Космическая среда — это раздел астронавтики , аэрокосмической техники и космической физики , который стремится понять и рассмотреть условия, существующие в космосе, которые влияют на конструкцию и работу космических аппаратов. Связанный предмет, космическая погода , занимается динамическими процессами в солнечно-земной системе, которые могут вызывать эффекты на космических аппаратах, но которые также могут влиять на атмосферу, ионосферу и геомагнитное поле , вызывая несколько других видов эффектов на человеческие технологии.
Воздействия на космический корабль могут возникнуть из-за радиации , космического мусора и метеороидного удара, сопротивления верхних слоев атмосферы и электростатического заряда космического корабля . Были приняты различные стратегии смягчения.
Радиация в космосе обычно имеет три основных источника:
Для длительных миссий высокие дозы радиации могут повредить электронные компоненты и солнечные элементы. Серьезную озабоченность вызывают также вызванные радиацией «эффекты единичного события», такие как сбой единичного события . Пилотируемые миссии обычно избегают радиационных поясов, а Международная космическая станция находится на высоте значительно ниже самых суровых областей радиационных поясов. Во время солнечных энергетических событий ( солнечные вспышки и выбросы корональной массы ) частицы могут ускоряться до очень высоких энергий и достигать Земли всего за 30 минут (но обычно это занимает несколько часов). Эти частицы в основном протоны и более тяжелые ионы, которые могут вызывать радиационные повреждения, нарушение работы логических схем и даже опасность для астронавтов. Пилотируемые миссии по возвращению на Луну или для путешествия на Марс должны будут решать основные проблемы, которые представляют события солнечных частиц для радиационной безопасности, в дополнение к важному вкладу в дозы от низкоуровневых фоновых космических лучей . На околоземных орбитах геомагнитное поле Земли экранирует космические аппараты от значительной части этих опасностей — этот процесс называется геомагнитным экранированием.
Космический мусор и метеороиды могут сталкиваться с космическими аппаратами на высоких скоростях, вызывая механические или электрические повреждения. Средняя скорость космического мусора составляет 10 км/с (22 000 миль/ч; 36 000 км/ч) [1] , тогда как средняя скорость метеороидов намного больше. Например, метеороиды, связанные с метеорным потоком Персеиды, движутся со средней скоростью 58 км/с (130 000 миль/ч; 210 000 км/ч). [2] Механические повреждения от ударов мусора изучались в ходе космических миссий, включая LDEF , у которого было более 20 000 зарегистрированных ударов за время его 5,7-летней миссии. [3] Электрические аномалии, связанные с ударными событиями, включают космический аппарат Olympus ЕКА , который потерял управление ориентацией во время метеорного потока Персеиды 1993 года. [4] Аналогичное событие произошло с космическим аппаратом Landsat 5 [5] во время метеорного потока Персеиды 2009 года. [6]
Электростатическая зарядка космических аппаратов вызвана горячей плазменной средой вокруг Земли. Плазма, встречающаяся в районе геостационарной орбиты , нагревается во время геомагнитных суббурь , вызванных возмущениями солнечного ветра. «Горячие» электроны (с энергиями в диапазоне килоэлектронвольт ) собираются на поверхностях космических аппаратов и могут устанавливать электростатические потенциалы порядка киловольт. В результате могут возникать разряды, которые, как известно, являются источником многих аномалий космических аппаратов.
Решения, разработанные учеными и инженерами, включают, помимо прочего, экранирование космических аппаратов, специальное « упрочнение » электронных систем, различные системы обнаружения столкновений. Оценка эффектов во время проектирования космических аппаратов включает применение различных моделей окружающей среды, включая модели радиационных поясов, модели взаимодействия космических аппаратов с плазмой и атмосферные модели для прогнозирования эффектов сопротивления, возникающих на более низких орбитах и во время входа в атмосферу.
Область часто пересекается с такими дисциплинами, как астрофизика , наука об атмосфере , космическая физика и геофизика , хотя обычно акцент делается на прикладном аспекте.
Правительство США содержит Центр прогнозирования космической погоды в Боулдере, штат Колорадо . Центр прогнозирования космической погоды (SWPC) является частью Национального управления океанических и атмосферных исследований ( NOAA ). SWPC является одним из Национальных центров прогнозирования окружающей среды (NCEP) Национальной метеорологической службы (NWS) .
Космический энвайронментализм — это пропаганда, которая рассматривает космос как не лишенный необходимости регулирования и защиты, и привлекает внимание все большего числа ученых, [7] таких как Мориба Джа . [8]