Изобретение относится к методам и средствам защиты от ионизирующего излучения при космических полетах. Способ защиты включает создание защитного статического электрического или магнитного поля, локализованного в пространстве между двумя вложенными друг в друга замкнутыми, геометрически непрерывными несоприкасающимися поверхностями, и одновременное воздействие дополнительным электростатическим полем, позволяющим осуществить электростатическое торможение заряженных частиц, прошедших из космоса в защищаемое пространство, с одновременной рекуперацией их энергии и нейтрализацией электрического заряда. Дополнительное электростатическое поле локализовано между дополнительными геометрически непрерывными несоприкасающимися поверхностями, последовательно размещенными внутри защищаемого пространства в направлении к космическому аппарату (КА), при этом наиболее близкая к КА поверхность представляет собой сотовую поверхность, а вторая дополнительная поверхность - сетчатый экран, ячейки которого изолированы друг от друга. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и энергетической эффективности защиты. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Для реализации предлагаемого способа защиты КА от заряженных частиц космической радиации могут применяться разработанные схемы. На фиг. 1 изображена система защиты, реализующая заявленный способ. На фиг. 1 показаны рабочее пространство КА 1, которое размещено внутри двух несоприкасающихся замкнутых поверхностей 4 и 5, а также дополнительного защитного экрана 3, выполненного из металлической сетки с изолированными друг от друга ячейками и ячеистой поверхности, сформированной из рекуператоров энергии 2 заряженных частиц, электрически соединенных между собой.

Электростатическое поле, создаваемое между замкнутыми поверхностями 4 и 5, а также дополнительное электростатическое поле между защитным экраном 3 и ячеистой поверхностью, созданной отдельными рекуператорами 2, объединенными в систему рекуперации, позволяют осуществить электростатическое торможение заряженных частиц, обладающих высокой энергией, прошедших из космоса в защищаемое пространство, с одновременной рекуперацией их энергии и нейтрализацией заряда в рекуператорах 2. Потерю энергии заряженных частиц ионов на единицу пути можно оценить по формуле:

где dE/dx - тормозная способность вещества защитной системы, n_e -плотность атомных электронов в веществе; Za - заряд тяжелой заряженной частицы (иона);V_a - скорость тяжелой заряженной частицы (иона), m_e - масса электрона, dx - слой, через который проходит частица; Y - средний потенциал ионизации вещества, контактирующего с заряженной частицей (Y=13,5ZэB), е - заряд электронов (см. Взаимодействие тяжелых заряженных частиц с веществом, https://helpiks.org).

Тормозная способность (по формуле 1) заряженных частиц зависит от заряда, скорости, массы тяжелых частиц, а также от потенциала ионизации материала защитных сфер и многоколлекторных электродов рекуператоров энергии и плотности атомных электронов в веществе. Создавая определенный заряд на защитных сферах 4 и 5 и электростатическое поле между ними, а также на защитном экране 3 и электродах рекуператора 2, можно осуществлять сепарацию заряженных частиц по знаку электрического заряда, торможение в замкнутом электростатическом поле, и накопление электростатического электричества, а затем прошедшие заряженные частицы с определенной скоростью направлять в рекуператоры энергии заряженных частиц, что позволит более надежно защитить КА и получить электроэнергию. Защитными свойствами, как было показано выше, обладает также поверхность рекуператоров энергии. Таким образом происходит отбор кинетической энергии от потоков холодной плазмы путем преобразования ее в электрическую, а также повышение надежности защитной системы.

Формула изобретения

1. Способ защиты от заряженных частиц космической радиации, заключающийся в создании защитного статического электрического или магнитного поля, локализованного в пространстве между двумя вложенными друг в друга замкнутыми геометрически непрерывными несоприкасающимися поверхностями, причем защищаемое пространство космического аппарата (КА) ограничено внутренней поверхностью, а внешняя поверхность изолирует аппарат и защищаемое пространство от межпланетной плазмы, отличающийся тем, что создают дополнительное электростатическое поле, позволяющее осуществить электростатическое торможение заряженных частиц, прошедших из космоса в защищаемое пространство, с одновременной рекуперацией их энергии и нейтрализацией электрического заряда, причем дополнительное электростатическое поле локализовано между дополнительными геометрически непрерывными несоприкасающимися поверхностями, последовательно размещенными внутри защищаемого пространства в направлении к космическому аппарату, при этом наиболее близкая к КА поверхность представляет собой сотовую поверхность, а вторая дополнительная поверхность - сетчатый экран, ячейки которого изолированы друг от друга, при этом все ячейки сотовой поверхности электрически соединены, а каждая ее ячейка представляет собой рекуператор энергии, образуя систему рекуперации энергии заряженных частиц от электростатического торможения, при этом на каждую дополнительную непрерывную несоприкасающуюся поверхность подают электрический потенциал, поддерживающий рациональное электростатическое напряжение защитного электростатического поля.

2. Способ защиты по п. 1, отличающийся тем, что на изолированные ячейки сетчатого экрана подают электрический потенциал требуемой величины и знака для регулирования энергии заряженных частиц, поступающих в полости рекуператоров.

3. Способ защиты по п. 1, отличающийся тем, что на вложенных друг в друга замкнутых геометрически непрерывных несоприкасающихся поверхностях создают биполярное или мультиполярное электростатическое поле за счет того, что поверхности выполняют в виде токопроводящих изолированных между собой слоев и на каждый слой подают соответствующий электрический потенциал.

4. Способ защиты по п. 3, отличающийся тем, что на токопроводящих изолированных между собой слоях создают спектр электрического потенциала и напряженности электрического поля путем зарядки и разрядки внутренних электрически заряженных слоев.

5. Способ защиты по п. 3, отличающийся тем, что для зарядки внутреннего и внешнего токопроводящих слоев с напряженностью поля до 1 МэВ используют магнитокумулятивные витковые или баллистические многоразовые генераторы импульсов тока.

6. Способ защиты по п. 3, отличающийся тем, что для зарядки внешнего токопроводящего слоя многослойной замкнутой, геометрически непрерывной поверхности с концентрацией зарядов и напряженностью более 1 МэВ используют расположенный с внешней стороны замкнутой геометрически непрерывной поверхности пролетный рекуператор энергии, при помощи которого поток отрицательно или положительно заряженных частиц высокой энергии межпланетного пространства направляют в аксиально-конический канал заряженного электрода пролетного рекуператора энергии, в котором происходят сжатие, концентрация и рекуперация части энергии, после чего поток частиц направляют на внешний слой, препятствующий проникновению заряженных частиц высокой энергии комических лучей.

7. Способ защиты по п. 1, отличающийся тем, что в качестве рекуператора энергии применяют одноступенчатые или двухступенчатые рекуператоры энергии заряженных частиц с корпусами, выполненными из металлодиэлектрического температуростойкого материала с низкой магнитной и диэлектрической проницаемостью, при этом рекуператоры последовательно электрически соединены между собой для обеспечения требуемых емкости, разрядной мощности, напряжения и плотности тока, осуществляют рекуперацию с одновременной нейтрализацией заряда заряженных частиц и получением атомов и молекул газа, а также с возможностью создавать в них дополнительное защитное электростатическое поле в двух взаимно перпендикулярных плоскостях суперконденсаторов и минимизировать влияние электрических и магнитных полей на КА.

8. Способ защиты по п. 1, отличающийся тем, что энергию заряда электростатического поля, локализованного между замкнутыми геометрически непрерывными несоприкасающимися поверхностями, используют для получения электроэнергии и регулирования напряженности электрического поля, а также управления энергетическими параметрами защитных электростатических и магнитных полей и энергосистем КА.