Учёт внешних воздействий на космические аппараты спутниковой системы связи на низкой круговой орбите

серы, и может быть использовано для комплексной очистки газов и утилизации серы в металлургии. Его использование в цехе серной кислоты позволит снизить выброс диоксида серы с эффективностью очистки до 97,5 %, что позволит улучшить экологическую ситуацию в промзоне предприятия; снизится уровень воздействия на жилой массив, попадающий в СЗЗ; снизится уровень загрязнения атмосферы города, что будет наглядно видно через понижение показателя ИЗА; позволит получать важный народнохозяйственный продукт - серу, продажа которого окупит технологию.

В 2017 году за счет вложений в размере 1 млрд. рублей удалось сократить объемы выбросов в атмосферу в 17 раз, к 2024 году объемы должны сократиться еще на 20 %. Кроме того, Оренбургская область представила комплексный план улучшения экологии города. Предотвращение дальнейшего загрязнения и уменьшение уровня загрязнения атмосферы в городах является одной из основных задач экологической безопасности, для решения которой требуется совершенствование законодательства РФ в области охраны атмосферного воздуха; внедрение инновационных и экологически чистых технологий и развитие экологически безопасных производств.

Список использованной литературы:

1. Экологическая оценка деятельности предприятий цветной металлургии / В.Н. Большаков [и др.]. Свердловск, 1986. 78 с.

2. Государственные доклады «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации» 19962018 гг.

© Бронский В.А., Солопова В.А., Хисанова Э.Р., 2020

УДК 629.78

Волков А.Н.

Младший специалист АО «НПК «ВТиСС»

Непочатов А.Ю.

Ведущий специалист АО «НПК «ВТиС»»

Трубачев А.Г.

Начальник отдела интеграции систем АО «НПК «ВТиСС»

г. Москва, РФ

УЧЁТ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ НА НИЗКОЙ КРУГОВОЙ ОРБИТЕ

Аннотация

Рассматриваются вопросы воздействия метеорно-техногенных тел во время полета космических аппаратов спутниковой системы связи на низкой круговой орбите. Также рассматриваются вопросы воздействия ионизирующих излучений космического пространства на бортовую аппаратуру и конструкцию космического аппарата.

Ключевые слова:

Спутниковая система связи, космический аппарат, внешние воздействующие факторы, метеорно-техногенные тела, интегральные микросхемы, отказочувствительность, КА, ВВФ.

Важным фактором при проектировании космических аппаратов (КА) спутниковой системы связи на низкой круговой орбите является системный учёт внешних воздействующих факторов при функционировании КА на рабочей орбите.

Согласно принятым современным представлениям элементы КА в ходе полёта будут подвергаться

воздействию нескольких типов метеорно-техногенных тел (МТТ):

1) частиц космического мусора;

2) частиц пылевой оболочки Земли;

3) спорадических метеорных частиц;

4) частиц, принадлежащих сезонным метеорным потокам.

Расчеты потоков МТТ, воздействующих на КА за срок его активного существования, проведены для худшего случая - круговой орбиты с высотой 600 км, наклонением - 98о, и значением долготы восходящего узла - 220°.

Расчет интегральных потоков метеорного вещества проводился с помощью справочной модели Meteoroid and Space Debris Terrestrial Environment Reference Model MASTER 2001 [1, c. 143-146]. Величины сезонных метеорных потоков не рассчитывались, так как они составляют меньше 3 % от величины потоков спорадических метеорных частиц и частиц пылевой оболочки Земли.

Значения потоков космического мусора являются преобладающими в потоке МТТ [2, c. 6-8]. Поэтому выбор долготы восходящего узла, дающего экстремальные значения потока МТТ, проведен в соответствии с вкладом в этот поток частиц космического мусора с массой больше 10-6 г. В результате анализа были получены максимальные потоки МТТ для долготы восходящего узла Q = 220о, минимальные потоки для Q = 0о.

Интегральные потоки представляют собой число метеорных частиц или частиц космического мусора с массой больше 10-6 г, пересекающих сферическую поверхность, диаметральное сечение которой равно 1 м2 за один год.

Значения интегральных потоков МТТ в зависимости от массы частиц и их скорости относительно КА за один год функционирования приведены в таблицах 1 - 3.

