Космічні супутники і зонди можуть виходити з ладу навіть при зіткненнях з найдрібнішими пилинками, оскільки їх випаровування породжує мініатюрні хмарки плазми, всередині яких народжуються потужні електромагнітні хвилі, йдеться в статті, опублікованій в журналі Physics of Plasmas.
“Більше половини електронних і електричних неполадок на борту супутників залишаються без пояснень через те, що діагностику на орбіті проводити вкрай складно, особливо якщо зонд виходить з ладу. Ми вважаємо, що хоча б частина подібних незрозумілих збоїв пов’язана з цим механізмом”, — заявив Алекс Флетчер (Alex Fletcher) з Бостонського університету (США).
Коли людина вперше вийшла за межі земної атмосфери і проникла в космічний простір, вчені та інженери зіткнулися з проблемою захисту обладнання від космічних променів високої енергії, потужних сплесків електромагнітного випромінювання та інших феноменів, здатних пошкодити електроніку або серйозно порушити її роботу.
У більшості випадків такі збої не призводять до серйозних наслідків, проте в деяких випадках, в комбінації з помилками проектування або з випадковими факторами, вони можуть призвести до катастрофи і втрати зонда. Приміром, російська міжпланетна станція “Фобос-Ґрунт” вийшла з ладу, ще не покинувши орбіту Землі, через перезавантаження комп’ютерів в критичний момент після “вдалого” попадання в них космічних променів.
Флетчер і його колега Сігрід Клозе (Sigrid Close) зі Стенфордського університету (США) знайшли одну можливу причину появи подібних променів і схожих на них ефектів, вивчаючи те, що відбувається з космічними апаратами при польоті.
Як розповідає Флетчер, частинки пилу вже давно вважаються досить великою загрозою для космічних апаратів. Зіткнення з ними на великій швидкості може нанести великі пошкодження обшивки і наукових інструментів зондів. Приміром, у 2011 році інженери НАСА серйозно побоювалися того, що зустріч з такими частками призведе до знищення зонда New Horizons при підльоті до Плутона.
“Останні кілька десятиліть ми вивчали ці “гіперзвукові” зіткнення і давно помітили, що подібні події виробляють сплески випромінювання, якщо частинки рухаються досить швидко. Ніхто не знав, чому воно виникає, звідки воно береться і який фізичний механізм його породжує”, — продовжує Флетчер.
Вивчаючи результати таких експериментів, Клозе і Флетчер припустили, що джерелом цих спалахів може бути плазма, що народжується в результаті випаровування частинки при її зіткненні з корпусом корабля або зонда. Вони перевірили теорію, створивши комп’ютерну модель цього зіткнення.
Виявилося, що спалахи виникають з дуже простої причини — у порожнечі космосу легкі електрони рухаються швидше, ніж важкі іони. Завдяки цьому частка пилу, зіткнувшись з обшивкою зонда, перетвориться в хмарка плазми і розділиться на дві частини — хмара швидких електронів і хмара “повільних” іонів. Взаємодія між ними породить потужні електромагнітні хвилі, здатні, як вважають вчені, викликати серйозні неполадки в роботі електронної начинки зондів.
Найближчим часом Флетчер і Клозе планують провести більш детальні і тривалі симуляції, які допоможуть оцінити, наскільки часто відбуваються подібні події і яку реальну загрозу вони несуть для життя космічних апаратів. Якщо підозри фізиків підтвердяться, то багато незрозумілих космічних катастроф минулого можуть раптово знайти пояснення у таких фатальних зіткненнях з пилинками.