علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

بررسی و مقایسه مواد برای استفاده در حفاظ سازی تشعشعی قطعات تجاری در ماموریت ماهواره LEO با استفاده از نرم افزار SPENVIS

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه فیزیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران
2 پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای
3 گروه کاربرد پرتو، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
4 گروه فیزیک نظری و نانو، دانشکده فیزیک، دانشگاه الزهرا، تهران، ایران
چکیده
 آسیب‏های پرتویی اثرات مخربی بر قطعات الکترونیکی ماهواره‏ها دارند، به دلایل اقتصادی و وجود محدودیت‏های مختلف استفاده از قطعات تجاری در ماموریت‏های کوتاه مدت و ارتفاع کم رایج شده است. کارآمدترین روش محافظت در برابر تشعشعات، استفاده از حفاظ است. هدف از انجام این کار، بررسی بهینه حفاظ در ماموریت 3 ساله در مدار LEO با در نظرگیری مقاومت تشعشعی قطعات تجاری با استفاده از نرم‏افزار SPENVIS و کدهای SHIELDOSE و MULASSIS است. نتایج محاسبات حاصل از نرم افزارهای PSTAR و ESTAR نشان می‏دهد در صورت استفاده از فلزات سنگین‏تر، محدوده انرژی ذرات برای توقف افزایش می‏یابد. نتایج حاصل از محاسبات نرم‏افزارهای SHIELDOSE، MULASSIS ،PSTAR و ESTAR نشان می‏دهد، که ضخامت چکالشی مواد مختلف جهت حفاظت تشعشعی قطعات تجاری، تفاوت زیادی با هم ندارد. همچنین نتایج حاصل از نرم‏افزارهای SHIELDOSE، MULASSIS ،PSTAR و ESTAR نشان می‏دهد مقدار کمینه لازم بر حسب ضخامت چگالشی جهت دست بابی به میزان تحمل تشعشعی قطعات تجاری، در هنگام استفاده از مواد مختلف تفاوت چندانی با هم ندارد. همچنین نیاز به حفاظ‏سازی پیچیده‏ای نبوده و می توان از حفاظ‏های معمول نیز استفاده کرد. حداکثر مقدار ضخامت لازم برای تحمل تشعشعی قطعات تجاری به اندازه mm 5/0 از ترکیب آلومینیوم و تانتالیوم است. برای دست‏یابی به بهترین نتیجه با در نظرگیری بودجه جرمی، بهتر است از ماده پلی‏اتیلن استفاده شود. از نتایج محاسبات برای تغییر جایگشت‏های دو حفاظ آلومینیوم و پلی-اتیلن می‏توان نتیجه گرفت که بهتر است لایه اول پلی‏اتیلن و بعدی آلومینیوم باشد
کلیدواژه‌ها
موضوعات

