К радиационным факторам относят совокупность ионизирующих излучений с которыми техническая система может столкнуться при своей нормальной эксплуатации. Это потоки α- и β- частиц, протонов и нейтронов; γ- Re- и УФ- излучения. Необходимо отметить, что факторы этого класса по большей части имеют техногенное происхождение.
Это же, в основном, можно сказать и о таком классе факторов, как воздействие специальных сред. Имеется в виду воздействие в основном химическое, т. е. кислот, щелочей, растворителей и растворов химически активных веществ.
Термические воздействия в некоторых случая рассматриваются как часть климатических воздействий, а, в иных случаях, выделяют в отдельный класс. К ним относят воздействие повышенной, пониженной температуры, ее периодические (т. н. термоциклирование) и непериодические изменения.
К факторам внешнего воздействия космического пространства в районе Земли или аналогичного космического тела можно отнести воздействие:
вакуума;
собственной внешней атмосферы космического аппарата;
атмосферы планеты (состав и температура атмосферы);
потоков нейтральных частиц в зависимости от их состава и скорости;
потоков заряженных частиц, генерируемых в атмосфере планеты;
«солнечного ветра»;
солнечного космического излучения;
электромагнитного излучение Солнца (обычно весь спектр его электромагнитных излучений излучений разбивают на ряд участков);
отраженного планетой Солнечного излучения;
собственного теплового излучения планеты (косвенно этот фактор характеризует температуру грунта планеты и степень его черноты);
Галактических космических излучений;
потоков межпланетной пыли и метеорных частиц;
магнитного поля планеты;
вмороженного магнитного поля «Солнечного ветра»;
и т. д.
Необходимо заметить, что иногда одновременное действие нескольких факторов классифицируется как независимый фактор, так одновременное воздействие вибрации и ударного нагружения классифицируется как тряска – еще один вид механического нагружения технических объектов.
Классификация, приведенная выше, не претендует ни на полноту, ни на универсальность. Это, в общем-то, и не нужно т. к. для различных технических объектов и систем набор ФВВ будет свой, специфический, отражающий как особенности объекта, так и условия его эксплуатации.
Воздействия внешних и внутренних факторов на материалы изделий проявляются в основном путем:
адсорбционного,
диффузионного,
химического,
коррозионного и
радиационного механизмов воздействия.
Происходящие при этом физико-химические процессы приводят к изменениям значений параметров и характеристик материалов и изделий, в ряде случаев вызывающим отказы. Возможны изменения необратимые и обратимые. Примерами необратимых изменений являются коррозия металлов, изменение структуры материалов при интенсивном радиоактивном облучении и т. д. К обратимым изменениям относятся такие, как восстановление свойств материала, адсорбировавшего газы или влагу своей поверхностью; восстановление свойств, значений параметров и характеристик изделий после прекращения температурных воздействий и т. п.
Таким образом, возникновение отказов можно представить как временной кинетический процесс, зависящий от изменений структуры и свойств материалов, из которых изготовлено изделие.
Физико-химические процессы, возникающие в материалах, могут происходить в объеме и на поверхности изделий, в электрических цепях, в подвижных и неподвижных соединениях. Причиной, приводящей к появлению указанных процессов, является воздействие внешней энергии, превращающейся при этом из одного вида в другой.
Наиболее часто на изделия воздействуют следующие виды энергии:
тепловая,
электрическая,
электромагнитная,
механическая и
химическая.
Каждому виду энергии соответствует определенный характер взаимодействия между частицами в соответствующих энергетических полях. Под действием энергии одного или нескольких видов в изделиях возникают физико-химические процессы, которые могут приводить к отказам. Наиболее распространены следующие причины возникновения отказов:
тепловое разрушение (потеря тепловой устойчивости, перегорание, расплавление и т. д.),
деформация и механическое разрушение, включая нарушение контактов, обрывы и короткие замыкания, нарушение механических фиксаций и т. д.,
электрическое разрушение (пробой, нарушение электрической прочности и т. д.),
электрохимическая коррозия,
радиационное разрушение,
изнашивание изделий,
загрязнение поверхностей деталей и изделий (нарушение контактов, изменение фотометрических характеристик, ухудшение зрительного восприятия информации и т. д.)
Одним из путей повышения качества изделий можно считать изучение физико-химических процессов в материалах, элементах и готовых изделиях, происходящих на стадии эксплуатации, с целью их учета на стадиях разработки и производства.
Особое значение приобретают знания указанных процессов для правильной организации испытаний и анализа их результатов, что мы будем осуждать на пятом курсе.
