Güneş olaylarından veya kozmik kaynaklardan gelen yüklü tuzaklar veya geçiş yapan parçacıklar, uzay aracının açıkta kalan yüzeyleriyle etkileşime girdiğinde, etkileri sistemi çeşitli şekillerde etkileyebilir. Doğal uzay ortamından gelen etkiler arasında uzay aracı şarjı, tek olay etkileri, toplam iyonlaştırma dozu ve yer değiştirme hasarı yer alır. Bununla birlikte, spesifik etki, gelen parçacığın tipine, enerjisine ve potansiyel kaynağına bağlıdır. Hapsolmuş ağır iyonlar, tek bir olayın etkisine neden olacak ve gerekli iyonlaşmayı oluşturacak kadar enerjiye sahip değildir ve toplam iyonlaşma dozuna önemli bir katkı sağlamaz.
Güneş patlamalarından ve radyasyon kuşaklarında hapsolmuş protonlardan güçlü bir şekilde etkilenen galaktik kozmik ışınlar ve kozmik güneş parçacıkları GDA’lara neden olabilirken, elektronların GDA’lara neden olduğu bilinmemektedir. Ayrıca fiziksel mekanizmaları farklılık gösterse de uzay ortamının iyonlaştırıcı radyasyonu hem toplam iyonlaştırıcı dozun hem de bireysel bir olayın etkilerine neden olur.
İçindekiler
Uzay aracı ücreti
Bir uzay aracı yükü, bir uzay aracının yüzeylerinde veya bir uzay aracının içinde oluşan yüktür. Bir uzay aracının yüzeyinde statik elektriğe ve çevreleyen plazma ortamına göre uzay aracının çeşitli kısımlarında potansiyel değişikliklere neden olur. Uzay aracı şarjına katkıda bulunan ana doğal uzay ortamları arasında termal plazma ortamı, yüksek enerjili elektronlar, güneş radyasyonu ve manyetik alanlar bulunur. Birçok etkisi olmasına rağmen, elektrostatik boşalma en tehlikelisi gibi görünmektedir. Elektrostatik deşarjlar yapısal hasara, uzay aracı bileşenlerinin bozulmasına ve elektronik hasar nedeniyle operasyonel anormalliklere neden olabilir.
Bir uzay aracının yükü, bir diferansiyel yük ve bir dahili dielektrik yükü içeren bir yüzey yüküne bölünebilir. Yüzey yükü mutlak veya diferansiyel olabilirken, düşük enerjili (<100 kev) plazmalar ve fotoakımlar bir yüzey yüküne neden olur. Mutlak şarj, uydunun potansiyeli çevreleyen plazmaya göre eşit olarak yüklendiğinde meydana gelir. Diferansiyel şarj, bir uzay aracının parçaları birbirine göre farklı potansiyellerde yüklendiğinde meydana gelir. Diferansiyel şarj, uydunun kendi kendini gölgelemesinden de kaynaklanabilir. Uzay aracı yüzeylerinin diferansiyel yükü, mutlak yükten (çevreleyen plazmaya göre) daha zararlıdır. Birincisi, fiziksel fiziksel hasar ve elektromanyetik parazit oluşumu ve bunun sonucunda ortaya çıkan geçici darbeler gibi uydu operasyonlarını kesintiye uğratabilecek döküm etkilerine sahip olabilir.
Deşarj sonuçları aynı zamanda verileri ve kablo gürültüsünü ve kimyasal olarak aktif türlerin saçılmasını ve çekiciliğini de içerir. Jeomanyetik alt fırtınalardan sonra, kev elektronlarının manyetosfere enjeksiyonuyla sonuçlanan diferansiyel şarj rapor edilmiştir. Dahili yük, yüksek enerjili elektronlardan (>100 keV) kaynaklanır ve uzay aracının ekipmanına nüfuz eder ve yük, yalıtım malzemeleri içinde birikir. Dielektrik malzemelerde, iyi yalıtılmış iletkenlerde ve hassas elektronik devrelerin çok yakınında meydana geldiği için daha zararlıdır. Sabit bir yörüngede elde edilen birleşik salınım ve radyasyon etkileri uydusundan elde edilen verilere dayanarak, çevre kaynaklı uzay aracı anormalliklerinin çoğu yüzey dielektrik yükünden veya tek olay hatalarından kaynaklanmaz. Bunun nedeni, derin dielektrik yükü ve bunun sonucunda ortaya çıkan deşarj darbeleridir.
