ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА
ISSN 1561-9184 (печатная версия), ISSN 2616-6380 (електронная версия)

ГЛАВНАЯ    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЛЕГИЯ    АВТОРАМ    ТЕКУЩИЙ ВЫПУСК    АРХИВ    КОНТАКТЫ

УДК 533.9

Техническая механика, 2018, 2, 60 - 70

ИСКУССТВЕННАЯ МИНИ-МАГНИТОСФЕРА КАК СРЕДСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА В ИОНОСФЕРЕ ЗЕМЛИ

Кучугурный Ю. П., Кулагин С. Н., Носиков С. В., Цокур А. Г.

Кучугурный Ю. П.
Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины
Украина

Кулагин С. Н.
Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины
Украина

Носиков С. В.
Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины
Украина

Цокур А. Г.
Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины
Украина

      Для обоснования возможности управления движением космических аппаратов в ионосфере с помощью устройства типа «магнитный парус» проанализированы результаты серии экспериментальных исследований взаимодействия моделей космических аппаратов с гиперзвуковым потоком разреженной плазмы. Предложена идея эксперимента на околоземной орбите с использованием микроспутника CubeSat. Если на борту космического аппарата поместить источник сильного магнитного поля, то при обтекании такого «намагниченного» аппарата гиперзвуковым потоком разреженной плазмы образуется неоднородная плазменная структура, подобная магнитосферам планет – искусственная мини-магнито¬сфера. При этом источнику поля будет передаваться часть импульса плазменного потока; появятся дополнительные силы, действующие на космический аппарат. Этот принцип лежит в основе «магнитного паруса» как нереактивного магнитогидродинамического двигательного устройства, использующего кинетическую энергию «солнечного ветра». На плазмоэлектродинамическом стенде проведены экспериментальные исследования взаимодействия моделей космических аппаратов с потоком плазмы. Определены зависимости силы сопротивления и подъемной силы, действующих на модели, от параметров потока и магнитного поля. Показано, что искусственная мини-магнитосфера может быть эффективным средством управления движением космического аппарата в ионосфере Земли. Для проведения эксперимента в околоземном пространстве на микроспутнике устанавливается конструкция из постоянных магнитов, помещенная в регулируемую оболочку, экранирующую магнитное поле. Определяются изменения орбиты спутника при снятии экрана в зависимости от параметров магнитного поля. Этот эксперимент был бы первой проверкой концепции «магнитного паруса» как движителя для космических аппаратов. Управление движением «намагниченного» тела за счет долговременного силового взаимодействия магнитного поля с ионосферной плазмой может служить ключевым элементом принципиально новой технологии очистки ионосферы от объектов «космического мусора».

Космический аппарат, кубсат, YuzhSat, ионосфера, мини-магнитосфера, плазма, магнитный парус, физическое моделирование, плазмоэлектродинамический стенд.

1. Паркер Е. Солнечный ветер. Успехи физических наук. 1964. Т. 84, № 1. С. 169–182.

2. Модель Космоса. В 2 т. Т. 1 Физические условия в космическом пространстве / Ред. М. И. Панасюк, Л. С. Новиков. – 8-е изд. – Москва: Книжн. Дом Университет, 2007. – 872 с.

3. Zubrin R. M. Andrews D. G. Magnetic Sails and Interplanetary Travel. Journal of Spacecraft and Rockets. 1991. V. 28, N. 2. P. 197–203.

4. Winglee R. M., Slough J., Ziemba T., Goodson A. Mini-Magnetospheric Plasma Propulsion: Tapping the en-ergy of the solar wind for spacecraft propulsion. Journal of Geophysical Research. 2000. V. 105, N. A9. P. 21067–21077.

5. Janhunen P. Electric Sail for Spacecraft Propulsion. Journal of Propulsion and Power. 2004. V. 20, N. 4. P. 763–764.

6. Антонов В. М. и др. Лабораторные эксперименты с терреллой: влияние кинетических масштабов на физическое подобие планетарным магнитосферам // Современные достижения в плазменной гелиогео-физике / Ред. Л. М. Зеленый, А. А. Петрукович , И. С. Веселовский. Москва: Институт космических ис-следований РАН, 2016. 672 с. C. 383–406.

