国際宇宙ステーションにおける並列リアルタイム宇宙電磁環境シミュレータの研究

国际空间站并行实时空间电磁环境模拟器研究

基本信息

批准号：
09751002
负责人：
蔡東生
金额：
$ 1.28万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

1998年5月19日のPager衛星Galaxy 4の故障はまだ多くの人に記憶に新しい。この故障によって、世界中で4千5百万人のユーザが影響を受けたと言われている(EOS,79,1998)。また、1994年1月20日静止衛星軌道にあったINTELSATK衛星はモーメントホイール系の回路故障により,操作不能となった(Rostoker,G.,Commentary on the Anik satellite upsets,Peport to the TelesatCanada,Canadian Network for Sapce Research Report,Jannuary 1994).同日,カナダのAnik E-1衛星も同様に操作不能に陥った.次の日Anik E-1に続きAnik E-2衛星も同様のモーメントホイール系の故障により操作不能の事態に陥った.これらの同時異常事態のため多くの国の電話,テレビ,科学技術観測が影響を受けた.しかし,衛星からのデータは衛星に降り注ぐ2-3MeV以上のエネルギーを持つ、Highly Relativistic Electron(HRE)の数の増加を観測し、サブストームとよばれている磁気嵐の発生は確認されているが,宇宙気象との関わりはまだ良く分がっていない.たとえば、Anik Elに関してはその後の地上仮想実験でも故障の原因は突き止められていない。平均約2年に一回の割合で、これらのスペースクラフトの故障・搭載機器異常が発生しているが、その本当の原因は地上仮想実験でも突き止められていない。また、どうして、ある軌道・高度のスペースクラフトだけが影響を受けるのかもまだ判明していない。ただ、一つの仮説は成立する。これらの、Highly Relativistic Electron(HRE)は磁気圏サブストームのなんらかのメカニズムで発生しradiation beltのHREの密度を高くした、故障を起こしたスペースクラフトはHREの高フラックス領域を飛行したと考えられる。では、どのようにして故障に至ったのであろうか?これに関しても簡単な仮説が成立する。それは、これらのHREはスペースクラフトの金属外壁を突き破って、スペースクラフト内部に進入して、内部のサブシステム・精密機器でとまり、このとき、精密機器がシリコンウエハーのような不導体の場合、deep dielectric(bulk)chargingを引き起こすと考えられる。このcharging・帯電が放電・ショートを引き起こすと、衛星の操作異常・故障が発生すると考えられる。本研究では、強力な並列PCクラスタシステムを構築し、簡単な宇宙環境・宇宙気象シミュレータプロトタイプを作成した。そのシミュレーションでHRE発生・トラップなどの現象を解析しつつある。

1998 年 5 月 19 日寻呼卫星 Galaxy 4 的故障对许多人来说仍然记忆犹新。据说这次故障影响了全球 4500 万用户（EOS, 79, 1998）。此外，1994 年 1 月 20 日，对地静止卫星轨道上的 INTELSATK 卫星由于力矩轮系统电路故障而无法运行（Rostoker, G., Commentary on the Anik卫星翻转，Peport to the TelesatCanada，加拿大网络（用于 Sapce 研究报告），1994年1月）。同一天，加拿大的Anik E-1卫星也无法运行。继E-1之后，Anik E-2卫星也因类似的力矩轮系统故障而无法运行。这些同时发生的异常影响了许多国家的电话、电视和科技观测服务。不过，该卫星的数据非常丰富。相对论性，2-3 MeV 或更多的能量落在卫星上。尽管已经观测到电子数（HRE）的增加，并且已经确认了被称为亚暴的磁暴的发生，但与太空天气的关系仍然没有得到很好的了解。例如，关于阿尼克·埃尔，即使在虚拟地面测试中，故障原因尚未确定。平均而言，这些航天器大约每两年就会发生一次故障或机载设备故障，但即使通过地面虚拟实验也无法确定真正的原因。目前还不清楚为什么只有特定轨道和高度的航天器受到影响。然而，有一个假设成立。这些高相对论电子（HRE）是磁层亚暴中的某种机制产生的，增加了辐射带中HRE的密度，而造成故障的航天器被认为是在HRE的高通量区域飞行。那么，故障是如何发生的呢？对此也可以建立一个简单的假设。也就是说，这些 HRE 突破航天器的金属外壁，进入航天器内部，并停留在内部子系统和精密设备处，被认为会引起电介质（大量）充电。如果充电引起放电或短路，则认为卫星会发生异常操作或故障。在这项研究中，我们构建了一个强大的并行PC集群系统，并创建了一个简单的空间环境/空间天气模拟器原型。通过该模拟，可以分析 HRE 的生成和捕获等现象。