ISO 17520:2024 宇宙環境(自然環境と人工環境) | ページ 2

※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。

序文

ISO (国際標準化機構) は、国家標準化団体 (ISO メンバー団体) の世界的な連合体です。国際規格の作成作業は通常、ISO 技術委員会を通じて行われます。技術委員会が設立された主題に関心のある各会員団体は、その委員会に代表される権利を有します。政府および非政府の国際機関も ISO と連携してこの作業に参加しています。 ISO は、電気技術の標準化に関するあらゆる事項について、国際電気標準会議 (IEC) と緊密に協力しています。

この文書の作成に使用される手順と、そのさらなる保守を目的とした手順は、ISO/IEC 指令Part 1 部に記載されています。特に、さまざまな種類の ISO 文書に必要なさまざまな承認基準に注意する必要があります。この文書は、ISO/IEC 指令Part 2 部の編集規則に従って起草されました ( www.iso.org/directives を参照)

ISO は、この文書の実装に特許の使用が含まれる可能性があることに注意を促しています。 ISO は、請求された特許権に関する証拠、有効性、または適用可能性に関していかなる立場もとりません。この文書の発行日の時点で、ISO はこの文書の実装に必要となる可能性のある特許の通知を受け取っていません。ただし、実装者は、これが www.iso.org/patents で入手可能な特許データベースから取得できる最新情報を表していない可能性があることに注意してください。 ISO は、かかる特許権の一部またはすべてを特定する責任を負わないものとします。

本書で使用されている商号は、ユーザーの便宜のために提供された情報であり、推奨を構成するものではありません。

規格の自主的な性質、適合性評価に関連する ISO 固有の用語と表現の意味、および貿易の技術的障壁 (TBT) における世界貿易機関 (WTO) 原則への ISO の準拠に関する情報については、以下を参照してください。 www.iso.org/iso/foreword.html

この文書を担当する委員会は、ISO/TC 20「航空機および宇宙船」、および小委員会 SC 14「宇宙システムおよび運用」です。

この第 2 版は、技術的に改訂された第 1 版 (ISO 17520:2016) を廃止し、置き換えます。

主な変更点は以下のとおりです。

  • IGRF モデルを使用して計算されたエポック 2015 と 2020 の基本テーブルが追加されました。

導入

この文書は、地球の磁気圏内部への荷電粒子の浸透の有効垂直カットオフ剛性を決定するための主要な要件について説明します。このモデルは、指定された現地時間における磁気圏の任意の点におけるカットオフ剛性の計算を提供します。この文書は、剛性が 0.2 GV を超える惑星間荷電粒子 (銀河、太陽、および異常粒子) のいずれかの成分による粒子侵入の計算に適用できます。 K p 指数によって記述される地磁気の擾乱に応じてこれらの要件を満たすモデルは付録 B に示されています。有効な垂直地磁気カットオフ剛性を決定するための現在の標準化の主な目標は次のとおりです。

  • 地磁気擾乱と現地時間への依存性を反映する、地球の磁気圏内部のカットオフ剛性を計算するための明確な手順を提供します。
  • 宇宙実験の解釈と分析における荷電粒子束の影響を推定する手段を提供します。

1 スコープ

この文書は、地球近傍空間における荷電粒子の有効垂直カットオフ剛性について説明し、地球の地磁気のさまざまなモデルに基づいてその計算の主要な要件を確立します。 [ 1] この技術は、荷電粒子束による地球磁気圏への侵入の判定や、地球近傍空間の宇宙船やその他の機器への影響の試験と推定に役立ちます。

2 規範的参照

この文書には規範的な参照はありません。

3 用語と定義

この文書の目的上、次の用語と定義が適用されます。

ISO と IEC は、標準化に使用する用語データベースを次のアドレスで維持しています。

3.1

内部磁場

主磁場

地球の核内部の発生源によって生成される磁場

注記 1:内部磁場は ISO 16695 [ 2] に記載されています。

注記 2: これは、 国際地磁気基準場 (IGRF) モデル (3.2) によって表すことができます。

3.2

国際地磁気基準場モデル

IGRFモデル

一連の球面調和関数の形式の地磁気基準場

注記 1:参考文献 [3] を参照。

注記 2:膨張係数は時間の経過とともにごくわずかに変化します。

注記 3:国際地磁気航空協会 (IAGA) は、IGRF モデルの開発と修正を担当しており、その係数を 5 年ごとに承認しています。内部磁場はこの文書の主題ではありません。

