ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 533.9

Технічна механіка, 2018, 3, 33 - 42

ФІЗИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВЗАЄМОДІЇ КОСМІЧНИХ АПАРАТІВ З ПОТОКАМИ ПЛАЗМИ Й ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ В ІОНОСФЕРІ ЗЕМЛІ

Шувалов В. О., Кулагін С. М., Цокур А. Г., Кучугурний Ю. П., Резниченко М. П., Носіков С. В.

Шувалов В. О.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України
Україна

Кулагін С. М.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України
Україна

Цокур А. Г.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України
Україна

Кучугурний Ю. П.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України
Україна

Резниченко М. П.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України
Україна

Носіков С. В.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України
Україна

      Дан короткий аналіз результатів досліджень, виконаних у відділі механіки іонізованих середовищ Інституту технічної механіки Національної академії наук України та Державного космічного агентства України, з проблем фізичного моделювання взаємодії космічних апаратів (КА) з ионосферной плазмою і впливу на КА комплексу факторів космічного простору (ФКП). Фізичне моделювання є ефективним засобом для відтворення спектру основних процесів і явищ, супроводжуючих експлуатацію КА на орбіті і ініційованих впливом комплексу ФКП, особливо впливом гіперзвукових потоків розрідженої плазми, атомарного кисню і ультрафіолетового сонячного випромінювання. Для моделювання умов функционування КА в іоносфері Землі на висотах від 150 км до 40000 км розроблено і створено плазмоелектродинамічний стенд, що поєднує властивості плазмової аеродинамічної труби і вакуумної безлунної камери. На стенді проведено дослідження в рамках виконання наукових програм і робіт по створенню і експлуатації ряду виробів ракетно-космічної техніки. Досліджено спотворення радіовідбиттів від елементів конструкцій КА штучнимими плазмовими утвореннями. Вивчені процеси радіаційної електризації елементів конструкції КА. Розроблено методики проведення прискорених ресурсних випробовувань полімерних і композитних матеріалів при дії потоків атомарного кисню і вакуумного ультрафіолетового випромінення. Проведено моделювання дії комплексу факторів навколосупутникового середовища на сонячні батареї, внаслідок якої відбувається втрата електричної потужності і скорочення ресурсу батарей. Фізичне моделювання на основі прискорених ресурсних випробувань дозволяє відтворювати умови тривалої експлуатації КА: процеси деградації, зміни електрофізичних, термо-оптичних, енергетичних і масогабаритних характеристик матеріалів і покриттів елементів конструкції КА. Отримані в результаті моделювання залежності темпів деградації властивостей матеріалів і робочих систем КА від часу впливу ФКП на орбіті дозволяють прогнозувати стан матеріалів та елементів конструкцій, технічних систем КА в будь-який момент часу експлуатації і можуть бути використані на етапі проектування КА.

космічний апарат, іоносфера, плазма, фізичне моделювання, плазмоелектродинамічний стенд

1. Shuvalov V. A., Churilov A. E., Bystritskii M. G. Distortion radio reflections from spacecraft construction ele-ments by plasma jets and structures: Physical Modeling. Cosmic Research. 2004. V. 42, No. 3. Р. 228–237.

2. Shuvalov V. A., Pis’mennyi N. I., Kochubei G. S., Tokmak N. A. The mass loss of spacecraft polyimide films under the action of atomic oxygen and vacuum ultraviolet radiation. Cosmic Research. 2014. V. 52. No. 2. P. 99–105. doi: 10.1134/S0010952514020063.

3. Shuvalov V. A., Tokmak N. A., Reznichenko N. P. Phisical simulation of the action of atomic oxygen and vac-uum ultraviolet radiation on polymer materials in the Earth’s ionosphere. Instruments and Experimental Tech-niques. 2016. V. 59. No. 3. P. 442–450. doi: 10.1134/S0020441216020263.

4. Shuvalov V. A., Reznichenko N. P., Tsokur N. P., Nosikov S. V. Synergetic effects of atomic oxygen and vac-uum ultraviolet radiation on polymer materials in the Earth’s ionosphere. High Energy Chemis-try. 2016. V. 50, No. 3. P. 171–176. doi: 10.1134/S0018143916030140.