Для того чтобы подчеркнуть важность рассматриваемых нами процессов и явлений приведем данные о воздействии некоторых ФВВ на аппаратуру и материалы при различных условиях (см. таблицу 1.).
Таблица 1. Отказы аппаратуры военного назначения и материалов при различных условиях.
| Наименование элемента | Температура и влажность | Пыль | Влажность | Радиация | Морской туман | Высокая температура | Низкая температура |
| Радиоэлектронная и электрическая аппаратура | 17 | 3 | 10 | 1 | — | 14 | 14 |
| Смазки, топлива и другие жидкости | - | 1 | — | - | — | 8 | 4 |
| Металлы | 10 | — | 9 | — | 26 | 8 | 5 |
| Оптические приборы и фотоаппаратура | 5 | 1 | 3 | - | — | — | — |
| Упаковка и хранение | 9 | — | 9 | — | — | — | — |
| Ткани | 14 | — | 5 | 11 | — | 3 | — |
| Дерево и бумага | 12 | 1 | 4 | — | — | 2 | — |
| Итого | 67 | 6 | 40 | 12 | 26 | 35 | 23 |
Краткому рассмотрению воздействия механических климатических, биологических, коррозионных, радиационных и космических факторов на объекты ракетно-космической техники как наземного, так и космического базирования и посвящен этот курс лекций.
3. Совокупности факторов внешнего воздействия
Не сложно понять, что в природе практически ни один фактор не действует обособленно. Объект всегда находится под воздействием некоторой совокупности факторов, причем суммарное воздействие этой совокупности, как правило, не просто сумма воздействия отдельно взятых факторов. Суммарное воздействие факторов внешней среды на конкретную техническую систему непросто описать и математической моделью и очень часто данный вопрос может быть разрешен (с большей или меньшей точностью) только путем проведения т. н. комбинированных испытаний.
Примеры этого можно найти как на Земле, так и в космосе.
Так в результате суммарного воздействия ионизирующих излучений и вакуума космического пространства скорость разрушения пластических масс заметно выше, чем при отдельном воздействии каждого из указанных факторов.
Необходимо отметить и еще один момент - для каждого района космического пространства набор действующих факторов и величины их воздействия, в общем-то, индивидуален. Эти отличия зависят от расстояния до Солнца, от расстояния до других небесных тел солнечной системы, и от положения рассматриваемой точки относительно плоскости эклиптики и т. д. В любом случае действие отдельных ФВВ и их совокупности, характерной для данной точки пространства индивидуально.
Точно так же для каждой данной местности на Земле существует не просто произвольный набор факторов, а их совокупность. В общем случае эта совокупность ФВВ зависит от географических координат данной местности, от рельефа, причем не только самой местности, но и от окружающих ее местностей, от других характеристик т. н. подстилающей поверхности таких, например, как устойчивость почвы к воздействию ветровой эрозии, наличию больших объемов воды и т. п.
Так в пустыне не следует ожидать высокой влажности воздуха, но наоборот следует ожидать заметных изменений температуры в течение суток. Если рассматриваемая нами местность находится недалеко от экватора, и где-то рядом имеются большие массы воды (допустим, недалеко расположено море), то априори можно сказать, что господствующим направлением ветра летом будет от моря, а зимой наоборот. Понятно, что влажность в такой местности будет выше летом. Не следует, разумеется, считать, что, зная какой-то один «самый главный» параметр мы уже знаем весь набор факторов. Но разумные предположения о том на какие факторы необходимо обратить внимание, применительно к данной местности, сделать возможно. Таким образом, существует возможность, зная параметры местности, где предполагается использовать разрабатываемую техническую систему, сделать разумные предположения об условиях, в которых этой системе придется работать, т. е. о наборе факторов внешнего воздействия среды. Далее, разумеется, необходимо выяснить реальные значения параметров каждого фактора и провести детальный анализ их воздействия на разрабатываемую систему по одному и в тех сочетаниях, которые могут реализоваться в данной местности.
Выше шла речь о взаимной связи между климатическими факторами среды. Однако существуют связи климатических факторов с другими характерными для данной местности. Так, землетрясения и вызванные ими воздействия на систему механических факторов, скорее всего, следует ожидать на границах т. н. «платформ» или «щитов». Внешне эти границы достаточно часто привязаны к определенным видам рельефа, прежде всего к горам. Но горный климат достаточно специфичен и определить, априори, набор основных факторов внешнего воздействия для него не так уж и сложно.