Wie schnell bauen die Van-Allen-Strahlungsgürtel Solarmodule ab?

Diese Antwort befasst sich mit der allgemeinen Verschlechterung von Solaranlagen, die durch Van-Allen-Gürtel verlaufen, und nicht mit solchen, die speziell für den Mond bestimmt sind.

Dieses Thema hat in den letzten Jahren großes Interesse geweckt, als Boeing, ein Hersteller kommerzieller Kommunikationssatelliten, den Start von zwei Satelliten ankündigte, die für den Einsatz in GTO und die Übertragung an GEO mit elektrischem Antrieb vorgesehen sind. Sie (Eutelsat 115 West B und ABS 3A) wurden 2015 gestartet und sind jetzt auf Station.

Vorher sind mir nur zwei andere Satelliten bekannt, die einen solchen Transfer mit Triebwerken durchgeführt haben, die nicht für diesen Teil der Mission bestimmt waren. Das eine war Artemis und das andere AEHF-1, und das lag in beiden Fällen an früheren Fehlern, die sonst den Einsatz in GEO verhindert hätten. Ich glaube, dass alle anderen Satelliten, die bisher Ionentriebwerke oder Hall-Effekt-Triebwerke verwenden, dies getan haben, wobei ihr Hauptzweck darin besteht, die Position zu halten, sobald sie an GEO geliefert wurden, und sie haben nicht lange Zeit auf dem Transport verbracht.

Ich denke, dass dieses kürzlich erschienene Papier relevant ist: Weltraumwetterbedenken für vollelektrische Antriebssatelliten aus Ref 1.

Daraus habe ich folgende Figur extrahiert:

[NB "EOR" bezieht sich auf "Electric Orbit Raising"]

Satelliten werden mit Abschirmung nach Spezifikationen konstruiert, die wiederum von einem guten Bild der Umgebung abhängen. Solaranlagen können bis zu einem gewissen Grad durch dickere Deckgläser geschützt werden, daher gilt der 6,7-Jahres-Teil der Bildunterschrift nicht für Solaranlagen , außer um das Konzept zu zeigen. Ich glaube, dass die Van-Allen-Sonden, die in der Antwort von PearsonArtPhoto erwähnt werden, Toleranzen für Unsicherheiten in genau dem Phänomen enthalten haben, das sie messen sollen. Bei geostationären Kommunikationssatelliten, die im Vergleich zu Wissenschaftssatelliten normalerweise relativ leistungshungrig sind, würde sich die Fehleinschätzung der Unsicherheiten später in der Mission bemerkbar machen, wenn die verfügbare Leistung abnimmt.

Abschließend Bezug nehmend auf einen Teil des Artikels von Dr. Geoffrey Landis , auf den in der Frage Bezug genommen wird:

Er bemerkte die langsame Geschwindigkeit, mit der diese Antriebsform die Van-Allen-Strahlungsgürtel durchquert, und sagte, dass man für HSF viel schneller durch die Gürtel gehen müsse. Er sagte, nuklearer Antrieb sei notwendig, erwähnte den Angstfaktor, den einige haben, aber dass wir ihn entwickeln und implementieren sollten.

Seine Lösung stimmt möglicherweise mit einigen Mondmissionsszenarien überein, obwohl nicht genügend Kontext vorhanden ist, um zu dem Schluss zu kommen, dass sie "benötigt" wird.

Ref. 1. Horne, RB und D. Pitchford (2015), Space Weather Concerns for All-Electric Propulsion Satellites, Space Weather, 13, 430 – 433, doi:10.1002/2015SW001198

Es stellt sich heraus, dass IEEE Xplore Nuclear Science ein Papier zum Thema Solarzellendegradation in den Van-Allen-Gürteln veröffentlicht hat. Obwohl ich das Papier nicht lesen kann, erwähnt es, dass NP-Solarzellen (die häufigsten) anfällig für Schäden sind, wenn sie sich abstrakt in dieser Region befinden. Dieses Papier wurde 1963 veröffentlicht. In jedem Fall ist der schädlichste Teil des Gürtels der innere Gürtel, der zwischen 600 und 3700 Meilen reicht, in dem ein Satellit, der von LEO in die Mondumlaufbahn fliegt, korrekterweise viel Zeit verbringen würde.

Tatsächlich gibt es Raumschiffe, die in dieser Region fliegen. Am bekanntesten sind die Van-Allen-Sonden , mit denen die Region untersucht werden sollte. Ich kann eigentlich nichts darüber finden, dass die Sonnenkollektoren ein Problem darstellen.

Meiner Meinung nach würde dies die Gesamtlebensdauer der Panels verschlechtern, aber die Kapazität nicht wesentlich beeinträchtigen. Mindestens 2 Jahre Betrieb im schlimmsten Teil der Van-Allen-Gürtel sind möglich, und ich glaube, dies würde für einige Zeit funktionieren, da nur ein relativ kleiner Teil der Mission in den Gürteln wäre. Eine einzelne Frachtmission? Nun, es gab viele Missionen, die mit Ionenantrieben durch die Gürtel gegangen sind, ich denke, das ist nicht einmal ein großes Problem.