Таблица 1

Характеристики спорадических метеорных частиц и частиц пылевой оболочки Земли (i = 98o, Q = 220о),

интегральные потоки (част./м2 ) за 1 год срока активного существования

Интервал скоростей, км/c Общии поток

Масса, г 0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-72

1.0E-06 1.58 E-02 6.23 E-01 1.61 2.87 3.23 4.02 E-01 1.44 E-02 2.88 E-04 8.76

1.0E-05 3.16 1.18 2.81 4.93 4.86 5.16 2.56 3.96 1.44

E-03 E-01 E-01 E-01 E-01 E-02 E-03 E-05

1.0E-04 4.04 1.30 2.71 4.57 3.20 2.51 2.54 2.08 1.21

E-04 E-02 E-02 E-02 E-02 E-03 E-04 E-06 E-01

1.0E-03 6.11 1.88 3.66 5.89 3.77 2.67 3.36 1.62 1.56

E-05 E-03 E-03 E-03 E-03 E-04 E-05 E-07 E-02

1.0E-02 6.27 1.91 3.65 5.78 3.57 2.44 3.33 1.26 1.52

E-06 E-04 E-04 E-04 E-04 E-05 E-06 E-08 E-03

Таблица 2

Характеристики частиц космического мусора ^ = 98°, О = 220о), интегральные потоки (част./ м2 ) за 1 год срока активного существования

Масса, г Интервал скоростей, км/c Общии поток

0-5 5-10 10-15 15-20 20-72

1.00E-06 1.46 3.68 17.3 16.0 0.00 38.4

1.0E-05 8.46E-01 2.16 8.72 2.36 0.00 14.1

1.0E-04 9.33E-02 2.52E-01 8.88E-01 9.10E-01 0.00 2.14

1.0E-03 1.28E-02 2.57E-02 6.94E-02 1.43E-01 0.00 2.51E-01

1.0E-02 3.65E-04 8.61E-04 3.22E-03 6.54E-03 0.00 1.10E-02

Таблица 3

Интегральные потоки МТТ за срок активного существования 5 лет

Масса, г 1.00E-06 1.00E-05 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02

Поток спорадических частиц и частиц пылевой оболочки Земли, м-2 43.8 7,20 6,05E-01 7,80E-02 7,60E-03

Поток техногенных частиц, м-2 192 70.5 10,7 1,26 5,50E-02

Суммарный поток МТТ, м-2 236 77.7 11.3 1,33 6,26E-02

На рассматриваемых орбитах защита от потоков МТТ (с учетом максимальной площади корпуса КА и площади солнечных батарей) необходима герметичным емкостям - рабочему телу двигательной установки; для солнечных батарей необходим резерв по располагаемой мощности солнечных батарей.

Баки с рабочим телом располагаются внутри корпуса КА и экранированы со всех направлений тепловыми сотопанелями толщиной более 10 мм и бортовой аппаратурой.

Деградация солнечных батарей за время эксплуатации от потоков МТТ не превысит 0,5 % и учитывается коэффициентом потерь в расчетах.

За время полета бортовая аппаратура и конструкция КА подвергаются воздействию ионизирующих излучений космического пространства, а именно:

1) протонов и электронов радиационных поясов Земли (РПЗ);

2) протонов и ионов солнечных космических лучей (СКЛ);

3) протонов и тяжелых ядер галактических космических лучей (ГКЛ).

Исходными данными для проведения расчетов параметров радиационных условий являются:

1) срок активного существования - 5 лет;

2) высота круговой орбиты - 600 км;

3) наклонение орбиты - 98 градусов.

Расчеты параметров радиационных условий в РПЗ выполнены с помощью общепринятых в мировой практике моделях АЕ8 для электронов и АР8 для протонов, для оценки вклада ГКЛ использована динамическая модель ГКЛ НИИЯФ МГУ, СКЛ - вероятностная модель СКЛ НИИЯФ МГУ.

Поскольку модель СКЛ носит вероятностный характер, то при расчете вклада потоков частиц солнечных космических лучей в поглощенную дозу была задана доверительная вероятность 0,99 (это означает, что превышение приведенных значений поглощенных доз за время полета возможно лишь в 1 % случаев). Из этого определения следует в случае рассмотрения экстремальных («наихудших») условий полета это может соответствовать, например, возникновению в течение полета аномально большого солнечного события (типа вспышки в октябре 1989 г. или в октябре 2003 г.).

Результаты расчетов поглощенных доз (в 81) за сферическими защитными экранами (из А1) различной толщины (в геометрии 2п - полусфера) за 5 лет САС КА представлены в таблице 4.