tek bir olayın etkileri
Tek olay etkileri, tek bir olayın iyonize parçacığı bir cihazda bir etkiye neden olacak kadar enerji biriktirdiğinde meydana gelen ayrı olaylardır. Genellikle iki uzay radyasyon kaynağı, yüksek enerjili protonlar ve kozmik ışınlardan kaynaklanır. Tek olay fenomeni, aşağıdaki gibi dörde sınıflandırılabilir:
tek olay çökmesi,
• tek bir olayı kapatma,
• bir olayı yakmak,
• tek olay kapısı kırılması,
Tek arıza, mikroişlemci, yarı iletken bellek veya güç transistörleri gibi mikroelektronik bir cihazdaki hassas bir düğüme çarpan iyonların veya elektromanyetik radyasyonun neden olduğu durum değişikliğidir. Durumdaki bu değişiklik, bir mantıksal öğenin, örneğin bir bellek bitinin ana düğümünde veya yakınında iyonlaşmanın neden olduğu serbest yükün sonucudur. Darbe sonucu makinenin çıkışında veya çalışmasında meydana gelen arızaya basit arıza denir. Cihazlardaki ağır iyonların ve protonların tek olayda parçalanma mekanizmaları, örneğin dinamik rastgele erişimli bellekler ve cihazlarda galaktik kozmik ışınların enerji birikimi.
Tek bir olay hatası analog, dijital veya optik bileşenler gibi normal cihazlarda sıfırlamaya veya yeniden yazmaya neden olabilirken çevredeki arayüz devrelerini etkileyebilir. Tek olaylı sert çökme, bir cihazın kontrol devresindeki tek bir olayın cihazı test, kapatma veya belirsiz duruma getirdiği tek olaylı bir işlevsel kesintidir. Bu, normal işlemleri durdurur ve geri almak için gücün sıfırlanmasını gerektirir. Hatalı tasarlanmış bir devrede meydana gelebilecek belirli bir kısa devre tipini tanımlamak için entegre devrelerde tek bir olay kilidi kullanılır. MOSFET devresinin güç kaynağı rayları arasında, parçanın düzgün çalışmasını bozan ve muhtemelen aşırı akım yoluyla tahrip olmasına yol açan parazitik bir yapıya yol açabilen düşük dirençli bir yolun oluşturulmasıdır.
Tek etkili mandallar aldatıcı hatalardır ve kalıcı hasara neden olabilir. Bu, çalışma akımının yükselmesine, cihaz özelliklerini aşmasına, iletim voltajının düşmesine veya güç kaynağının hasar görmesine neden olabilir. Kilitleme, çok hassas cihazlarda protonlardan kaynaklanabilir. Tek bir olay, kapatma, sıfırlama, elektrik kesintisi veya cihazın kapatılmasıyla silinir veya silinir ve büyük ölçüde sıcaklığa bağlıdır. Güç bağlantısı hızlı bir şekilde kesilmezse, aşırı ısınma, metal veya jumper arızası nedeniyle yıkıcı arıza meydana gelebilir. Tek olay yanma, bir güç transistöründeki akım dalgalanmasının neden olduğu bir durumdur. Bu çok yerel bir olgudur ve boşaltma kaynağı yanmasını, kapı kırılmasını, MOSFET’lerde ve BJT’lerde donmuş bitleri ve şarj bağlantılı cihazlarda gürültüyü içerir.
Tek olaylı kapı kırılması, kapı oksitinde iletken bir yol oluşması veya yalıtkanın yerel olarak parçalanarak yıkıcı yanmaya neden olmasıdır. MOSFET’lerde, BJT’lerde ve CMOS’ta oluşur. Güneş parlaması parçacık olayları, özellikle gezegenler arası uzayda, uzay aracı için tek bir olay için en fazla çarpışmaya neden olan ortamı oluşturur. Uydu üzerinde yapılan deneyler, bir güneş patlaması sırasında radyasyonun etkilerinin önemli ölçüde arttığını gösterdi. Radyatif Zorlama Uydusundan alınan verilere dayanarak, tek olaylı çığların çoğunun, protonlardan veya kozmik ışınlardan doğrudan birikmeden ziyade, nükleer reaksiyonlar yoluyla yüksek enerjili protonlardan geldiği bildirildi. Alçak Dünya yörüngesindeki uydular için, hapsolmuş protonlar, özellikle Güney Atlantik Anomalisinde, tek olaylı çarpmalar için en büyük tehdittir.