1]           R. H. Maurer, M. E. Fraeman, M. N. Martin, and D. R. Roth, “Harsh Environments: Space Radiation,” Johns Hopkins APL Tech. Dig., vol. 28, no. 1, p. 17, 2008.
[2]         J.-C. Boudenot, “Radiation space environment,” in Radiation Effects on Embedded Systems, Springer, 2007, pp. 1–9.
[3]         M. J. Campola and J. A. Pellish, “Radiation hardness assurance: Evolving for newspace,” in European Conference on Radiation Effects on Components and Systems (RADECS 2019), 2019.
[4]         E. Secretariat, “Space product assurance,” 2008.
[5]         D. Sinclair and J. Dyer, “Radiation Effects and COTS Parts in SmallSats,” 27th Annu. AIAA/USU Conf. Small Satell., pp. 1–12, 2013, [Online]. Available: http://digitalcommons.usu.edu/smallsat/2013/all2013/69/
[6]         B. Klamm, “Passive Space Radiation Shielding: Mass and Volume Optimization of Tungsten-Doped PolyPhenolic and Polyethylene Resins,” Am. Inst. Aeronaut. Astronaut., pp. 1–11.
[7]         “5 Ways to Shield Satellites from the Dangers of Space,” 12.08.2023, 2023. https://www.ni.com/en/solutions/aerospace-defense/space-launch-exploration/satellite-design-test/5-ways-shield-satellites-dangers-space.html
[8]         A. Gohel and R. Makwana, “Multi-layered shielding materials for high energy space radiation,” Radiat. Phys. Chem., vol. 197, p. 110131, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2022.110131.
[9]         C. Coia, A. C. Fozza, M. R. Wertheimer, G. Czeremuszkin, and A. Houdayer, “Radiation-Induced Effects in SiO2 Protective Coatings on Polymeric Spacecraft Materials BT  - Protection of Space Materials from the Space Environment,” J. I. Kleiman and R. C. Tennyson, Eds., Dordrecht: Springer Netherlands, 2001, pp. 281–290.
[10]       Z. M. CİNAN, “A theoretical focus on nanoparticle attenuation capabilities for potential utilizations in radiation protect: TiO2-SiO2-Fe3O4-B4C-Al2O3,” Phys. Scr., vol. 98, 2023.
[11]       G. Atxaga, J. Marcos, M. Jurado, A. Carapelle, and R. Orava, “RADIATION SHIELDING OF COMPOSITE SPACE ENCLOSURES,” 2012, Accessed: Sep. 30, 2020. [Online]. Available: https://orbi.uliege.be/handle/2268/132394
[12]       L. Varga and E. Horvath, Evaluation of electronics shielding in micro-satellites. Defence R&D Canada-Ottawa, 2003.
[13]       H. B. Garrett and A. C. Whittlesey, Guide to mitigating spacecraft charging effects, vol. 3. John Wiley & Sons, 2012.
[14]       G. D. Badhwar and P. M. O’Neill, “An improved model of galactic cosmic radiation for space exploration missions,” Int. J. Radiat. Appl. Instrumentation. Part D. Nucl. Tracks Radiat. Meas., vol. 20, no. 3, pp. 403–410, 1992, doi: https://doi.org/10.1016/1359-0189(92)90024-P.
[15]       M. J. Berger, “ESTAR, PSTAR and ASTAR: Computer Programs for Calculating Stopping Powers and Ranges for Electrons, Protons and Helium Ions,” International Atomic Energy Agency (IAEA), 1995. [Online]. Available: http://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=RN:26064969
[16]       B. J. McParland, “Charged Particle Range BT  - Medical Radiation Dosimetry: Theory of Charged Particle Collision Energy Loss,” B. J. McParland, Ed., London: Springer London, 2014, pp. 465–482. doi: 10.1007/978-1-4471-5403-7_13.
[17]       D. Heynderickx, B. Quaghebeur, E. Speelman, and E. Daly, ESA’s Space Environment Information System (SPENVIS) - A WWW interface to models of the space environment and its effects. 2000. doi: 10.2514/6.2000-371.
[18]       F. Lei et al., “MULASSIS: A Geant4-based multilayered shielding simulation tool,” IEEE Trans. Nucl. Sci., vol. 49, no. 6, pp. 2788–2793, 2002.
[19]       A. Emmanuel and J. Raghavan, “Experimental validation of simulations of radiation shielding effectiveness of materials by MULASSIS,” Adv. Sp. Res., vol. 58, no. 11, pp. 2376–2384, 2016.
[20]       “Ionising dose model SHIELDOSE.” https://www.spenvis.oma.be/help/background/shieldose/shieldose.html
[21]       R. Karimzadeh Baee, H. Daneshvar, A. Ahmadi, and P. Sojoodi, “Investigating the test and evaluation of GaN transistors radiation resistance in SSPA amplifier board in LEO satellite payload,” Sp. Sci. Technol., vol. 16, no. 1, pp. 59–74, 2023, doi: 10.30699/jsst.2023.1400.
[22]       H. Daneshvar, A. Eidi, L. Mohamadi, R. Omidi, and P. Hajipour, “Investigation and feasibility study of using components with different categories from the perspective of radiation damage in LEO and GEO orbits,” Sp. Sci. Technol., vol. 14, no. 4, pp. 11–23, 2021, doi: 10.22034/jsst.2021.1267.
[23]       K. Ghordoyi Milan, A. Sadr, S. H. Sedighy, and H. Daneshvar, “Analysis, Design and Optimization of the Multi Layer Radiation Shielding of Satellite Electronic Components,” Sp. Sci. Technol., vol. 14, no. 2, pp. 71–76, 2021, doi: 10.22034/jsst.2021.1246.
[24]       H. Daneshvar, M. Khoshsima, and A. Dayyani, “Study of Modeling Parameters in Determination of TID, DD, and SEE Radiation Damages for Satellite in LEO Orbit Using OMERE Software,” Sp. Sci. Technol., vol. 12, no. 3, pp. 63–71, 2019, doi: 10.30699/jsst.2019.1158.
[25]       P. Hajipour, L. mohammadi, A. Eidi, S. Shoorian, N. Eidi esfiani, and S. A. H. Feghhi, “Using Space Radiation Shielding Made of Polyethylene instead of Aluminum in GEO Orbit in order to Reduce Weight,” Sp. Sci. Technol., vol. 16, no. 4, pp. 15–27, 2023, doi: 10.30699/jsst.2023.1411.

  • تاریخ دریافت 28 بهمن 1402
  • تاریخ بازنگری 09 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش 04 تیر 1403