Мала експериментальня електродинамічна космічна тросовя система. Електрична модель
Рубрика:
| 1Пироженко, ОВ, Міщенко, ОВ 1Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України, Дніпропетровськ |
| Косм. наука технол. 2018, 24 ;(3):03-09 |
| https://doi.org/10.15407/knit2018.03.003 |
| Мова публікації: Російська |
Анотація: Інтерес до експериментальних досліджень з електродинамічними космічними тросовими системами (ЕДКТС) на низьких навколоземних орбітах (ННО) зберігається вже протягом декількох десятків років. Цей інтерес обумовлений перспективністю використання ЕДКТС для транспортних операцій та відведення космічного сміття. Зниження вартості таких експериментів пов'язане з використанням малих тросових систем. Метою статті є розробка електричної моделі пасивної ЕДКТС, тобто такої ЕДКТС, в якій не передбачені додаткові контактори з плазмою.
Дана модель ґрунтується на зондовій теорії та рівності електронного та іонного струмів, що збираються системою в іоносферній плазмі. Модель дозволяє розраховувати параметри експериментальної ЕДКТС, що забезпечують існування анодної та катодної частин системи для обраної орбіти, а також прогнозувати напругу та струми в частинах системи. Розглядається ЕДКТС двох тіл, з'єднаних струмопровідним тросом. Як трос розглядається або циліндрична нитка, або стрічка. Потік зарядів на трос розраховується за зондовою теорією для циліндрів для орбітально обмеженого струму. Розрахунок струму на кінцеві тіла ЕДКТС ґрунтується на моделях для великих сферичних зондів. Збирання струму іонів негативно зарядженим тілом є одним з найбільш складних для моделювання процесів і найменш експериментально перевіреним. Для його розрахунку в доповіді використано модель Альперта—Лема для струму, обмеженого шаром. Відзначимо, що оскільки коефіцієнти цієї теорії були знайдені емпірично для електронного струму, то для іонного струму вони можуть бути іншими і вимагають експериментальної перевірки. Основною особливістю взаємодії розглянутої ЕДКТС з іоносферною плазмою є порівняно коротка її анодна частина. Розрахунки показують, що при будь-яких довжинах троса позитивно заряджена частина не перевищує 2 % всієї довжини. На відміну від попередньої моделі, запропонована модель дозволяє простіше провадити розрахунки та оцінки ефектів взаємодії системи з плазмою, а також враховувати ряд додаткових факторів, які можуть вносити значні поправки в роботу системи
|
| Ключові слова: електрична модель, електродинамічна космічна тросова система, система відведення космічних апаратів |
References:
1. Boyd R. L. F. Langmuir probes on a spacecraft. Methods of plasma research. Moscow : Mir (1971) [in Russian].
2. Kozlov O. V. Electrical probe in plasma. Мoscow.: Atomizdat (1969) [in Russian].
3. Ahedo E., Sanmartin J. R. Analysis of Bare-Tether Systems for Deorbiting Low-Earth-Orbit Satellites. J. Spacecraft and Rockets. 39 (2). 198—205 (2002).
4. Chu C. K., Gross R. A. Alfven waves and induction ragon long cylindrical satellites. AIAA J. 4 (12). 2209—2214 (1966).
5. HTV-KITE Experiment. spaceflight101.com.
6. Johnson L., Fujii H.A., Sanmartin J. R. Electrodynamic Propulsion System Tether Experiment (T-REX). NASA Technical Reports Server (NTRS). 20100024214. 30 p. (2010). URL: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20100024214.pdf
7. Miniature Tether Electrodynamics Experiment (MiTEE).
8. Sanmartin J. R., Estes R. D. Cylindrical Langmuir probes beyond the orbital-motion-limited regime. J. Physics of Plasmas. 7 (10). 4320—4325 (2000).
9. Sanmartin J. R., Lorenzini E. C. Spherical Collectors Versus Bare Tethers for Drag, Thrust, and Power Generation. AIAA 2005-4434 - 41st AIAA/ASME/SAE/. ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit 10 — 13 July 2005, Tucson, Arizona. P. 1—7 (2005).
10. Sanmartin J. R., Lorenzini E. C., Martinez-Sanchez M. Electrodynamic tether applications and constraints. J. Spacecraft and Rockets. 47 (3). 142—156 (2010).
11. Tether Electrodynamic Propulsion CubeSat Experiment (TEPCE). URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Space_tether_missions#CubeSat_technology