7. Bamford R., Gibson K. J., Thornton A. J., Bradford J. et al. The interaction of a flowing plasma with a dipole magnetic field: measurements and modelling of a diamagnetic cavity relevant to spacecraft protection. Plasma Phys. Control. Fusion. 2008. V. 50, N. 12. Art. 124025 (11pp).

8. Битюрин В. А., Бочаров А. Н. О наземных МГД-экспериментах в гиперзвуковых потоках. Теплофизика высоких температур. 2010. Т. 48, В. 6. С. 916–923.

9. Shuvalov V. A., Tokmak N. A., Pis’mennyi N. I., Kochubei G. S. Control of the Dynamic Interaction of a “Mag-netized” Sphere with a Hypersonic Flow of Rarefied Plasma. High Temperature. 2015. V. 53, N. 4. Р. 463–469. Русск. перев.: Шувалов В. А., Токмак Н. А., Письменный Н. И., Кочубей Г. С. Управление динами-ческим взаимодействием “намагниченной” сферы с гиперзвуковым потоком разреженной плазмы. Теп-лофизика высоких температур. 2015. Т. 53, № 4. С. 487–493.

10. Shuvalov V. A., Tokmak N. A., Pis’mennyi N. I., Kochubei G. S. Dynamic interaction of a magnetized solid body with a rarefied plasma flow. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2016. V 57, N. 1. P. 145–152. Русск. перев.: Шувалов В. А., Токмак Н. А., Письменный Н. И., Кочубей Г. С. Динамическое взаимодействие твердого намагниченного тела с потоком разреженной плазмы. Прикладная механика и техническая физика. 2016. Т. 57, № 1. С. 167–175.

11. Шувалов В. А., Кочубей Г. С., Лазученков Д. Н. Взаимодействие космических аппаратов с потоками плазмы и электромагнитного излучения в атмосфере Земли. Техническая механика. 2015. № 4. С. 117–125.

12. Шувалов В. А., Кулагин С. Н., Кочубей Г. С., Токмак А. А. Физическое моделирование эффектов взаи-модействия «намагниченных» тел с атмосферой Земли в гиперзвуковом потоке разряженной плазмы. Теплофизика высоких температур. 2012. Т. 50, № 3. С. 337–345.

13. Токмак Н. А., Кучугурный Ю. П., Кочубей Г. С., Цокур А. Г. Мини-магнитосфера как средство управ-ления космическим аппаратом в ионосфере Земли. 17 Українська конференція з космічних досліджень, (Одеса, 21–25 серпня 2017 р.). Тези допов. Київ: ІКІ НАНУ і ДКАУ, 2017. 232 с. С. 223.

14. Шувалов В. А., Кучугурный Ю. П. Экспериментальное обоснование концепции искусственной мини-магнитосферы как средства управления движением космических аппаратов в ионосфере Земли. Космич. наука и технология. 2018. Т. 24, № 2. С. 43–46.

15. Шувалов В. А., Горев Н. Б., Кулагин С. Н., Кучугурный Ю. П. Торможение объекта «космического му-сора» с помощью собственного магнитного поля в ионосфере земли. Физическое моделирование. Кос-мические исследования. – (в печати).

16. Fujita K. Particle simulation of moderately-sized magnetic sail. Journal of Space Technology Science. 2004. V. 20, N. 2. P. 26–31.

17. Нишида А. Геомагнитный диагноз магнитосферы. Москва: Мир, 1980. 302 с.

18. Акасофу С. И., Чепмен С. Солнечно-земная физика. В 2 ч., Ч. 2. Москва: Мир, 1975. 512 с.

19. Технічні характеристики мікросупутникової платформи YuzhSat. Положення про порядок конкурсного відбору проектів корисного навантаження платформи YuzhSat. 2017. С. 3–5. URL: http://space-conf.ikd.kiev.ua/conference/info (Конкурс №2).

Copyright (©) 2018 Кучугурный Ю. П., Кулагин С. Н., Носиков С. В., Цокур А. Г.

Copyright © 2014-2018 Техническая механика