Таблица 4

Поглощенные дозы радиации (в 81) за 5 лет САС КА, рад

Толщина защиты (А1), г/см2 Электроны РПЗ Протоны РПЗ СКЛ ГКЛ Суммарная доза

0.01 7.93E+05 3.20E+04 6.46E+04 79.9 8.90Е+05

0.1 1.06E+05 3.07E+03 8.62E+03 8.27 1.17Е+05

0.2 3.45E+04 1.59E+03 4.20E+03 8.17 4.03Е+04

0.5 5.91E+03 836 1.55E+03 8.35 8.30Е+03

0.7 2.38E+03 684 1.07E+03 8.44 4.14Е+03

1.0 678 573 707 8.47 1.97Е+03

2.0 22.7 427 314 8.44 772

3.0 11.4 356 195 8.37 571

10.0 1.78 170 45.7 7.94 225

В таблицах 5-7 представлены результаты расчетов интегральных энергетических спектров

плотности потока (част./см2/с) и потоков (в 81) за 5 лет САС КА (част./см2) заряженных частиц ИИ КП (электроны РПЗ, протоны РПЗ, СКЛ и ГКЛ) за сферическими защитными экранами (из А1) различной толщины.

Таблица 5

Интегральный энергетический спектр плотности потока и потока электронов РПЗ на поверхности КА

Энергия, Плотность потока, Поток за 5 лет САС,

МэВ част./см2/с част./см2

0.1 1.48Е+05 2.34E+13

0.2 6.37Е+04 1.00E+13

0.3 3.06Е+04 4.82E+12

0.4 1.68Е+04 2.65E+12

0.5 1.01Е+04 1.60E+12

0.6 7.44Е+03 1.17E+12

0.7 5.57Е+03 8.78E+11

0.8 4.38Е+03 6.90E+11

0.9 3.58Е+03 5.64E+11

1 2.93Е+03 4.62E+11

1.25 1.92Е+03 3.03E+11

1.5 1.27Е+03 2.00E+11

1.75 831 1.31E+11

2 547 8.62E+10

2.5 246 3.89E+10

2.75 152 2.39E+10

3 94.5 1.49E+10

3.5 36.1 5.69E+09

4 12.2 1.92E+09

4.5 3.62 5.71E+08

5 9.94Е-01 1.57E+08

5.5 2.09Е-01 3.30E+07

6 2.65Е-02 4.18E+06

6.5 0 0

Таблица 6

Интегральный энергетический спектр плотности потока и потока протонов РПЗ на поверхности КА

