DIN EN 16603-10-04-2015 Space engineering - Space environment English version EN 16603-10-04 2015《航天工程 航天环境 英文版本EN 16603-10-04-2015》.pdf

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1、Mai 2015DEUTSCHE NORM DIN-Normenausschuss Luft- und Raumfahrt (NL)Preisgruppe 37DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 49.140!%A%r“2300279www.din.deDDIN EN 16603-1

2、0-04Raumfahrttechnik Raumfahrtumweltbedingungen;Englische Fassung EN 16603-10-04:2015Space engineering Space environment;English version EN 16603-10-04:2015Ingnierie spatiale Environnement spatial;Version anglaise EN 16603-10-04:2015Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsat

3、z frDIN EN 14092:2003-11www.beuth.deGesamtumfang 206 SeitenDIN EN 16603-10-04:2015-05 2 Nationales Vorwort Dieses Dokument (EN 16603-10-04:2015) wurde vom Technischen Komitee CEN/CLC/TC 5 Raumfahrt“ erarbeitet, dessen Sekretariat vom DIN (Deutschland) gehalten wird. Das zustndige deutsche Normungsgr

4、emium ist der Arbeitsausschuss NA 131-10-01 AA Interoperabilitt von Informations-, Kommunikations- und Navigationssystemen“ im DIN-Normenausschuss Luft- und Raumfahrt (NL). Dieses Dokument (EN 16603-10-04:2015) basiert auf ECSS-E-ST-10-04C. Dieses Dokument enthlt unter Bercksichtigung des DIN-Prsidi

5、albeschlusses 1/2004 nur die englische Originalfassung von EN 16603-10-04:2015. Dieses Dokument wurde speziell zur Behandlung von Raumfahrtsystemen erarbeitet und hat daher Vorrang vor jeglicher Europischer Norm, da es denselben Anwendungsbereich hat, jedoch ber einen greren Geltungsbereich (z. B. L

6、uft- und Raumfahrt) verfgt. nderungen Gegenber DIN EN 14092:2003-11 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Norm-Nummer gendert. b) Begriffe und Definitionen wurden angepasst. Frhere Ausgaben DIN EN 14092: 2003-11 DIN EN 16603-10-04:2015-05 3 Nationaler Anhang NA (informativ) Begriffe und Abkrzung

7、en Die Benummerung der folgenden Begriffe und Abkrzungen sind identisch mit der Benummerung in der englischen Fassung. 3 Begriffe und Abkrzungen 3.1 Begriffe aus anderen Normen Fr die Anwendung dieser Norm gelten die Begriffe nach ECSS-S-ST-00-01, insbesondere die folgenden Begriffe: Verunreinigung

8、Umgebung Mission Weltraummll 3.2 Spezifische Begriffe fr die vorliegende Norm 3.2.1 Ap-, Kp-Indizes Indizes der geomagnetischen Aktivitt zur Beschreibung von Schwankungen des geomagnetischen Felds ANMERKUNG Ap-Werte reichen von 0 bis 400 und werden in Einheiten von nT (Nanotesla) angegeben. Kpist im

9、 Wesentlichen der Logarithmus von Ap. 3.2.2 Energiedosis Energie, die durch Strahlenbelastung infolge Ionisation und Anregung je Masseneinheit rtlich absorbiert wird ANMERKUNG Ein Teil der Energieabsorption kann aufgrund einer Verrckung von Atomen zu einer Beschdigung der Gitterstruktur von Feststof

10、fen fhren, und das wird gewhnlich als nicht-ionisierender Energieverlust (NIEL) bezeichnet. 3.2.3 Akkomodationskoeffizient Ma fr die Gre der Energiebertragung zwischen einem Molekl und einer Oberflche 3.2.4 Albedo Teil des Sonnenlichts, der von einem Planeten reflektiert wird 3.2.5 atmosphrische Alb

11、edo-Neutronen Neutronen, die durch die Wechselwirkung von kosmischer Strahlung und Sonnenteilchen entstehen und anschlieend die Erdatmosphre verlassen ANMERKUNG Atmosphrische Albedo-Neutronen knnen auch durch andere Planetenatmosphren und Oberflchen erzeugt werden. DIN EN 16603-10-04:2015-05 4 3.2.6

12、 Bremsstrahlung hochenergetische elektromagnetische Strahlung im Energiebereich von Rntgen- bis Gammastrahlung, die durch Abbremsen geladener Teilchen infolge Streuung an Atomkernen emittiert werden ANMERKUNG Das Primrteilchen wird schlielich absorbiert, whrend die Bremsstrahlung hoch durchdringend