5. Shuvalov V. A., Kochubei G. S., Gubin V. V., Tokmak N. A. Power losses of solar arrays under the action of an environment in a geosynchronous orbit. Cosmic Research. 2005. V. 45, No. 4. P. 259–267.

6. Shuvalov V. A., Kochubei G. S., Priimak A. I., Pis’mennyi N. I., Tokmak N. A. Changes of properties of the materials of spacecraft solar arrays under the action of atomic oxygen. Cosmic Re-search. 2007. V. 45. No. 4. P. 294–394. doi:10.1134/S001095250704003X.

7. Шувалов В. А., Письменный Н. И., Кочубей Г. С., Носиков С. В. Потери мощности солнечных батарей космического аппарата в полярной ионосфере и в магнитосфере Земли. Космічна наука і технологія. 2011. Т. 17. № 3. С. 5–15. doi: 10.15407/knit2011.03.005.

8. Shuvalov V. A., Priimak A. I., Gubin V. V. Radioactive electrization of spacecraft construction elements: physi-cal modeling of charge accumulation and neutralization. Cosmic Research. 2001. V.39, No. 1, Р. 15–22. doi: 10.1023/A:1002879626515.

9. Shuvalov V. A., Kochubei G. S., Priimak A. I., Gubin V. V., Tokmak N. A. Radioactive elektrization of space-craft leeward surfaces by aurora electrons in the ionosphere. Cosmic Research. 2003. V. 41, No. 4. P. 413–423. doi: 10.1023/A:1025018029138.

10. Shuvalov V. A., Priimak A. I., Bandel K. A., Kochubei G. S. Charge transfer by high-energy electrons onto the leeward surfaces of a solid in a supersonic rarefied plasma flow. Journal Applied Mechanics and Technical Physics. 2008. V. 49, No. 1. Р. 9–17. doi: 10.1007/s10808-008-0002-x.

11. Авторское свидетельство на изобретение (СССР) № 845672 (Для сл. польз.). Многоэлектродный элек-трический зонд. Шувалов В. А., Губин В. В., Резниченко Н. П.; опубл. 06.03.1981.

12. Авторское свидетельство на изобретение (СССР) № 299889. Многоэлектродный преобразователь плотности потока частиц. Гадион В. Н., Гужва Е. Г., Никитский В. П., Шувалов В. А., Донской Л. А., Пылев В. П.; опубл. 01.08.1989.

13. Shuvalov V. A., Priimak A. I., Churilov L. E., and Reznichenko N. P. Inverse-Magnetron Converter for the Diagnostics of a Partially Ionized Gas Flow. Instruments and Experimental Techniques. 2001. V.44. N.2. P. 229–231. doi: 10.1023/A:10175755322138.

14. Shuvalov V. A., Priimak A. I., Gubin V. V., Lazuchenkov N. M., Tokmak N. A. A Gas-Discharge Plasma Source for the Modification of the Potential on Surface of an Insulator. Instruments and Experimental Tech-niques. 2002. V.45. N.2. P. 277–280. doi: 10.1023/A:1015337206427.

15. Патент Российской Федерации. № 2022053. Устройство для ионно-плазменной очистки диэлектриче-ских поверхностей. Антипов А. Т., Медников Б. А., Григорьев Ю. И., Шувалов В. А., Лавренюк С. Л., Хохлов Г. Г.; опубл. 1994, бюл. № 20.

16. Патент України на винахід №103452. Пристрій для вимірювання параметрів потоків розрідженого газу. Шувалов В.О., Кулагін С. М., Письменний М. І., Семенов Л. П., Скорік О. Д., Авдєєв А. М. ; опубл. 10.10.2013.

17. Shuvalov V. A, Lazuchenkov D. N., Gorev V B., Kochubei G. S. Identification of seismic activity sources on the subsatellite track by ionospheric plasma disturbances detected with the Sich-2 onboard probes. Аdvances in Space Research. 2018. No. 61. Р. 355–366. doi: 10.1016/j.asr.2017.08.001.

Copyright (©) 2018 Шувалов В. О., Кулагін С. М., Цокур А. Г., Кучугурний Ю. П., Резниченко М. П., Носіков С. В.

Copyright © 2014-2018 Технічна механіка