Защита людей и космических аппаратов в космосе

Защита людей и космических аппаратов в космосе

Инженерный журнал: наука и инновации

# 5·2016 11

Электростатическая защита.

Идея отражать заряженные про-

тоны и ядра электрическим полем не нова [14]. В NASA давно ведут-

ся исследования этого метода. Однако до сих пор проектировщики

так и не смогли предложить разумную концепцию [10]. Предполага-

ется заряжать оболочку космического аппарата до положительного

потенциала в 2 ГэВ, выстреливая электронным пучком в космическое

пространство. На поддержание заряда необходимо постоянно тратить

огромную энергию (

∼

1 ГВт). Проектиров-

щики так и не объяснили, как они будут за-

ряжать оболочку аппарата. Всевозможные

схемы, в которых положительный и отрица-

тельный заряды сепарированы на электро-

дах, также не выдерживают критики, по-

скольку межпланетная плазма является

хорошим проводником тока, а следователь-

но, заряженный конденсатор моментально

разрядится. Вероятно, решение этих про-

блем может быть найдено, если применить

принцип

«двойных оболочек»

, как в случае

магнитной защиты [13, 14]. Здесь подходит

и коаксиальный тороид, и просто вложен-

ные сферы (рис. 8).

Положительный заряд на внутренней сфере собственно и создает

защитное электрическое поле, а отрицательный на внешней компен-

сирует его до нуля вне защитного экрана. Внешняя оболочка одно-

временно не пускает межпланетную плазму внутрь устройства,

предотвращая таким образом разряд сферического конденсатора.

Электрическое поле не проникает внутрь защищаемого пространства

в силу эффекта «клетки Фарадея». Внутренняя поверхность внешней

сферы и внешняя поверхность внутренней сферы покрыты диэлек-

триком, который способен выдержать диэлектрический пробой. Как

и в случае пассивной защиты, радиус внутренней сферы (жилой кап-

сулы) составит

= 3,7 м. Диэлектрическая прочность плавленого

кварца равна 600 кВ/мм. Это означает, что он выдержит напряжен-

ность электрического поля 600 МВ/м.

Простые расчеты показывают, что для создания разности потенциа-

лов 2 ГэВ в этом конденсаторе заряд на внутренней сфере

= +0,9 Кл,

заряд на внешней сфере

= –0,9 Кл. Отметим, что толщина изоля-

ции-диэлектрика на обкладках может быть любой, лишь бы ее элек-

трическая прочность на пробой была больше напряженности элек-

трического поля. С увеличением радиуса внешней сферы напряжен-

ность поля резко падает в обратно квадратичной зависимости, что

снижает требования к электрической прочности внешней оболочки.

Рис. 8.

Электростатиче-

ская защита жилого мо-

дуля космического

аппарата:

— траектория отражае-

мой частицы;

— внешняя

оболочка;

— внутренняя

оболочка с обитаемым отсе-

ком