13、ist. In der Raumfahrt ist die blichste Quelle fr Bremsstrahlung die Elektronenstreuung. 3.2.7 Verunreinigung molekulare oder teilchenfrmige Substanz, die die Wirksamkeit eines Bauteils beeinflussen oder verschlechtern kann, wenn sie sich in Sicht zu diesem Bauteil oder sich auf diesem befindet 3.2.8

14、 Verunreinigungsumgebung die durch ein Raumfahrzeug in seiner Nhe verursachte molekulare oder teilchenfrmige Umgebung 3.2.9 Strom Geschwindigkeit des Teilchentransports durch eine Grenzflche ANMERKUNG Im Gegensatz zur Flussdichte hngt der Strom von der Richtung des Durchgangs der Teilchen durch die

15、Grenzflche ab (sie ist ein Vektorintegral). Eine isotrope ungerichtete Flussdichte f, die auf eine Ebene einfllt, fhrt gewhnlich zu einem Strom von 1/4 f in jeder Richtung durch die Ebene. Strom wird hufig bei der Untersuchung des Strahlungstransports verwendet. 3.2.10 direkte Flussdichte freie Strm

16、ung oder Ausgasung von Moleklen, die direkt auf eine kritische Oberflche auftrifft, d. h. ohne vorherige Zusammenste mit anderen Gasen oder einer anderen Oberflche 3.2.11 Verteilungsfunktion f(x,v) Funktion, die die Teilchendichte eines Plasmas im 6-D-Raum beschreibt, der aus den drei Raumvektoren u

17、nd den drei Geschwindigkeitsvektoren gebildet wird, in s3m6ANMERKUNG Fr rumlich gleichmige und isotrope Verteilungen wird sie oft mit f(v), einer Funktion der skalaren Geschwindigkeit, in sm4, oder mit f(E), einer Energiefunktion, in J1m3, bezeichnet und kann wie folgt in die Flussdichte umgewandelt

18、 werden: Flussdichte = dvvvf )( (3-1) oder Flussdichte = dEmEf )(3-2) Dabei ist v die skalare Geschwindigkeit; E die Energie; m die Teilchenmasse. 3.2.12 Dosis an eine Stelle bertragene Strahlungsenergiemenge ANMERKUNG Im weitesten Sinne kann hierzu die Teilchenflussdichte gehren, jedoch bezieht sie

19、 sich blicherweise im Zusammenhang mit den Wirkungen der energiereichen Teilchenstrahlung des Weltraums auf die Energie, die je Masseneinheit infolge von Strahlenbelastung absorbiert wird. DIN EN 16603-10-04:2015-05 5 3.2.13 quivalentdosis Strahlungsgre, die gewhnlich fr die biologischen Strahlenwir

20、kungen angewendet wird und zur Bercksichtigung der strkeren Wirkungen bestimmter Strahlungsarten Normierungsfaktoren enthlt 3.2.14 Staub Teilchen von einem spezifischen Krper des Sonnensystems, das gewhnlich in der Nhe der Oberflche dieses Krpers auftritt (z. B. Mond-, Mars- oder Kometenstaub) 3.2.1

21、5 Infrarotstrahlung der Erde von der Erde emittierte Wrmestrahlung ANMERKUNG Auch ausgesandte Langwellenstrahlung genannt. 3.2.16 energiereiches Teilchen Teilchen, das hinsichtlich der Wirkung von Strahlung auf Raumfahrtsysteme die Auenflchen des Raumfahrzeugs durchdringen kann ANMERKUNG Bei Elektro

22、nen tritt dies blicherweise oberhalb von 100 keV auf, bei Protonen und anderen Ionen oberhalb von 1 MeV. Neutronen, Gammastrahlen und Rntgenstrahlen werden in diesem Zusammenhang ebenfalls als energiereiche Teilchen betrachtet. 3.2.17 quivalentfluenz Gre, mit der versucht wird, die Schdigung bei ver

23、schiedenen Energien und von verschiedenen Spezies darzustellen ANMERKUNG 1 Beispiel: Fr den Gteabfall von Sonnenzellen wird oft verwendet, dass ein 10-MeV-Proton 3 000 1-MeV-Elektronen quivalent“ ist. Dieses Konzept wird auch bei der Betrachtung von Effekten von nichtionisierenden Energieverlusten (

24、NIEL) verwendet. ANMERKUNG 2 Gteabfallkoeffizienten werden benutzt, um den Schaden einzuschtzen, der durch ein gegebenes Teilchen relativ zu einem Normteilchen und einer Normenergie verursacht wird. 3.2.18 Exosphre Teil der Erdatmosphre, der sich an die Thermosphre anschliet, bei der die mittlere fr

25、eie Weglnge die Skalenhhe berschreitet und innerhalb der sehr wenige Zusammenste zwischen Atomen und Moleklen auftreten ANMERKUNG 1 Im unteren Bereich der Exosphre ist blicherweise atomarer Sauerstoff der hauptschliche Bestandteil. ANMERKUNG 2 Mit zunehmender Hhe steigt der Anteil an atomarem Sauers

