Simulation der Weltraumumgebung und Strahlungsanalyse

Simulation der Weltraumumgebung und Strahlungsanalyse

Grundsätzlich müssen Raumfahrzeuge für die Weltraumumgebung fit gemacht werden. Dies bedeutet auch, dass die im All herrschenden Strahlungseinflüsse (z.B. kosmische Strahlung, Sonnenwind) beim Entwurf berücksichtigt werden müssen, da diese Teilchenstrahlung die Elektronik, Messgeräte und Solarmodule stören und im schlimmsten Fall unbrauchbar machen kann.
JGO wird insbesondere nach der Ankunft im Jupitersystem hohen Strahlungsdosen ausgesetzt sein, denn um den Jupiter befindet sich ein starker Strahlungsgürtel. Ursächlich für den Strahlungsgürtel (den es auch um die Erde gibt: den „Van-Allen-Gürtel“) um Jupiter ist ein starkes Magnetfeld (mehr als zehnmal stärker als das der Erde), das geladene Teilchen wie Elektronen, Protonen oder Ionen einfängt. Diese bewegen sich nach dem Einfang spiralförmig entlang den Magnetfeldlinien, werden an einem bestimmten Punkt reflektiert und laufen somit hin und her.
Um die Sonde und ihre Instrumente ausreichend zu schützen muss eine detaillierte Strahlungsanalyse vorgenommen werden. Diese beinhaltet die Abschätzung von Teilchenflüssen und –energien und die rechnerbasierte Simulation der Wechselwirkung mit den Teilen der Sonde. Aus den Ergebnissen dieser Arbeit lässt sich dann die benötigte Abschirmung abschätzen bzw. eine spezielle Abschirmung aus verschiedenen Materialschichten entwickeln.
 Die Simulationsprogramme, die bei der Strahlungsanalyse verwendet werden, basieren hauptsächlich auf der Plattform Geant4 (Geometry and Tracking), die am CERN entwickelt wurde und die mit der Monte-Carlo-Methode (also häufig durchgeführten Zufallsexperimenten) arbeitet. Diese Tools sind z.B. MULASSIS (Multi-Layered Shielding Software) oder GRAS (Geant4 Radiation Analysis for Space).
 

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