toplam iyonlaştırıcı doz
Toplam iyonlaştırıcı doz, iyonlaşma süreçleri tarafından üretilen ve enerjik parçacıklar içlerinden geçtiğinde yarı iletkenler veya yalıtkanlar gibi malzemelerde biriken enerji miktarını ifade eder. Alet arızasına veya astronotlara biyolojik zarar verebilir. Radyasyondan kaynaklanan örgülü yükler, MOSFET kapı oksitinde birikebilir ve eşik voltajında bir kaymaya neden olabilir. Kupon yeterince büyükse, sıfır volt uygulandığında bile bu cihaz kapatılamaz. Bu durumda cihazın tükenme moduna girerek arıza yaptığı söyleniyor. Toplam iyonlaştırıcı doz, çoğunlukla güneş partikülü olayından gelen elektronlar ve protonlardan ve Güney Atlantik Anomalisinden transferden kaynaklanmaktadır.
LEO’da, dozun ana kaynağı iç kuşak elektronları ve protonlarından gelirken, birincil kaynak dış kuşak elektronu ve yörüngedeki durağan güneş protonlarıdır. Toplam doz nedeniyle kaydedilen ilk uydu arızası Telstar’dı. Uydu, 9 Temmuz 1962’de Denizyıldızı nükleer testinin ertesi günü fırlatıldı. Yaklaşık 1,4 megatonluk nükleer silah, Pasifik Okyanusu’ndaki Johnston Adası’nın 400 km yukarısında patlatıldı. Patlama, Dünya’nın manyetik alanına enjekte edilen ve yapay bir radyasyon kuşağı oluşturan beta parçacıkları (elektronlar) üretti. Bu yapay elektron kuşağı 1970’lerin başına kadar sürdü. Sonuç olarak Telstar, tamamen başarısız olmadan önce beklenenin 100 katı toplam doz aldı. Bir Denizyıldızı nükleer testinde 7 ay içinde en fazla yedi uydunun esas olarak güneş pili hasarından kaynaklandığı bilinmektedir.
Yer değiştirme hasarı
Enerjik parçacıklar bir katı üzerine düştüğünde, malzemeden geçerken iyonlaştırıcı ve iyonlaştırıcı olmayan işlemlere enerjilerini kaybederler. Enerji kaybının sonucu, elektron-boşluk çiftlerinin ve atomların yer değiştirmesi veya yer değiştirme hasarının oluşmasıdır. Boşluklar, yani bir atomun normal kafes konumundan olmaması ve geçişler, yani yer değiştiren bir atomun kafes dışı bir konuma hareketi, başlangıçta yaratılan ilk kafesin kusurlarıdır. Bir boşluğun ve bitişik bir boşluğun kombinasyonu, Frenkel veya yakın çift olarak bilinir. Birbirine bitişik iki boşluk, boşluk olarak bilinen bir kusur yaratabilir. Ayrıca, radyosilikonda daha büyük yerel boşluk kümeleri oluşabilir. Safsızlık atomlarına bitişik boşluklar ve ortam tarafından oluşturulan kusur, kusur-safsızlık kompleksleridir. Gelen radyasyonla şekillendirildikten sonra, daha kararlı bir konfigürasyon oluşturmak için kusurlar yeniden düzenlenmelidir. Kusurların toplu yarı iletken malzemelerin ve cihazların özelliklerini ne ölçüde değiştirdiği, belirli kusurların doğasına ve belirli bir sıcaklıkta kusur oluşumunu takip eden süreye bağlıdır.
Radyasyonun neden olduğu yer değiştirme hasarının etkinliği, bombardıman durumu, parçacık tipi, enerji ve radyasyon, ölçüm sıcaklığı, ışınlamadan sonraki süre, ışınlamadan sonraki termal geçmiş, enjeksiyon seviyesi, malzeme türü, kirlilik türü ve konsantrasyon gibi faktörlere bağlıdır. Yer değiştirmenin neden olduğu hasar, cihazın malzemelerini ve özelliklerini bozar. Atomun orijinal kafes konumundan çıkmasına neden olan, gelen bir parçacık ile bir kafes atomu arasındaki çarpışmayı tasvir eder. Dengeleme hasarı, azınlık taşıyıcı ömrünü de azaltabilir ve tipik etki, çift kutuplu transistörlerde kazanç bozulması ve kaçak akımdır.
kaynak:
Researchgate.net/publication/281585445_Space_environment_effect_on_earth_observation_satellite_instruments
nap.edu/read/10477/chapter/7
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]