Моделювання радіаційної електризації підвітряних поверхонь космічних апаратів на полярній орбіті в іоносфері Землі

Рубрика: 
Космічні апарати і корисне навантаження
Шувалов, ВО, 1Кочубей, ГС, Приймак, АІ, Губін, ВВ, Резниченко, МП
1Інститут технічної механіки Нацiональної академії наук України i Державного космічного агентства України, Дніпропетровськ
Косм. наука технол. 2001, 7 ;(5-6):030-043
https://doi.org/10.15407/knit2001.05.030
Мова публікації: російська
Анотація: 
Розроблено методологію фізичного моделювання радіаційної електризації підвітряних поверхонь елементів конструкції космічних апаратів авроральними електронами при надзвуковому обтіканні їх іоносферною плазмою на низьких та середніх висотах. За результатами стендових, чисельних експериментів та натурних вимірювань визначено рівні заряджання, величини рівноважних потенціалів в залежності від співвідношення концентрацій високоенергійних електронів та позитивних іонів у близькому сліді за тілом і у незбуреній плазмі.
Ключові слова: іоносфера, незбурена плазма, радіаційна електризація
Повний текст (PDF)
 
References: 
1.  Акишин А. И., Новиков Л. С. Эмиссионные процессы при воздействии на материалы факторов космической среды // Космическая технология и материаловедение. — М.: Нау­ка, 1982.—С. 85—89.
2.  Альперт Я. Л. Волны и искусственные тела в приземной плазме. — М.: Наука, 1974.—214 с.
3.  Альперт Я. Л., Гуревич А. В., Питаевский Л. П. Искусст­венные  спутники  в разреженной  плазме.   —  М.:  Наука, 1964.—384 с.
4.  Антонов В. М., Пономаренко А. Г. Лабораторные исследо­вания эффектов электризации космических аппаратов. — Новосибирск: Наука, 1992.—115 с.
5.  Бронштейн И. М., Фрайман Б. С. Вторичная электронная эмиссия. — М.: Наука, 1969.—408 с.
6.  Гродзовский Г. Л., Никитин В. Е., Скворцов В. В. Пробле­ма взаимодействия аппаратов с ионосферой // Физика и применение плазменных ускорителей. — Минск: Наука и техника, 1974.—С. 290—308.
7.   Гуревич А. В., Питаевский Л. П., Смирнова В. В. Ионос­ферная   аэродинамика   //   Успехи   физических   наук.— 1969.—99, № 1.—С. 3—49.
8.  Гуревич А.  В.,   Смирнова  В.  В.   Обтекание  плоских  тел сверхзвуковым потоком разреженной плазмы // Геомагне­тизм и аэрономия.—1970.—10, № 3.—С. 402—407.
9.  Гуревич А. В., Шварцбург А. Б. Нелинейная теория рас­пространения   радиоволн   в   ионосфере.   —   М.:   Наука, 1973.—272 с.
10.  Каминский М. Атомные и ионные столкновения на поверх­ности металла. — М.: Мир, 1967.—507 с.
11.  Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. — М.: Физмат, 1959.— 532 с.
12.  Мак—Даниэль И. Процессы столкновений в ионизованных газах. — М.: Мир, 1967.—832 с.
13.  Носачев Л. В., Скворцов В. В. Исследование распределения ионного тока в следе за цилиндрическими и сферическими телами в потоке аргоновой и азотной плазмы // Ученые записки ЦАГИ.—1970.—1, № 5.—С. 39—43.
14.  Носачев Л. В.,  Скворцов В.  В. Исследование медленных ионов потока разреженной плазмы при помощи многоэлек­тродного   зонда   //   Ученые   записки   ЦАГИ.—1973.—4, № 3.—С. 32—36.
15.  Оран У., Самир Ю., Стоун Н. Медленные ионы в плазмен­ных   аэродинамических   трубах   //   Ракетная   техника   и космонавтика.—1976.—14, № 8.—С. 180—181.
16.  Скворцов   В.   В.,   Носачев  Л.   В.   Некоторые   результаты исследования возмущений, вносимых телами в поток разре­женной плазмы // Космические исследования.—1968.—6, № 6.—С. 855—859.