3.3

外部磁場

磁気圏源によって生成される磁場

注記 1: これは、さまざまなモデル、たとえば Tsyganenko-89 [ 4] や参考文献 [5], [6], および [7] に示されているより最近のモデルによって説明できます。

3.4

地磁気

内部磁場 (3.1) と 外部磁場 (3.3) の合計

3.5

粒子電荷

Z

+ ne , ( n =1, 2, 3….)ここで, e は電子の電荷の値 (1.60×10 -19 C)

3.6

粒子の磁気剛性

R

粒子の運動量とその電荷に関連する値。次のように計算されます。 R = p c /Z

(1)

どこ
pは粒子の運動量です。
cは光の速度です。
Zは 粒子の電荷 (3.5)
注記 1:陽子と原子核の磁気剛性は、式 (2) に従って粒子のエネルギーに関係します。 mml_m1

(2)

どこ
Eは運動エネルギー (GeV/u) です。
Aダルトン(原子質量単位)で表した粒子の質量です。
M陽子の静止質量は 0.931 GeV に等しい

3.7

カットオフ剛性

剛性空間内で、剛性が低下するにつれて許容軌道から禁止軌道へ移行する位置

3.8

カットオフ剛性の低下

R L

地球磁場の外部からの侵入が禁止される、これより低い粒子の剛性値

注記 1:R L 計算された最低カットオフ値、すなわちコンピュータシミュレーションで得られた最低の許容/禁止遷移の剛性値です。

3.9

上部カットオフ剛性

メインカットオフ剛性

R U

地球磁場の外部からの侵入が許可される粒子の剛性値

注記 1:R U 、計算された上限カットオフ値の剛性値、つまりコンピュータシミュレーションで得られた最大の許容/禁止遷移の剛性値です。

3.10

半影

下限カットオフ剛性(3.8) と 上限カットオフ剛性(3.9) の間の剛性範囲

3.11

実効カットオフ剛性

R

半影 (3.10) 内の特定の方向における等価総到達可能宇宙放射線を指定する数値

3.12

有効垂直カットオフ剛性

EVRC

垂直方向(地球の中心に向かって放射状)の固定点に到達する粒子に対する 有効カットオフ剛性 (3.11)

注記 1:所定の方向における 半影 (3.10) 構造の全体的な効果は、多くの目的で、有効カットオフ剛性によって表すことができます。

3.13

K p インデックス

世界中に分布する 13 の観測点からのデータに基づく地磁気活動の 3 時間の準対数指数

注記 1:K p 指数は、もともとドイツの GeoforschungsZentrum で導出されました ( http://www.gfzpotsdam.de/en/research/organizationalunits/Departments/Department-2/earthsmagnetic-field ) www.swpc.noaa.gov からも入手できます。

注記 2:範囲は 0 から 9 です。

参考文献

1Desorger L.、Kudela K.、Flükiger E.、Bütikofer R.、Storini M.、Kalegaev V.、宇宙線物理学の文脈における地球の磁気圏磁場モデルの比較、Acta Geophysic 2008, 57 , pp. 75-87
2ISO 16695, 宇宙環境 (自然および人工) — 地磁気参照モデル
3IGRF モデル - https://www.ngdc.noaa.gov/IAGA/vmod/igrf.html
4Tsyganenko NA, 歪んだテール電流シートを備えた磁気圏磁場モデル、惑星。宇宙科学。 1989, 37 ( 1 ) , pp.5-20
5Tsyganenko NA, 夜明けと夕暮れの非対称性を備えた近磁気圏のモデル - 1. 数学的構造、J. Geophy Res. 2002, 107 ( A8 ) 、10.1029/2001JA000219
6Tsyganenko NA, Sitnov MI, 強い地磁気嵐中の内部磁気圏のダイナミクスのモデル化、J. Geophy Res. 2005, 110 ( A3 ) 、10.1029/2004JA010798
7ISO 22009, 宇宙環境 (自然および人工) — 地球の磁気圏磁場のモデル
8Smart DF, Shea MA, Flükiger EO, 磁気圏モデルと軌道計算、Space Science Rev. 2000, 93, pp. 305-333
9Smart DF, Shea MA, Tylka AJ, Boberg PR, 地磁気カットオフ剛性補間ツール: 精度検証と宇宙天気への応用、Adv. Space Res. 2006, 37, pp. 1206-1217
10Nymmik RA, Yushkov B.YU.、Panasyuk MI, Petrukhin VV, 「荷電粒子の LEO への侵入を操作的に計算する方法」、Adv. Space Res. 2010, 46, pp. 303-309
11Smart DF, Shea MA, Boberg PR, Robinson Z.、Fisher J.、Adams J.、Westlake W.、宇宙放射線カットオフ剛性値の Tsyganenko 1989 磁気圏変調を国際地磁気基準場のさまざまな時代に転送、Adv. Space Res . 2023, 72, pp. 577-589
12NIMA 技術報告書 TR8350.2, 「国防総省世界測地系 1984 年、その定義と局所測地系との関係」、第 3 版、1997 年。
13Cooke DJ, Humble JE, Shea MA, Smart DF, Lund N, Rasmussen IL, Byrnak B, Goret P, Petro N, 宇宙線カットオフ用語について。 Il Nuovo Cimento, 1991, 14, 213-234 ページ
14Shea MA, Smart DF, エポック 1990,0 の 450 km で計算された宇宙線カットオフ剛性、Proc.第 25 回 ICR, V.2, P.197-200, 1997

Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the different types of ISO document should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives ).

ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use of (a) patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed patent rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO had not received notice of (a) patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers are cautioned that this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent database available at www.iso.org/patents . ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www.iso.org/iso/foreword.html .

The committee responsible for this document is ISO/TC 20, Aircraft and space vehicles, and Subcommittee SC 14, Space systems and operations.

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 17520:2016), which has been technically revised.

The main changes are as follows:

  • basic tables for epoch 2015 and 2020 calculated using IGRF model are added.

Introduction

This document describes principal requirements for determination of the effective vertical cut-off rigidity of penetration of charged particles inward the Earth's magnetosphere. This model provides for calculations of cut-off rigidity in arbitrary point of the magnetosphere at given local time. The document is applicable for calculating the particle penetration by any of the component of interplanetary charged particles (galactic, solar, and anomalous) with rigidities above 0,2 GV. The model satisfying these requirements depending on geomagnetic disturbances described by the Kp-index is presented in Annex B. The main goals of the present standardization for the determination of the effective vertical geomagnetic cut-off rigidities are as follows:

  • provide an unambiguous procedure for calculation of the cut-off rigidities inside of the Earth’s magnetosphere reflecting dependences on geomagnetic disturbances and local time;
  • provide means of estimation of the impact of charged particle fluxes in interpretation and analysis of space experiments.

1 Scope

This document describes the effective vertical cut-off rigidities of charged particles for near-Earth space and establishes principal requirements for their calculation based on different models of Earth’s geomagnetic field.[1] The techniques are useful for determination of penetrating into the Earth's magnetosphere by charged particle fluxes, as well as for test and estimations of the impact on spacecrafts and other equipment in the near-Earth space.

2 Normative references

There are no normative references in this document.

3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:

3.1

internal magnetic field

main magnetic field

magnetic field produced by the sources inside the Earth's core

Note 1 to entry: Internal magnetic field is described in ISO 16695 [2].

Note 2 to entry: It can be presented by the International Geomagnetic Reference Field (IGRF) model (3.2) .

3.2

International Geomagnetic Reference Field model

IGRF model

geomagnetic reference field in the form of a series of spherical harmonic functions

Note 1 to entry: See Reference [3].

Note 2 to entry: The expansion coefficients undergo very slight changes in time.

Note 3 to entry: The International Association of Geomagnetism and Aeronomy (IAGA) is responsible for IGRF model development and modifications and approves its coefficients every five years. The internal magnetic field is not the subject of this document.

3.3

external magnetic field

magnetic field produced by magnetospheric sources

Note 1 to entry: It can be described by different models, e.g. Tsyganenko-89[4] and more recent models presented in References [5],[6], and [7].

3.4

geomagnetic field

sum of internal magnetic field (3.1) and external magnetic field (3.3)

3.5

particle charge

Z

+ne, (n=1, 2, 3….) ここで, e is the value of electron charge (1,60×10-19 C)

3.6

particle magnetic rigidity

R

value related to a particle’s momentum and its charge, calculated by: R = pc/Z

(1)

where
pis the particle momentum;
cis the speed of light;
Zis the particle charge (3.5)
Note 1 to entry: The magnetic rigidity of protons and nuclei is related to the particle's energy in accordance with Formula (2). mml_m1

(2)

where
Eis the kinetic energy in GeV/u;
Ais the particle's mass in Dalton (atomic mass unit);
M0is the rest mass of proton equal to 0,931 GeV

3.7

cut-off rigidity

location of a transition, in rigidity space, from allowed to forbidden trajectories as rigidity is decreasing

3.8

lower cut-off rigidity

RL

rigidity value of a particle lower than which access for penetration from outside of the Earth’s magnetic field is forbidden

Note 1 to entry:RL is the calculated lowest cut-off value, i.e. the rigidity value of the lowest allowed/forbidden transition obtained in computer simulations.