Энергия, Плотность потока, Поток за 5 лет САС,

МэВ част./см2/с част./см2

0.1 7.42Е+04 7.02E+12

0.158 5.06Е+04 4.78E+12

0.2 3.42Е+04 3.23E+12

0.251 2.25Е+04 2.13E+12

0.316 1.53Е+04 1.45E+12

0.398 9.05Е+03 8.57E+11

0.501 5.11Е+03 4.83E+11

0.794 1.53Е+03 1.44E+11

1.00 466 7.35E+10

1.26 262 4.13E+10

1.58 165 2.60E+10

2.00 90.4 1.43E+10

2.51 53.1 8.37E+09

3.16 35.9 5.67E+09

3.98 21.2 3.35E+09

5.01 12.8 2.02E+09

6.31 8.32 1.31E+09

10 2.99 4.72E+08

12.6 1.90 3.00E+08

15.8 1.33 2.10E+08

20.0 8.45Е-01 1.33E+08

25.1 5.93Е-01 9.35E+07

31.6 4.81Е-01 7.58E+07

39.8 4.01Е-01 6.32E+07

50.1 3.49Е-01 5.50E+07

63.1 3.05Е-01 4.82E+07

79.4 2.62Е-01 4.13E+07

Энергия, Плотность потока, Поток за 5 лет САС,

МэВ част./см2/с част./см2

100 2.15E-01 3.38E+07

126 1.62E-01 2.55E+07

158 1.10E-01 1.73E+07

200 7.02E-02 1.11E+07

251 4.05E-02 6.38E+06

316 2.02E-02 3.18E+06

398 8.64E-03 1.36E+06

501 3.00E-03 4.73E+05

Таблица 7

Интегральные энергетические спектры потоков (част./см2) протонов ГКЛ и СКЛ

на поверхности КА за 5 лет САС

Энергия, МэВ Поток ГКЛ за 5 лет САС Поток СКЛ за 5 лет САС

1.00 1.69E+08 1.59E+11

1.26 1.62E+08 1.43E+11

1.58 1.58E+08 1.28E+11

2.00 1.54E+08 1.13E+11

2.51 1.53E+08 9.82E+10

3.16 1.52E+08 8.43E+10

3.98 1.51E+08 7.12E+10

5.01 1.51E+08 5.93E+10

6.31 1.51E+08 4.86E+10

7.94 1.51E+08 3.92E+10

10.0 1.51E+08 3.11E+10

15.8 1.51E+08 1.87E+10

20.0 1.51E+08 1.40E+10

25.1 1.51E+08 1.05E+10

31.6 1.51E+08 7.81E+09

39.8 1.51E+08 5.79E+09

50.1 1.51E+08 4.30E+09

63.1 1.50E+08 3.19E+09

79.4 1.50E+08 2.36E+09

100 1.50E+08 1.74E+09

126 1.49E+08 1.27E+09

158 1.48E+08 9.36E+08

200 1.47E+08 6.75E+08

251 1.45E+08 4.90E+08

316 1.42E+08 3.52E+08

398 1.38E+08 2.52E+08

501 1.33E+08 1.80E+08

631 1.27E+08 1.27E+08

794 1.19E+08 8.95E+07

1.00E+03 1.10E+08 6.18E+07

1.26E+03 1.00E+08 4.18E+07

1.58E+03 8.93E+07 2.80E+07

2.00E+03 7.76E+07 1.81E+07

2.51E+03 6.64E+07 1.15E+07

3.16E+03 5.56E+07 7.09E+06

3.98E+03 4.58E+07 4.17E+06

5.01E+03 3.69E+07 2.27E+06

6.31E+03 2.93E+07 1.06E+06

7.94E+03 2.28E+07 2.86E+05

1.00E+04 1.73E+07 1.50E+04

1.26E+04 1.26E+07

1.58E+04 8.80E+06

2.00E+04 5.78E+06

2.51E+04 3.67E+06

3.16E+04 2.18E+06

3.98E+04 1.14E+06

5.01E+04 4.17E+05

Для применения в бортовой аппаратуре рекомендуются электрорадиоизделия со стойкостью к накопленной дозе, приведенной в таблице 1, с учетом толщины защитных стенок приборов и конструкции КА. При проведении радиационных испытаний, дозовый коэффициент запаса Кзап = 1, при подтверждении радстойкости расчетным путем коэффициент запаса по накопленной дозе должен быть Кзап = 3.

Для бессбойной работы бортовой аппаратуры на борту КА желательно использовать интегральные микросхемы со следующими параметрами сбоечувствительности:

Ьо > 3 МэВ/(мг/см2), со < 5-10-8 см2/бит,

где Lо - пороговое значение линейной передачи энергии, являющееся характеристикой чувствительности интегральной микросхемы к одиночному сбою (отказу);

со - сечение возникновения одиночного сбоя (отказа).

При анализе стойкости интегральных микросхем по отношению к одиночным отказам, требование к вероятности безотказной работы интегральных микросхем

0,99 < ВБРимс < 0,999,

где ВБРимс - вероятность безотказной работы ИМС по отношению к одиночным отказам за 5 лет САС выполняется при выборе ИМС со следующими параметрами отказочувствительности:

Ьо > 20-25 МэВ/(мг/см2), со < 10-3 см2/чип.

Приведенные требования стойкости по отношению к одиночным сбоям и отказам носят рекомендательный характер, показывающий примерный уровень требований к ИМС. Для окончательного вывода о работоспособности приборов необходимо учитывать внутреннюю конструкцию прибора, способы их соединения, наличие резерва и т.п. Помимо отбора ИМС с приемлемым уровнем отказо- и сбоечувствительности необходимо применять схемотехнические и программные способы парирования одиночных сбоев и отказов.

Список использованной литературы:

1. Разработка проектного облика космического аппарата спутниковой системы связи. Научно-технический отчёт. Шифр «МКА-Связь». - М.: НПО им. Лавочкина, 2014. - 371 с.

2. ГОСТ Р 25645.167-2005. Космическая среда (естественная и искусственная). Модель пространственно-временного распределения плотности потоков техногенного вещества в космическом пространстве. М.: Стандартинформ, 2оо5. - 40 с.

© Волков А Н., Непочатов А.Ю., Трубачев А.Г., 2о2о

УДК 621.311

Н.А. Горбатенко

магистрант, МГТУ г. Мурманск, РФ gna51@bk.ru

ПЕРСПЕКТИВЫ ЦИФРОВИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ

Аннотация

В статье приведена краткая информация о цифровизации, как в общем смысле этого слова, так и применительно к области электроэнергетики. Описаны общие тенденции развития цифрового общества в Российской Федерации, государственная политика в этом направлении и отклик, который она находит в деятельности ведущих государственных корпораций. Рассмотрены утвержденные концепции развития различных предприятий, одними из основных направлений которых являются инновации в

~ 2о ~