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

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

UDC 533.9

Технічна механіка, 2024, 4, 52 - 62

МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВИЗНАЧЕННЯ КІНЕТИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ЗАРЯДЖЕНИХ ЧАСТИНОК ПЛАЗМИ З ВИКОРИСТАННЯМ ІЗОЛЬОВАНОЇ ЗОНДОВОЇ СИСТЕМИ В ІОНОСФЕРНИХ УМОВАХ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2024.04.052

Лазученков Д. М.

Лазученков Д. М.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

      Метою статті є теоретичне обґрунтування можливості визначення кінетичних параметрів заряджених частинок іоносферної плазми за окремими вимірами струмів ізольованої зондової системи в області насичення електронів.
      При проведенні досліджень використано методи фізичного моделювання, числового розв’язання систем нелінійних диференціальих рівнянь, аналізу невизначеності вимірювань та комп'ютерного моделювання.
      Зондова система складається з циліндричних електродів – зонда та опорного електрода. Відношення площ опорного електрода і зонда може бути значно меншим за вимоги теорії одиночного циліндричного зонда. Електроди поперечно обтікаються надзвуковим вільномолекулярним потоком плазми.
      Склад заряджених частинок іоносферної плазми моделюється позитивними іонами атомарного кисню, атомарного водню та електронами, що забезпечують квазінейтральність плазми. Разом із математичною моделлю плазми з двосортними іонами розглянута модель плазми з модельними односортними іонами, маса яких вибирається так, щоб іонний струм насичення на циліндр був однаковим для обох моделей. На основі отриманого раніше асимптотичного розв’язку для струму насичення електронів у плазмі з односортними іонами отримано співвідношення, що зв'язує комплекс кінетичних параметрів заряджених частинок (температуру, спрямовану швидкість іонів та температуру електронів) плазми з результатами вимірювань зондових струмів. Числове та аналітичне дослідження цього співвідношення в рамках математичної моделі плазми з двосортними іонами дозволило знайти розрахункові формули для визначення кінетичних параметрів заряджених частинок за окремими вимірюваннями струмів ізольованої зондової системи в області насичення електронів.
      Отримано числові та аналітичні оцінки похибок розрахункових формул при визначенні кінетичних параметрів плазми з двосортними іонами залежно від відношення площин поверхонь електродів зондової системи, потенціалів зсуву зонда щодо опорного електрода та точності вимірювання зондових струмів.
      Визначено діапазони параметрів зондової системи, що забезпечують максимальну достовірність вимірювань в умовах іоносфери.
     

беззіштовхувальна плазма, зондова система з циліндричними електродами, моделі плазми з двосортними та односортними іонами, математичні моделі збирання струму, швидкість спрямованого руху іонів, температури заряджених частинок

1. Chung P. M., Talbot L., Touryan K. J. Electric Probes in Stationary and Flowing Plasmas. Springer-Verlag, 1975. 150 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-65886-0

2. Shuvalov V. A., Lazuchenkov D. N., Gorev N. B., Kochubei G. S. Identification of seismic activity sources on the subsatellite track by ionospheric plasma disturbances detected with the Sich-2 onboard probes. Advances in Space Research. 2018. V. 61, No. 1. P. 355–366. https://doi.org/10.1016/j.asr.2017.08.001

3. Akhoondzadeh, M., Parrot, M., and Saradjian, M. R. Electron and ion density variations before strong earthquakes (M>6.0) using DEMETER and GPS data, Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2010. V. 10. P. 7–18. https://doi.org/10.5194/nhess-10-7-2010

4. Jiang, S-B., Yeh, T-L., Liu, J-Y., Chao, C-K., Chang, L.C., Chen, L-W., Chou, C-J., Chi, Y-J., Chen, Y-L., Chiang, C-K. New algorithms to estimate electron temperature and electron density with contaminated DC Langmuir probe onboard CubeSat. Advances in Space Research. 2020. V. 66, No. 1. P. 148–161. https://doi.org/10.1016/j.asr.2019.11.025

5. Ranvier S., Lebreton J.-P. Laboratory measurements of the performances of the Sweeping Langmuir Probe instrument aboard the PICASSO CubeSat. Geosci. Instrum. Method. Data Syst. 2023. V. 12, No. 1. P. 1–13. https://doi.org/10.5194/gi-12-1-2023

6. Boyd R. Langmuir Probes on Spacecraft. In: Plasma Diagnostics. W. Lochte-Holtgreven (Ed.). New York : AIP Press, 1995. P. 732–776.

7. IRI. Version: 2020. URL: https://ccmc.gsfc.nasa.gov/models/IRI~2020/

8. Lazuchenkov D. N., Lazuchenkov N. M. Mathematical modeling of probe measurements in a supersonic flow of a four-component collisionless plasma. Teh. Meh. 2020. No. 4. P. 97–108. https://doi.org/10.15407/itm2020.04.097

9. Lazuchenkov D. N., Lazuchenkov N. M. Mathematical modeling of determination the ionospheric plasma charged particles density by the electric current measurements using an insulated probe system. Teh. Meh. 2024. No. 2. P. 112–123. https://doi.org/10.15407/itm20241.02.112

10. Lazuchenkov D. N., Lazuchenkov N. M. Calculation of the ion current to a conducting cylinder in a supersonic flow of a collisionless plasma. Teh. Meh. 2022. No. 3. P. 91–98. https://doi.org/10.15407/itm2022.03.091

11. Lazuchenkov D. N., Lazuchenkov N. M. Determination of kinetic parameters of supersonic plasma flow of a gas-discharge source from current measurement by an insulated probe system. Teh. Meh. 2023. No. 4. P. 40–49. https://doi.org/10.15407/itm2023.04.040

12. Plasma Diagnostics. W. Lochte-Holtgreven (Ed.). New York : AIP Press, 1995. 945 p.

Copyright (©) 2024 Лазученков Д. М.

Copyright © 2014-2024 Технічна механіка