Моделирование радиационной электризации подветренных поверхностей космических аппаратов на полярной орбите в ионосфере Земли

Рубрика: 
Космические аппараты и полезная нагрузка
1Шувалов, ВА, 1Кочубей, ГС, Приймак, АИ, Губин, ВВ, Резниченко, НП
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
Язык публикации: русский
Аннотация: 
Разработана методология физического моделирования радиационной электризации подветренных поверхностей элементов конструкции космических аппаратов авроральными электронами при сверхзвуковом обтекании их ионосферной плазмой на низких и средних высотах. По результатам стендовых, многочисленных экспериментов и натурных измерений определены уровни зарядки, величины равновесных потенциалов в зависимости от соотношения концентраций высокоэнергичных электронов и положительных ионов в близком следе за телом и в невозмущенной плазме.
Ключевые слова: ионосфера, невозмущенная плазма, радиационная электризация
Полный 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.