بخشی از مقاله
چکیده
به منظور بررسی اثرات پرتوها بر روي زیرسیستمهاي فضایی بویژه بخشهاي الکترونیکی یک نانوماهواره، میبایست در ابتدا بررسیهایی روي شرایط محیطی در موقعیت فضایی موردنظر انجام شود.در مدارهاي خورشید آهنگ پدیده فضایی قابل توجه وجود ذرات پروتون در این ارتفاع میباشد. منبع این ذرات خورشید و فضاي کیهانی میباشند که براي سالیان متمادي توسط میدان مغناطیسی اطراف زمین محبوس شدهاند. تحت تاثیر میدان مغناطیسی زمین حرکت این ذرات کنترل شدهاست.
در مدارهاي قطبی ذرات غالب الکترونها میباشند. بطور کلی روش طراحی حفاظ تشعشعاتی به دو بخش تقسیم شده است،.1شبیهسازي محیط فضا،.2 تحلیل ضخامت حفاظ. جنس حفاظ از فلزAl7075 بوده و ضخامت مورد استفاده آن 2 میلیمتر میباشد. ماهواره مورد نظر براي مدت یکسال در مداري با نقطه اوج 650کیلومتري وحضیض 250کیلومتري در حال گردش به دور زمین خواهد بود.تحلیلهاي انجام شده در این مقاله در طراحی و ساخت حفاظ پروتونی دو نانوماهواره در حال ساخت در ایران مورد استفاده قرار گرفته است.
مقدمه
طراحی حفاظ براي هر سیستم فضایی امر مهم و حیاتی به شمار میرود. محیط فضا مجموعه اي از پرتوها و ذرات بنیادي می باشد که تابش آنها باعث برهم خوردگی نظم مولکولی و الکترومغناطیسی مواد موجود در ماهواره ها می شود. موادي که بصورت میکروسکوپی دچار برهم خوردگی ساختار مولکولی می شوند دچار عوارضی از قبیل خوردگی، اکسایش و تبخیر از سطح میشوند. تجهیزات الکترونیکی در اثر برخورد ذرات دچار خرابی، صدور فرامین نادرست ، برهم خوردگی توازنايجریانه الکتریکی می شوند. در مدارهاي ارتفاع پائین غیرقطبی المان محیطی غالب ذرات پروتون و تابش هاي مربوط به آن می باشد.
لذا باید یک حفاظ طراحی شود. به این منظور باید طیف پروتون در ارتفاع مورد نظر را بدانیم و سپس حفاظ مناسب را طراحی کرد.در کمربند ون آلن داخلی که مدارهاي خورشید آهنگ در آن قرار دارندايشارهه پروتونی جریان دارند. بسته به میزان فعالیت خورشید که در سال2010 در بیشینه سیکل 23 قرار میگیرد تراکم پروتونها زیاد می شود.بنابراین در اولین گام می باید شاره پروتونی شبیه سازي شودو سپس براساس شار پروتونی بدست آمده تحلیل ضخامت پوسته انجام شود.
روش کار
براي شبیه سازي محیط فضا یک الگوریتم سه مرحلهاي می بایست بصورت زیر طی شود..1شبیه سازي میدان مغناطیسی فضاي اطراف زمین،.2 شبیه سازي حرکت ذرات به ازاي تمام طول ها،عرض هاي جغرافیایی و ارتفاع ها.3 شبیه سازي شار پروتون به ازاي طیف انرژي 1تا400 مگاالکترون ولت و دوره فعالیت بیشینه خورشید - با توجه به اینکه سال 2010 سال موردنظر براي کاربري می باشد به منظور انطباق کامل یا شرایط کیهانی در این سال مدل بیشینه فعالیت خورشید در شبیه سازي مورد استفاده قرار گرفتاز - .
میان رشتهای
آنجائیکه ماهواره در مدار250 تا 650 کیلومتري حرکت میکند شبیهسازي انجامبرايشده طیف بیشینه پروتون در بدترین حالت مطابق جدول - 1 - می باشد.
جدول - : - 1 طیف بیشینه در ارتفاع 650 کیلومتري بوسیله کدهاي شبیهسازي تهیه شده است
براین اساس مقدار شار پروتون در ارتفاع 650 کیلومتري بالغ بر 4.2E03 proton/cm2*sec میباشد.
طراحی حفاظ بر اساس مقدار دز مجاز در زیر سیستم هاي الکتریکی ماهواره براساس کاتالوگهاي هرزیرسیستم خواهد بود که مقادیر آنها در جدول - - 2 منعکس شده است.
جدول - : - 2 دوز مجاز در زیر سیستم هاي الکتریکی
به منظور محاسبات دزیمتري از کد MCNPX استفاده شد. شکل - - 1 هندسه سیستم را نشان می دهد. ماهواره به صورت یک مکعب که لایه اي از آلومینیوم AL7075 به عنوان حفاظ روي تمام سطوح خارجی آن قرار دارد در نظر گرفته می شود. این آلیاژ آلومینیوم یک ماده مرسوم در حفاظ ماهواره ها می باشد. از آنجا که پروتون ها از همه جهت ماهواره را بمباران می کنند لذا چشمه پروتون به صورت یک لایه کروي مطابق شکل فرض شد.
جهت بهینه کردن ضخامت حفاظ، محاسبات دزیمتري به ازاي ضخامت هاي مختلف AL7075 صورت گرفت. از آنجا که هندسه سیستم به صورت مکعب مستطیل است بهینه سازي در دو راستا صورت گرفت.
نتیجه گیري
ویژگی مهم طراحی ماهواره تعاملی بودن آن می باشد بدین نحو که در حین طراحی یک بخشباید می محدودیت هاي دیگر بخش ها را نیز مورد توجه قرار داد. ملزومات حفاظ گرمایی،ملزومات سازه اي از قبیل تنش هاي پوسته اي و دینامیک سازه و ارتعاشات مربوطه و محدودیت بودجه وزنی جزء پارامترهایی هستند که می باید براي تصمیم گیري نهایی درباره حفاظ بدان ها توجه داشت. در حوزه تنش و دینامیک سازه رو ارتعاشات، 1/6 میلیمت ضخامت براي ملزومات طراحی سازه در نظر گرفته شده است. به منظور کاهش وزن و با توجه به تحلیل هاي صورت گرفته در این مقاله بجاي استفاده از محفظه هاي جداگانه از یک محفظه یکپارچه و آنهم به عنوان جزئی از پوسته سازه ماهواره استفاده می شود.در نمودارهاي - - 1و - - 2 میزان دز وابسته به جهت و مقادیر حاصله براي تمام سطوح ماهواره یکسان خواهد بود.
شکل - : - 1 مدل مورد استفاده براي شبیهسازي شرایط نانو ماهواره
نتیجه محاسبات
نمودارهاي - 1 - و - 2 - مقدار دز محاسبه شده را بر حسب ضخامت AL7075 به ترتیب به ازاي یک ثانیه و برحسب مدت کاربري یکساله نشان می دهند.
همانگونه که مشاهده می شود میزان دز عبوري از لایه هاي مختلف به ازاي بیشترین میزان تشعشع - بدترین حالت - ارائه شده است. میزان دز عبوري به ازاي کل دوره یکساله فعالیت ماهواره در بدترین حالت در حدود 420rad/year براي ضخامت 1/6 میلیمتري حفاظ خواهد بود.
نمودار - : - 1مقایسه نرخ دوز بر حسب ضخامت پوسته آلومینیمی به ازاي تابش بر سطوح مختلف
