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科学家发现了威胁航天器运行的真正幕后凶手

2017-5-7 00:47| 投稿: xiaotiger |来自: 互联网

摘要: 鉴于判断数千公里外太空中的故障是很困难的,所以有半数以上的卫星故障尚未得到解释。斯坦福大学和波士顿大学的科学家和工程师们认为,故障发生的罪魁祸首是以每秒数十公里的速度疾驶在太空中的尘埃大小的颗粒。可以 ...

鉴于判断数千公里外太空中的故障是很困难的,所以有半数以上的卫星故障尚未得到解释。

斯坦福大学和波士顿大学的科学家和工程师们认为,故障发生的罪魁祸首是以每秒数十公里的速度疾驶在太空中的尘埃大小的颗粒。可以把这些颗粒称之为微流星体。其实它们并不能够形成有力的撞击而穿透航天器的船体(外壳)。

但是,本周发表在《等离子体物理》期刊上的最新模拟结果表明,当这些微流星体发生碰撞时,它们会蒸发成等离子体,进而会产生极具潜在危害的无线电频率的脉冲。

一名从事模拟研究的博士后阿利克斯·弗莱切尔(Alex Fletcher)表明,“近几十年来,研究者们一直在研究这些高速的碰撞,并且发现极速运动的颗粒发生碰撞时会产生辐射。

但是,没人能够真正地解释辐射发生的原因、源头或者说是背后的物理机制”。阿利克斯·弗莱切尔曾经就读于斯坦福大学,现在是波士顿大学的一名博士后。

弗莱切尔的指导老师西格丽德·克洛斯(Sigrid Close)副教授,她提出了一种能够解释辐射过程的理论。太空中散落着很多微克重量甚至更轻的微小颗粒。它们大多数的运动速度为40-50km/s,是国际空间站轨道运行速度的5倍多。

如果这样的颗粒撞击卫星,颗粒就会蒸发成等离子体。弗莱切尔和克洛斯表示,关于等离子体的一些特殊规律可以解释伴随而生的无线电频率的脉冲。

具体解释是,如果等离子体中的电子从阳离子逃脱出来,那么就会形成电流;在等离子体膨胀扩展过程中,阳离子和电子相互之间的作用不断变化,从而导致了电流振荡。这样就会产生一个宽带辐射脉冲。

这一理论结果令人隐隐感到不安。因为根据理论得出,毫微微克重量的颗粒仅以18km/s的运动速度发生碰撞,就可以辐射无线电频率的脉冲。而实际中很多颗粒的尺寸是更大的,并且速度也是更快的。

那么,它们碰撞而辐射的脉冲可以形成相当大的电场,远大于典型航天器设计的可规避电场。根据研究结果,运动速度为60km/s的微克重量的颗粒可以产生的电场场强是105v/m,但是通常人造卫星可以承受的电场强度大约是10v/m。

克洛斯说,“这听起来非常可怕,但是等离子体是微小的并且微秒之内即会消失,所以除非你非常不幸,恰好有敏感元件位于碰撞位置的附近,才会被损坏。”克洛斯还表示,模拟结果与理论以及来自太空的少量数据是非常一致的。

另外,她正在研制一个特定的名叫“莫甘娜“的立方卫星,用于实地探测碰撞辐射过程。她说,自己的梦想是星际旅行,到达半人马座阿尔法星,所以解决微小颗粒碰撞辐射问题对于实现这一梦想是非常必要的。

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本文出自:http://www.sohu.com/a/138684881_354973

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