столкнулись с проблемой защиты оборудования космических аппаратов и спутников от космических лучей высокой энергии, мощных всплесков электромагнитного излучения и других феноменов, способных повредить электронику или серьезно нарушить ее работу.
В большинстве случаев такие сбои не приводят к серьезным последствиям, однако в некоторых случаях, в комбинации с ошибками проектирования или со случайными факторами, они могут привести к катастрофе и потере зонда. К примеру, российская межпланетная станция "Фобос-Грунт" вышла из строя, еще не покинув орбиту Земли, из-за перезагрузки ее компьютеров в критический момент времени после "удачного" попадания в них космических лучей.
Флетчер и его коллега Сигрид Клозе (Sigrid Close) из Стэнфордского университета (США) нашли одну возможную причину появления подобных "космических лучей" и похожих на них эффектов, изучая то, что происходит с космическими аппаратами при движении через космос.
Как рассказывает Флетчер, частицы пыли, присутствующие в Солнечной системе, уже давно считаются достаточно большой угрозой для космических аппаратов по той причине, что столкновение с ними на большой скорости может нанести большие повреждения обшивке и научным инструментам зондов. К примеру, в 2011 году инженеры НАСА серьезно опасались того, что "встреча" с такими частицами приведет к уничтожению зонда New Horizons при подлете к Плутону.
"Последние несколько десятилетий мы изучали эти "гиперзвуковые" столкновения, и мы давно заметили, что подобные события вырабатывают всплески излучения, если частицы движутся достаточно быстро. Никто не знал, почему оно возникает, откуда оно берется и какой фиизческий механизм его порождает", - продолжает Флетчер.
Изучая результаты таких экспериментов, Клозе и Флетчер предположили, что источником этих вспышек может быть плазма, рождающаяся в результате испарения частицы при ее столкновении с корпусом корабля или зонда. Они проверили эту теорию, создав компьютерную модель этого столкновения.
Оказалось, что вспышки возникают по очень простой причине - в пустоте космоса легкие электроны движутся быстрее, чем тяжелые ионы. Благодаря этому частица пыли, столкнувшись с обшивкой зонда, превратится в облачко плазмы и разделится на две части - облако "быстрых" электронов и облако "медленных" ионов. Взаимодействие между ними породит мощные электромагнитные волны, способные, как считают ученые, вызвать серьезные неполадки в работе электронной начинки зондов.
В ближайшее время Флетчер и Клозе планируют провести более детальные и продолжительные симуляции, которые помогут оценить, насколько часто происходят подобные события и какую реальную угрозу они несут жизни космических аппаратов. Если подозрения физиков подтвердятся, то многие необъяснимые космические катастрофы прошлого могут внезапно найти свое объяснение в подобных фатальных столкновениях с пылинками.