26、toff; bei mehr als etwa 1 000 km wird Wasserstoff blicherweise der hauptschliche Bestandteil. Unter eher besonderen Bedingungen (d. h. whrend der Winter in Polargebieten) knnen He-Atome die hauptschlichen Bestandteile oberhalb eines begrenzten Hhenbereichs werden. ANMERKUNG 3 Ein geringer Anteil an

27、H- und He-Atomen kann Fluchtgeschwindigkeiten innerhalb der Exosphre erreichen. 3.2.19 externes Feld Teil des gemessenen geomagnetischen Feldes, der durch auerhalb der festen Erde befindliche Quellen erzeugt wurde ANMERKUNG Die externen Quellen sind hauptschlich: elektrische Strme in der Ionosphre,

28、der Magnetosphre und Koppelstrme zwischen diesen Bereichen. DIN EN 16603-10-04:2015-05 6 3.2.20 F10,7-Flussdichte solare Flussdichte bei einer Wellenlnge von 10,7 cm in Einheiten von 104Jansky (1 Jansky entspricht 1026Wm2Hz1) 3.2.21 Fluenz zeitliches Integral der Flussdichte 3.2.22 Flussdichte Strah

29、lungsmenge, die eine Flche je Zeiteinheit durchsetzt, oft in integraler Form“ als Teilchen je Flcheneinheit je Zeiteinheit (z. B. Elektronen cm2s1) ber einer bestimmten Schwellenenergie angegeben ANMERKUNG Die gerichtete Flussdichte ist das Differential, bezogen auf den Raumwinkel (z. B. Teilchen cm

30、2Steradiant1s1), whrend die differentielle“ Flussdichte das Differential, bezogen auf die Energie (z. B. Teilchen cm2MeV1s1), ist. In manchen Fllen werden Flussdichten auch als Differential, bezogen auf das lineare Energiebertragungsvermgen, behandelt (siehe 3.2.32). 3.2.23 freie Molekularstrmung di

31、e mittlere freie Weglnge eines Molekls ist grer als die Abmessungen des interessierenden Volumens (charakteristische Lnge) 3.2.24 sonnenorientierte, geozentrische Koordinaten der Erdmagnetosphre (GSM) Elemente eines rechtshndigen kartesischen Koordinatensystems (X, Y, Z), dessen Ursprung der Erdmitt

32、elpunkt ist ANMERKUNG X weist zur Sonne; Z verluft senkrecht zu X und liegt in der Ebene, die die X- und die geomagnetische Dipolachse enthlt; Y verluft senkrecht zu X und Z und weist in etwa in Richtung der magnetischen Ortszeit (MLT) der Abenddmmerung. 3.2.25 Heterosphre Erdatmosphre oberhalb 105

33、km, wo wegen des Diffusionsgleichgewichts artenweise neutrale Konzentrationsprofile auftreten ANMERKUNG N2-Dominanz tritt normalerweise unter etwa 200 km, O-Dominanz zwischen etwa 200 km und 600 km und He-Dominanz bei sehr groen Hhen auf. Diese Bedingungen hngen von den solaren und geomagnetischen A

34、ktivitten ab; in groen Hhen knnen die Situationen whrend groer geomagnetischer Strungen wesentlich voneinander abweichen. 3.2.26 Homosphre Erdatmosphre unter 105 km, wo eine vollstndige vertikale Durchmischung zu einer nahezu homogenen Zusammensetzung von etwa 78,1 % N2, 20,9 % O2, 0,9 % Ar und 0,1

35、% CO2und von Spurenbestandteilen fhrt ANMERKUNG Die Homopause (oder Turbopause) kennzeichnet den oberen Abschluss der Homosphre. 3.2.27 indirekte Flussdichte Molekle, die nach Zusammensto mit anderen Moleklen oder nach Zusammensto und Verweilen auf anderen Oberflchen auf eine kritische Oberflche auf

36、treffen DIN EN 16603-10-04:2015-05 7 3.2.28 internes Feld Teil des gemessenen geomagnetischen Feldes, der durch innerhalb der festen Erde befindliche Quellen erzeugt wurde, vorrangig aufgrund des im ueren Kern der Erde zeitlich variierend betriebenen Dynamos 3.2.29 interplanetares Magnetfeld koronal

37、es Magnetfeld der Sonne, das durch den Solarwind nach auen getragen wird und das Solarsystem durchdringt 3.2.30 isotrop Eigenschaft einer Verteilung von Teilchen, bei der die Flussdichte ber alle Richtungen konstant ist 3.2.31 L oder L-Schale Parameter des geomagnetischen Felds, der hufig zur Beschr

