Радиационные условия и радиационная безопасность при полете космических аппаратов

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана 

 

В.И. Никитенко, В.И. Крайнюков

РАДИАЦИОННЫЕ 
УСЛОВИЯ И РАДИАЦИОННАЯ 
БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ПОЛЕТЕ 
КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ 

 

Рекомендовано Научно-методическим советом 
МГТУ им. Н.Э. Баумана  в качестве учебного пособия 
 по курсу «Основы устройства космических аппаратов» 

Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2013 

УДК 629.785 (075.8) 
ББК 39.6 
Н62 

Рецензенты: Н.Н. Генералов, В.Е. Смирнов, В.В. Конюков 

 
Никитенко  В.  И. 

 
Н62
Радиационные условия и радиационная безопасность 
при полете космических аппаратов : учеб.  пособие по курсу 
«Основы устройства космических аппаратов» / В. И. Никитенко, В. И. Крайнюков. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2013. — 46, [2] с. : ил. 

 
 
ISBN 978-5-7038-3743-6
Рассмотрены разные виды радиационных излучений, определяющих структуру космического пространства, воздействия 
электромагнитных  корпускулярных излучений на элементы 
конструкции и конструкционные материалы космических кораблей, оптическую и электронную аппаратуру, на фотоэлектрические преобразователи, солнечные батареи и организм человека.  
Изложены методы обеспечения радиационной безопасности, необходимой при длительных орбитальных полетах вокруг 
Земли  и планировании межпланетных полетов к планетам Солнечной системы. 
Предназначено студентам, изучающим курсы «Основы устройства космических аппаратов», «Проектирование космических летательных аппаратов». 
 

 
 
 
 
УДК 629.785 (075.8)  
ББК 39.6 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7038-3743-6                                        МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013 

ВВЕДЕНИЕ  

 Условия космического пространства сильно отличаются от 
земных. Основными факторами, влияющими на материалы и конструктивные элементы космических аппаратов (КА), являются 
глубокий вакуум, космический теплообмен, наличие радиации и 
микрометеорных тел, невесомость. Особую важность представляет воздействие радиации на материалы, элементы конструкции 
КА и организм человека.  
Радиационная обстановка в космосе определяется радиационными поясами, присутствием плазмы, протонами солнечных 
вспышек и галактическими космическими излучениями (ГКИ) и в 
значительной степени зависит от траектории движения КА. При 
полете КА на околоземных орбитах или орбитах других планет на 
радиационную обстановку существенно влияет наличие или отсутствие радиационных поясов. При межпланетных перелетах 
радиационная обстановка в большой степени зависит от радиационного потока, излучаемого во время солнечных вспышек, от ГКИ 
и электромагнитного излучения Солнца.  
Автор благодарит студентку кафедры СМ-2 А.Д. Ващенко за 
помощь, оказанную при подготовке учебного пособия. 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. РАДИАЦИОННАЯ ОБСТАНОВКА НА ОРБИТАХ 
КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ 

1.1. РАДИАЦИОННЫЕ ПОЯСА ЗЕМЛИ 

Радиационные пояса Земли (РПЗ) — внутренние области земной магнитосферы, в которых магнитное поле Земли удерживает 
заряженные частицы (в основном протоны и электроны), обладающие кинетической энергией от десятков килоэлектронвольт до 
сотен мегаэлектронвольт (в разных областях РПЗ энергия частиц 
неодинакова). Выходу заряженных частиц из РПЗ мешает особая 
конфигурация силовых линий геомагнитного поля, создающего 
для заряженных частиц магнитную ловушку. 
Магнитосфера Земли. Силовая линия дипольного поля описывается формулой 

2

э
cos
,
R
R 
  

где λ  —  геомагнитная широта (угол между радиусом-вектором 
точки и Rэ; Rэ — расстояние до силовой линии в плоскости геомагнитного экватора от центра диполя.  
Изменение напряженности поля В вдоль силовой линии определяется зависимостью 

 

2

6
э

4
cos
.
cos
B
B





 

Индекс «э» обозначает величину, относящуюся к точке пересечения линии с геомагнитным экватором. Значение Вэ находят по 
формуле 

3
з
э
3
э

0,12
,
R
B
R

 

выражающей известный закон убывания напряженности магнитного поля обратно пропорционально третьей степени радиуса. 

Отношение  

э

з

R
L
R

 называют параметром Мак-Илвайна. По
сле подстановки 

э
3
0,312,
B
L

 

где 0,312  — напряженность поля на поверхности Земли, Гc. 
Реальное магнитное поле существенно отличается от дипольного. Общая схема геомагнитного поля, обтекаемого солнечным 
ветром, приведена на рис. 1.1 и 1.2. 
 Характер движения частиц в магнитном поле. Сложное 
движение, совершаемое заряженной частицей, может быть разложено на три простых: прежде всего — вращение частицы вокруг 
силовой линии, или циклотронное движение. Период его определяется выражением 

ц
ц

1
,
mc
Т
f
qB


 

где fц — циклотронная частота; m — масса частицы; c — скорость света; q — заряд частицы; B — индукция локального магнитного поля. 
Радиус вращения,  так называемый циклотронный радиус, 
расчитывают по формуле 

ц
,
mcV
R
qB



  

где V  – компонента скорости, 
перпендикулярная 
направлению 
магнитного поля.  
Рис. 1.1