17.  Смирнова В. В. Дискретная модель плоского обтекания тел потоком разреженной плазмы // Геомагнетизм и аэроно­мия.—1971.—11, № 2.—С. 230—237.
18.  Хестер С., Сонин А. Лабораторные исследования следа за ионосферными спутниками // Ракетная техника и космо­навтика.—1970.—8, № 6.—С. 125—135.
19.  Хилл Дж. Р., Уиппл Э. К. Электризация больших конст­рукций в космосе применительно к проблеме космических полетов под солнечным парусом // Аэрокосмическая техни­ка.—1986.—№ 3.—С. 122—131.
20.  Шарфман И., Талбот У. Использование ионных зондов в условиях   сверхзвукового   потока   плазмы   //   Ракетная техника и космонавтика.—1970.—8, № 6.—С. 97—104.
21.  Шувалов В. А.  Обтекание сферы потоком неравновесной разреженной   плазмы   //   Геомагнетизм   и   аэрономия.— 1979.—19, № 6.—С. 994—1000.
22.  Шувалов В. А. Структура ближнего следа за цилиндром в потоке  разреженной  плазмы  //  Геомагнетизм  и  аэроно­мия.—1980.—20, № 3.—С. 425—429.
23.  Шувалов В. А. Моделирование взаимодействия тел с ионо­сферой. — Киев: Наук, думка, 1995.—180 с.
24.  Шувалов   В.   А.,   Губин   В.   В.   Об   определении   степени неизотермичности потока разреженной плазмы зондовыми методами //  Теплофизика высоких температур.—1978.— 16, № 4.—С. 688—692.
25.  Шувалов В. А., Зельдина Э. А. О влиянии распределения плотности ионов на структуру электростатического поля в следе   за   спутниками   //   Геомагнетизм   и   аэрономия.— 1975.—15, № 4.—С. 627—632.
26.  Шувалов   В.   А.,   Зельдина  Э.   А.   О   структуре  электро­статического поля в следе за сферой в потоке равновесной плазмы низкой плотности // Геомагнетизм и аэрономия.— 1976.—16, № 4.—С. 603—607.
27.  Шувалов В. А., Приймак А. И., Губин В. В. Моделирование радиационной   электризации   космических   аппаратов   в ионосфере  и  магнитосфере  //  Космічна  наука  і  техно­логія.—1998.—4, № 5/6.—С. 28—35.
28.  Шувалов В. А., Приймак А. И., Губин В. В., Токмак Н. А. Нейтрализация   высоковольтных   зарядов   на   поверхности
диэлектрика потоками плазмы и электромагнитного излу­чения // Физика плазмы и плазменные технологии ФППТ-2. — Минск: Ин-т молекулярной и атомной физики АН Беларуси, 1997.—Т. 3.—С. 432—435.
29.  Anderson P. С., Koons H. С. Spacecraft charging anomaly a low-altitude satellite in an Aurora // J. Spacecraft and Rock­ets.—1996.—33, N 5.—P. 734—738.
30.  Davies R. E., Dennison J. R. Evolution of secondary electron emission characteristics of spacecraft surface // J. Spacecraft and Rockets.—1998.—34, N 4.—P. 571—574.
31.  Enloe C. L., Cooke D. J., Meassick S. et. al. Ion collection in a   spacecraft  wake:   laboratory   simulations   //   J.   Geophys. Res.—1993.—98, N A8.—P. 13635—13644.
32.  Fournier G., Pigache D. Wakes in collisionless plasma // Phys. Fluids.—1975.—18, N 11.—P. 1443—1453.
33.  Gussenhoven M. S., Hardy D. A., Rich F. et al. High-level spacecraft charging in the low-altitude polar auroral environ­ment // J. Geophys. Res.—1985.—90, N All.—P. 11009— 11023.
34.  Isensee  U.,   Lehz  W.,   Maasberg  H.  A  numerical  model  to calculate the wake structure of a spacecraft under ionospheric conditions // Advance Space Res.—1981.—1, N 2.—P. 409— 412.
35.  Knudsen W. C., Harris К. К. lon-impact-produced secondary electron emission and its effect on space instrumentation mecha­nism // J. Geophys. Res.—1973.—78, N 7.—P. 1145—1153.
