Учёные выяснили причину опасных электрических разрядов на спутниках

Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории обнаружили, что повышенная электронная активность на поверхности космического аппарата, такого как спутник на этом AI-изображении, приводит к накоплению электрического заряда и последующему разряду, аналогично статическому электричеству на Земле. Эти разряды могут повредить чувствительную электронику на борту спутника. Автор: ChatGPT, DALL-E

Впервые исследователи установили, что количество электрических разрядов на космическом аппарате напрямую коррелирует с количеством электронов в окружающей среде — информация, которая может помочь учёным лучше понять, как защитить оборудование в космосе. Разряды в космической среде (SEDs) — это кратковременные электрические пробои, которые могут повредить чувствительную бортовую электронику и системы связи.

«Мы давно знали, что эти SEDs существуют», — сказал Амитабх Наг, учёный из Лос-Аламосской национальной лаборатории и ведущий автор новой статьи, детализирующей исследование.

Статья «Радиочастотные переходные процессы, коррелированные с электронным потоком, измеренным на борту STP-Sat6», опубликована в журнале Advances in Space Research.

«Но мы не понимали взаимосвязь между электронами в космическом пространстве и SEDs. Для этого нам потребовалось два датчика на одном космическом аппарате: один, который отслеживал количество и активность электронов, и другой, который фиксировал радиочастотный сигнал».

Эти SEDs обычно являются результатом разницы в поверхностном заряде, вызванной накоплением электронов на поверхностях космических аппаратов на орбите. Подобно статическому электричеству на Земле — когда энергия накапливается, когда человек идёт по ковру, например, и вызывает искру при прикосновении пальца к дверной ручке — электрические разряды в космической среде происходят, когда накопление энергии на космическом аппарате в конечном итоге достигает достаточно высокого напряжения, и энергия высвобождается.

Электронный поток 7,9 кэВ, измеренный ZPS Lo в течение 5-дневного периода (27 августа 2022 г. – 31 августа 2022 г., зелёная линия) и верхняя «огибающая» вариации потока (синяя линия). Горизонтальная ось в формате месяц-день час:минута. Автор: Advances in Space Research (2025). DOI: 10.1016/j.asr.2025.07.026

Спутник Министерства обороны на геостационарной орбите под названием STP-Sat6 имеет на борту оба этих датчика, что дало исследователям уникальную возможность одновременно изучать данные о радиочастотной и электронной активности.

«Мы смогли увидеть частоту SEDs, регистрируемую радиочастотным датчиком, и сравнить её с активностью электронных частиц в определённом диапазоне напряжений», — сказал Наг. «Мы узнали, что пики SEDs коррелируют с пиками электронной активности».

Наг и команда из Лос-Аламоса изучили более года данных с двух датчиков, оба разработанных Лабораторией, выявив более 270 периодов высокой частоты SED и несколько сотен эпизодов высокой электронной активности.

Примерно в трёх четвертях случаев пики электронной активности предшествовали событиям SED за 24–45 минут. Эта задержка предполагает, что накопление заряда от низкоэнергетических электронов играет ключевую роль в подготовке космического аппарата к электростатическим разрядам.

«Мы наблюдали, что по мере увеличения электронной активности, особенно в диапазоне 7,9–12,2 кэВ, космический аппарат начинает накапливать заряд. Это продолжается до тех пор, пока не будет достигнута точка перелома и не произойдут SEDs», — пояснил Наг. «Это время упреждения открывает дверь для потенциальных инструментов прогнозирования для снижения рисков».

Будущие миссии могут интегрировать мониторинг низкоэнергетических электронов в реальном времени для прогнозирования и реагирования на события зарядки до того, как они повлияют на операции.

Больше информации: Amitabh Nag et al, Radio frequency transients correlated with electron flux measured on-board the STP-Sat6, Advances in Space Research (2025). DOI: 10.1016/j.asr.2025.07.026

Источник: Los Alamos National Laboratory