Естественная внешняя среда - атмосфера Земли и околоземное пространство

Естественной внешней средой для современных ЛА является атмосфера Земли (от греч. atmos – пар и сфера) и околоземное космическое пространство. Атмосферой принято считать область вокруг Земли, в которой газовая (воздушная) среда вращается вместе с Землей как единое целое.
Атмосфера состоит из воздуха, представляющего собой смесь газов. Воздух – среда очень неустойчивая и непостоянная. Изменение основных параметров воздуха (давления, плотности, температуры) по высоте, неодинаковое распределение солнечной радиации на земном шаре, изменяющееся и по времени года, и в течение суток, вертикальные движения воздуха приводят к тому, что в зависимости от высоты над землей, географического места и других факторов весьма различны химический состав воздуха, его электрические характеристики.
Многолетние исследования атмосферы Земли приборами, поднимаемыми на различные высоты с помощью стратостатов, шаров-зондов, самолетов, геофизических ракет и искусственных спутников Земли, позволили установить, что до высот порядка 80 км с достаточной для практических расчетов степенью точности можно принять следующий объемный состав сухого воздуха: азот – 78%, кислород – 21%, углекислый газ и прочие газы – 1%.
Здесь любопытно отметить, что первая «аэродромическая машина» – прообраз современного вертолета, построенная в 1774 году М. В. Ломоносовым, предназначалась именно для подъема на высоту приборов, регистрирующих параметры воздуха.
Слой атмосферы до высот 80–100 км, в котором химический состав воздуха не изменяется с высотой, называется гомосферой (от греч. homos – равный, одинаковый). Выше, в гетеросфере (от греч. heteros – другой), с ростом высоты химический состав атмосферы изменяется. До высоты 400–600 км сохраняется азотно-кислородный состав атмосферы, однако начиная с высот 110–120 км практически весь кислород находится в атомарном состоянии, появляется также атомарный азот. Далее, до высоты порядка 1600 км, в атмосфере преобладает гелий, а с высот порядка 3000 км и выше – водород. Так постепенно атмосфера Земли переходит в межзвездный газ, состоящий по массе из примерно 76% водорода и 23% гелия. Изменения в химическом составе атмосферы вызваны процессами диссоциации и ионизации, обусловленными действием космической радиации и солнечного излучения.
По электрическим характеристикам в атмосфере выделяют нейтросферу, простирающуюся до высоты порядка 60 км, в которой частицы воздуха практически не имеют электрического заряда (нейтральны), и ионосферу, в которой газы находятся в ионизированном состоянии (содержат свободные электроны и положительно заряженные ионы) и которая простирается до границы магнитосферы 2 Земли (рис. 3.3), определяемой равенством давления магнитного поля Земли (геомагнитного поля) и динамического давления солнечного ветра 1 (ионизированного газа, вытекающего из Солнца).

Рис. 3.3. Магнитосфера и радиационные пояса Земли. В плоскости рисунка Солнце и полюса Земли N и S

Магнитосфера включает внутреннюю замкнутую дипольную область геомагнитного поля 8, действующую как ловушка заряженных космических частиц, и внешнюю область 7, состоящую из магнитных силовых линий, «заметаемых» солнечным ветром с дневной стороны Земли на ночную и образующих на ночной стороне магнитный шлейф Земли 6. Захваченные геомагнитным полем заряженные частицы (протоны, электроны,a -частицы) образуют радиационный пояс Земли. Условно, в зависимости от распределения захваченных частиц по энергиям, радиационный пояс – зону квазизахвата 3 (от лат. quasi – как бы, наподобие) частиц солнечного ветра) – разделяют на внутренний пояс и внешний пояс. Внутренний пояс 5, начинающийся на высотах 300–1500 км и простирающийся до высоты около 10000 км, в котором преобладают протоны высоких энергий, представляет опасность для экипажей ЛА.
Во внешнем поясе 4, простирающемся до высоты около 50000 км, преобладают электроны и протоны малых энергий.
Естественно, что границы, по которым разделяют атмосферу в зависимости от ее химических, электрических, радиационных параметров, являются размытыми; эти параметры так же существенно зависят от времени года, уровня солнечной активности и других факторов, как и основные параметры воздуха в атмосфере.