Effets des conditions météorologiques de l'espace sur les satellites

Introduction

Les satellites fonctionnent dans un environnement peuplé de particules chargées. Ces particules peuvent nuire aux satellites de diverses manières, soit directement en pénétrant dans leur matériel électroniques soit indirectement par la charge électrostatique des engins spatiaux dont la décharge peut causer des problèmes. Ces phénomènes peuvent simuler des ordres fantômes, détériorer le matériel électronique, voire entraîner une perte de contrôle et une défaillance du satellite.

Image d'un satellite géostationnaire au-dessus de la Terre avec une éruption de proton solaire à venir vers le satellite.

Les effets des particules cosmiques solaires

Lorsque les ions projetés à grande vitesse se fraient un passage dans les dispositifs à semi-conducteurs, ils produisent un grand nombre d'électrons et de trous qui transportent le courant à l'intérieur de ces dispositifs. L'introduction de nombreuses paires électron-trou dans des endroits sensibles comme les cellules de mémoire peut altérer les données et provoquer des ordres fantômes. Ces effets peuvent être dévastateurs si les impacts d'ions ont lieu dans les systèmes de commandes ou dans les circuits de prise de décisions. En outre, ces impacts ont des répercussions sur la durée de vie des semi-conducteurs.

Image de l'intérieur d'un circuit intégré montrant le type N et type P de matériau semi-conducteur. On voit aussi la trajectoire des ions simples à mouvement rapide qui a créé une charge supplémentaire à l'intérieur des couches d'un semi-conducteurs qui perturbent que le fonctionnement du circuit.

Charge électrostatique des surfaces

Dans une orbite synchrone, la charge électrostatique de la surface des engins spatiaux peut se produire en raison de l'incidence de l'arrivée de vastes flux d'électrons en l'absence d'un drainage suffisant de la charge par des mécanismes comme les émissions photoélectriques. Les électrons « excités » dont les énergies sont de l'ordre de plusieurs keV à plusieurs dizaines de keV sont les principaux responsables de la charge électrostatique des surfaces. Les flux intenses de ces électrons sont étroitement liés aux activités des sous-orages et, par conséquent, la charge électrostatique des surfaces se produit plus souvent au milieu de la nuit qu'à l'aube. La charge électrostatique différentielle des surfaces des engins spatiaux peut provoquer des décharges destructrices en régime d'arc, ce qui occasionne des anomalies dans le fonctionnement des satellites.

Charge électrostatique interne

La présence d'électrons (relativistes) hautement énergétiques émettant des énergies supérieures à 2 Mev est indicatrice de mauvaises conditions météorologiques de l'espace présentant un danger pour les satellites géosynchrones. Lorsque ces mauvaises conditions surviennent, il existe de grandes chances pour que les électrons énergétiques produisent une charge électrostatique interne dans les composants du satellite ainsi que des décharges électriques pouvant entraîner le mauvais fonctionnement, voire une défaillance du satellite. Un tel événement a vraisemblablement été à l'origine d'un certain nombre d'anomalies dans le fonctionnement de satellites en janvier 1994.

Un graphique montrant le flux d'électrons énergétiques à l'orbite géostationnaire du 10 Janvier et 24 Janvier 1994. Les pics dans le flux d'électrons le 16 Janvier, 18 Janvier, et 20 Janvier coïncide avec les anomilies sur les satellites 505, 504, K, E1, et E2.

Décharge électrostatique

La décharge électrostatique résulte de la charge électrostatique des engins spatiaux, que la charge soit de surface ou interne. Une fois que le champ électrique produit en raison de la charge électrostatique dépasse un seuil précis, une décharge en arc se produit, ce qui crée un champ électromagnétique transitoire qui pénètre dans le matériel électronique des engins spatiaux et occasionne des anomalies dans le fonctionnement d'engins spatiaux. Le tableau suivant montre l'heure à laquelle les décharges ont eu lieu.

Un tracé polaire montrant l'apparition de dé charges d'é lectricité  statique sur les satellites en fonction de l'heure locale. La survenue de la dé charge est plus grand dans les secteurs de l'après-midi et soir.