Космическую пыль обвинили в сбоях работы спутников

Исследователи из Центра космической физики Бостонского университета и Отдела аэронавтики и астронавтики в Стэнфордском университете разработали теоретическую модель возникновения радиоизлучения в результате столкновения частиц пыли со спутниками. Такое явление может привести к сбоям в их работе. Научная статья опубликована в журнале Physics of Plasmas, кратко о ней рассказывается в пресс-релизе, опубликованном на сайте Американского института физики.

Явление радиочастотной эмиссии, возникающей при столкновениях тел на очень больших скоростях, наблюдалось неоднократно, как в лабораторных условиях, так и в космосе. Так например космический аппарат «Кассини» регистрировал радиовсплески, возникающие при соударениях пылевых частиц из колец Сатурна, ускоренных солнечным ветром, с корпусом аппарата. Если скорость налетающего тела (межпланетной пыли или частицы космического мусора) будет очень высокой, то возникший радиоимпульс может негативно повлиять на электронику спутника и даже вывести ее из строя. Чтобы разработать способы защиты систем АМС и спутников от таких сбоев необходимо понимать механизм образования радиоизлучения. Именно это и попытались сделать исследователи.

Для моделирования применялся метод частиц в ячейках. Суть явления, по предлагаемой модели, заключается в следующем. Когда частица врезается в твердую поверхность на очень высокой скорости, она создает ударную волну, испаряющую и ионизующую вещество мишени, образуя облако из пыли, газа и плазмы. По мере того, как плазменное облако расширяется в вакууме, его плотность резко падает, и плазма становится бесстолкновительной (в ней отсутствуют или крайне редки столкновения между частицами). В результате электроны в плазме двигаются быстрее, чем более тяжелые ионы, происходит разделение зарядов и возникновение амбиполярного электрического поля. Когерентное движение электронов в плазме и создает радиочастотное излучение. Это подтверждается экспериментальными данными — при соударениях на высоких скоростях (десятки километров в секунду) вероятность регистрации радиоизлучения сильно зависит от скорости частицы, а не от ее массы, что говорит о плазменной природе радиоимпульса.

Авторы отмечают, что пренебрегли в модели взаимодействием частиц пыли, образующихся при соударении, и плазмы, кроме того, частоты возникающего радиоизлучения в теории выше, чем в экспериментах. В дальнейшем планируется доработать модель, попытаться найти другие возможные механизмы разделения зарядов и попытаться применить свою теорию для практических целей, в частности получить количественные оценки возникающего радиоизлучения.

Александр Войтюк