36.  Labramboise J. Theory of spherical and cylindrical Langmuir probe   in   a   collisionless   plasma   at   rest   //   Rarefied   Gas Dynamics. — N. Y.: Acad. Press, 1965.—Vol. 2.—P. 22—412.
37.  Laframboise J. G., Luo J. High-voltage polar orbit and beam-induced charging of a dielectric spacecraft: a wake-induced barrier effect mechanism  //  J.   Geophys.  Res.—1989.—94, N A7.—P. 9033—9048.
38.  Langmuir J.,  Blodgett K.   Currents limited by  space charge between coaxial cylinders // Phys. Rev.—1923.—22, N 4.— P. 317—321.
39.  Liu V. C. Ionospheric gas dynamics of satellite and diagnostic probes // Space Sci. Rev.—1969.—9.—P. 423—490.
40.  Martin A. R. A review of spacecraft / plasma interactions and effects of space systems // J. British interplanetary society.— 1994.—47.—P. 134—142.
41.  Morgan M. A., Chan C., Allen R. C. A laboratory study of the electron temperature in the near wake of a conducting body // Geophys. Res. Letters.—1987.—14, N 11.—P. 1170—1173.
42.  Murphy G. В., Reasoner D. L., Tribble A., et. al. The plasma wake of the Shuttle orbiter // J. Geophys. Res.—1989.—94, N A6.—P. 6866—6872.
43.  Parker L. W. Differential charging and sheath asymmetry of nonconducting spacecraft due to plasma flows // J. Geophys. Res.—1978.—83, N A10.—P. 4873—4880.
44.  Pigach D. A laboratory simulation of the ionospheric plasma // AJAA Paper.—1971.—N 71-608.—P. 13.
45.  Sajben M.,  Blumental D.  Experimental study of a rarefied plasma stream and its interaction with simple bodies // AJAA Paper.—1969.—N 69-79.—P. 13.
46.  Samir U., Stone N. A., Wright К. Н. On plasma disturbances caused by the motion of the space Shuttle and small satellite: a comparison of in situ observation // J. Geophys. Res.—1986.— 91, N AL—P. 277—285.
47.  Samir V. Bodies in flowing plasma spacecraft measurements // Advance Space Res.—1981.—1, N 2.—P. 373—394.
48.  Samir V.,  Gordon R.,  Brace L.,  Theis R.  The near -wake structure of the Atmosphere Explorer С  (АЕ-С)  satellite: A parametric   investigation   //   J.   Geophys.   Res.—1979.—84, N A2.—P. 513—525.
49.  Samir V., Kaufman Y., Brace L., Brinton H. The dependence of ion density in the wake of the AE-C satellite on the radio
body size to debye length in on  [O+]-dominated plasma // J. Geophys. Res.—1980.—85, N A4.—P. 1769—1772.
50.  Samir V., Stone N. Shuttle-era experiments in the area plasma flow interaction with body in space // Acta astronautica.— 1980.—7, N 10.—P. 1091 — 1141.
51.  Samir V., Weldman P. J., Rich F., et al. About the parametric interplay between ionic Mach number, body-size and satellite potential in determining the ion depletion in the wake of the S3-2  satellite  //  J.   Geophys.  Res.—1981.—86,   N  A13.— P. 11161 — 11166.
52.  Scharfman   W.   Comparison   of   a   modified-Langmuir   probe analysis with computer solutions of electrostatic probes // Phys. Fluids.—1968.—11, N 4.—P. 689—691.
53.  Senbetu L., Henley J. R. Distribution of plasma density and potential around a mesothermal ionosphere object // J. Geo­phys. Res.—1989.—94, N A5.—P. 5441—5448.
54.  Stenglass E. J. Backscattering of kilovolt electrons from solids // Phys. Review.—1954.—54, N 2.—P. 345—358.
55.  Wang J., Hastings D. E. Ionospheric plasma flow over large high-voltage space platforms. II: The formation and structure of plasma wake // Phys. Fluids В.—1992.—4, N 6.—P. 1615— 1629.

56. Wang J., Lenng P., Garrett H., Murphy G. Multibody-plasma interactions: charging in the wake // J. Spacecraft and Rock­ets.—1994.—31, N 5.—P. 889—894.