3.9

upper cut-off rigidity

main cut-off rigidity

RU

rigidity value of a particle higher than which access for penetration from outside of the Earth’s magnetic field is allowed

Note 1 to entry:RU is the rigidity value of the calculated upper cut-off value, i.e. the rigidity value of the highest allowed/forbidden transition obtained in computer simulations.

3.10

penumbra

rigidity range lying between the lower cut-off rigidity (3.8) and the upper cut-off rigidity (3.9)

3.11

effective cut-off rigidity

Reff

numerical value which specifies the equivalent total accessible cosmic radiation within the penumbra (3.10) in a specific direction

3.12

effective vertical cut-off rigidity

EVRC

effective cut-off rigidity (3.11) for a particle arriving to a fixed point in the vertical direction (radially to the centre of the Earth)

Note 1 to entry: The total effect of the penumbra (3.10) structure in a given direction may be represented, for a number of purposes, by the effective cut-off rigidity.

3.13

Kp-index

three-hour quasi-logarithmic index of geomagnetic activity based on data of from 13 stations distributed around the world

Note 1 to entry: The Kp-index is originally derived at GeoForschungsZentrum in Germany ( http://www.gfzpotsdam.de/en/research/organizationalunits/departments/department-2/earthsmagnetic-field ). It is also available at www.swpc.noaa.gov .

Note 2 to entry: The range is from zero to nine.

Bibliography

1Desorger L., Kudela K., Flükiger E., Bütikofer R., Storini M., Kalegaev V., Comparison of Earth’s magnetospheric magnetic field models in the context of cosmic ray physics, Acta Geophysica. 2008, 57 , pp. 75-87
2ISO 16695, Space environment (natural and artificial) — Geomagnetic reference models
3IGRF model - https://www.ngdc.noaa.gov/IAGA/vmod/igrf.html
4Tsyganenko N.A., Magnetospheric magnetic field model with a warped tail current sheet, Planet. Space Sci. 1989, 37 ( 1 ) , pp.5-20
5Tsyganenko N.A., A model of the near magnetosphere with a dawn-dusk asymmetry - 1. Mathematical structure, J. Geophys. Res. 2002, 107 ( A8 ) , 10.1029/2001JA000219
6Tsyganenko N.A., Sitnov M.I., Modeling the dynamics of the inner magnetosphere during strong geomagnetic storms, J. Geophys. Res. 2005, 110 ( A3 ) , 10.1029/2004JA010798
7ISO 22009, Space environment (natural and artificial) — Model of the Earth's magnetospheric magnetic field
8Smart D.F., Shea M.A., Flükiger E.O., Magnetosphere models and trajectory computations, Space Science Rev. 2000, 93, pp. 305-333
9Smart D.F., Shea M.A., Tylka A.J., Boberg P.R., A geomagnetic cutoff rigidity interpolation tool: Accuracy verification and application to space weather, Adv. Space Res. 2006, 37, pp. 1206-1217
10Nymmik R.A., Yushkov B.YU., Panasyuk M.I., Petrukhin V.V., The method for operative calculating the charged particles’ penetration to the LEO, Adv. Space Res. 2010, 46, pp. 303-309
11Smart D.F., Shea M.A., Boberg P.R., Robinson Z., Fisher J., Adams J., Westlake W., Transferring Tsyganenko 1989 magnetospheric modulation for cosmic radiation cutoff rigidity values to different epochs of the International geomagnetic reference field, Adv. Space Res. 2023, 72, pp. 577-589
12NIMA Technical Report TR8350.2,"Department of Defense World Geodetic System 1984, its definition and relationships with Local Geodetic Systems", 3rd Edition, 1997.
13Cooke D.J., Humble J.E., Shea M.A., Smart D.F., Lund N., Rasmussen I.L., Byrnak B., Goret P., Petrou N., On cosmic-ray cut-off terminology. Il Nuovo Cimento, 1991, 14, pp. 213-234
14Shea M.A., Smart D.F., Calculated cosmic ray cutoff rigidities at 450 km for epoch 1990,0, Proc. 25th ICRC (Durban), V.2, P.197-200, 1997