Космические спутники и зонды могут выходить из строя даже при столкновениях с мельчайшими пылинками, поскольку их испарение порождает миниатюрные облачка плазмы, внутри которых рождаются мощные электромагнитные волны, говорится в статье, опубликованной в журнале Physics of Plasmas.
Физики выяснили, каким образом даже микроскопический космический мусор или частички пыли могут полностью вывести из строя целый спутник. Исследование проводили физики из Бостонского и Стэнфордского университетов (США).
Ученые давно заметили, что мелкие частицы могут навредить искусственным аппаратам на орбите Земли. В то же время, специалисты не могли понять, каким образом эти микроскопические объекты повреждают спутники.
«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 столкнулись с проблемой защиты оборудования 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 компьютеров в критический момент после «удачного» попадания в них космических лучей.
Как рассказывает ученый, частицы пыли уже давно считаются достаточно большой угрозой для космических аппаратов. Столкновение с ними 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 давно заметили, что подобные события вырабатывают всплески излучения, если частицы движутся достаточно быстро. Никто не знал, почему оно возникает, откуда оно берется и какой физический механизм его порождает», — продолжает Флетчер.
Авторы статьи Алекс Флетчер и его коллега Сигрид Клозе из Стэнфордского университета (США) провели эксперимент и выяснили, что в открытом космосе легкие электроны движутся быстрее, чем тяжелые ионы, из-за чего частицы пыли при столкновении с искусственными аппаратами испаряются, создавая при этом небольшие облачка плазмы.
Плазма разделяется на две части – облако «быстрых» электронов и облако «медленных» ионов, которые при взаимодействии создают мощные электромагнитные волны. Именно эти волны приводят к серьезным проблемам с электроникой спутников.
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 объяснение в подобных фатальных столкновениях с пылинками.