38、eibung von Positionen im erdnahen Weltraum verwendet wird ANMERKUNG Die L oder L-Schale hat einen komplizierten Ursprung, der auf einer Invarianten der Bewegung geladener Teilchen im Erdmagnetfeld beruht (siehe Anhang E). Bei der Definition von Plasmaregimen innerhalb der Magnetosphre ist sie jedoch

39、 sinnvoll, weil sie fr ein Dipolmagnetfeld gleich der geozentrischen Hhe in Erdradien der rtlichen Magnetfeldlinie ist, wo sie den quator kreuzt. 3.2.32 lineares Energiebertragungsvermgen (LET) Energie, die von einem abgebremsten energiereichen Teilchen beim Durchlaufen eines Wegs dem Material zugef

40、hrt wird ANMERKUNG Der Begriff wird gewhnlich zur Beschreibung der Ionisierungsspur infolge eines durchlaufenden Ions verwendet. Das LET ist materialabhngig und weiterhin eine Funktion der Teilchenenergie. Bei Ionen, die an Strahlenwirkungen bei der Raumfahrt beteiligt sind, erhht es sich mit abnehm

41、ender Energie (es erhht sich auch bei hohen Energien ber die Mindestionisierungsenergie). Das LET ermglicht es, unterschiedliche Ionen durch einfaches Darstellen der Ionenumgebung als Summe der Flussdichten aller Ionen als Funktionen ihrer LET gemeinsam zu betrachten. Dies vereinfacht die Berechnung

42、 der Strung durch ein Einzelereignis. Die Energieverlustrate eines Teilchens, die auch emittierte Sekundrstrahlungen umfasst, wird als Bremsvermgen bezeichnet. 3.2.33 magnetische Ortszeit (MLT) Parameter, der analog zum Lngengrad hufig zur Beschreibung von Positionen im erdnahen Weltraum verwendet w

43、ird ANMERKUNG Der Druck des Sonnenwinds verformt das Erdmagnetfeld in eine kometenhnliche Form. Diese Struktur bleibt fest mit ihrem Vorderteil auf die Sonne und mit dem Schweif von ihr abgewandt gerichtet, wobei die Erde sich in ihr dreht. Somit ist der sich mit der Erde drehende Lngengrad kein sin

44、nvoller Weg zur Beschreibung der Position in der Magnetosphre. Stattdessen wird die magnetische Ortszeit verwendet. Sie hat den Wert 0 (Mitternacht) in der von der Sonne abgewandten Richtung, 12 (Mittag) in der auf die Sonne weisenden Richtung und 6 (Morgendmmerung) und 18 (Abenddmmerung) in Richtun

45、g senkrecht zur Sonnen-/Antisonnen-Linie. Sie bedeutet im Grunde eine Ausdehnung der solaren Ortszeit auf der Erde vertikal aufwrts in den Weltraum, wobei die Neigung des Dipols bercksichtigt wird. 3.2.34 Massenstrom Masse (g) einer Moleklspezies, die eine festgelegte Ebene je Zeiteinheit und Flchen

46、einheit (gcm2s1) durchdringt DIN EN 16603-10-04:2015-05 8 3.2.35 Maxwell-Verteilung Plasmaverteilungsfunktionen knnen als Funktion der skalaren Geschwindigkeit v durch die Maxwell- Verteilung beschrieben werden: =kTmvvkTmnvf2242223ex)( (3-3) Dabei ist n die Dichte; k die Boltzmann-Konstante; T die T

47、emperatur. ANMERKUNG Die vollstndige Verteilung ist somit durch ein Zahlenpaar aus Dichte und Temperatur beschrieben. Diese Verteilung ist gilt im thermischen Gleichgewicht. Auch Verteilungen, die sich nicht im Gleichgewicht befinden, knnen hufig durch die Kombination von zwei Maxwell-Verteilungen s

48、innvoll beschrieben werden. 3.2.36 Meteoroide Teilchen natrlichen Ursprungs im Weltraum ANMERKUNG Nahezu alle Meteoroide haben ihren Ursprung in Asteroiden oder Kometen. 3.2.37 Meteoroidstrom Meteoroide, die die Umlaufbahn ihrer Elternkrper beibehalten und zeitweise hohe Flussdichten bewirken knnen

49、3.2.38 Molekulare Sulendichte (MCD) Integral der Anzahldichte (Anzahl einer besonderen Moleklspezies je Volumeneinheit) lngs einer festgelegten Sichtlinie, die von einer (Target-, kritischen, Mess-, Referenz-)Oberflche ausgeht 3.2.39 molekulare Verunreinigung Verunreinigung ohne messbare Abmessungen 3.2.40 Nanotesla geno