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, 2, 112- 123

МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ДІАГНОСТИКИ ІОНОСФЕРНОЇ ПЛАЗМИ ЗА ДОПОМОГОЮ ВИМІРЮВАНЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ З ВИКОРИСТАННЯМ ІЗОЛЬОВАНОЇ ЗОНДОВОЇ СИСТЕМИ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2024.02.112

Лазученков Д. М., Лазученков М., М.

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

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

      Метою роботи є теоретичне обґрунтування можливості визначення концентрацій заряджених частинок іоносферної плазми за окремими вимірюваннями струмів ізольованої зондової системи в області насичення електронів. Склад іоносферної плазми моделюється іонами двох сортів з істотно різними масами і електронами, що забезпечують квазінейтральність плазми. Ізольована електрично від корпусу космічного апарата зондова система складається з циліндричних електродів – зонда й опорного електрода. Відношення площ збираючих струм поверхонь опорного електрода і зонда може бути істотно менше вимог теорії одиночного циліндричного зонду. Електроди поперечно обтікаються надзвуковим потоком беззіштовхувальної плазми. Поряд з основною плазмою з двохсортними іонами розглянута модельна плазма з модельними односортними іонами. Маса модельних іонів береться такою, щоб іонний струм насичення на циліндр збігся з іонним струмом насичення в потоці основної плазми.
      На основі отриманого раніше асимптотичного розв'язку для струму насичення електронів у плазмі з односортними іонами знайдено розрахункові формули для визначення масового складу іонів і концентрації електронів за вимірюваннями зондових струмів. Погрішності отриманих формул в залежності від геометричних параметрів ізольованої зондової системи, потенціалів зсуву зонда щодо опорного електрода і точності вимірювань зондових струмів і потенціалів оцінено чисельно та аналітично. Показано, що при певному виборі налаштувань зондової системи і точності зондових вимірювань забезпечується достовірне визначення концентрацій заряджених частинок плазми з іонами двох сортів. Приведено апріорні оцінки впливу погрішностей вимірювань зондових струмів і потенціалів зсуву на достовірність визначення масового складу іонів і концентрації електронів іоносферної плазми.
     

двохсортні іони плазми, зондова система з циліндричними електродами, модельні односортні іони, математична модель збирання струму, достовірність визначення іонного складу і концентрації електронів

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

2. Eriksson A. I., Bostrom R., Gill R., Ahlen L., Jansson S.-E., Wahlund J.-E., Andre M., Malkki A., Holtet J. A., Lybekk B., Pedersen A., Blomberg L. G. RPC-LAP: The Rosetta Langmuir Probe Instrument. Space Science Reviews. 2007. V. 128, Issue 1-4. P. 729–744. https://doi.org/10.1007/s11214-006-9003-3

3. Andersson L., Ergun R.E., Delory G.T., Eriksson A., Westfall•J., Reed H., McCauly J., Summers D.,• Meyers D. The Langmuir Probe and Waves (LPW) Instrument for MAVEN. Space Sci Rev. 2015. V. 195. P. 173–198. https://doi.org/10.1007/s11214-015-0194-3

4. 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. P. 1–13. https://doi.org/10.5194/gi-12-1-2023

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

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

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

8. Lazuchenkov D. N., Lazuchenkov N. M. Estimation of probe measurements reliability in a supersonic flow of four-component collisionless plasma. Teh. Meh. 2021. № 3. P. 57–69. https://doi.org/10.15407/itm2021.03.057

9. 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. № 3. С. 91–98. https://doi.org/10.15407/itm2022.03.091

10. Mott-Smith H., Langmuir I. The theory of collectors in gaseous discharges. Phys. Rev. 1926. V. 28. № 5. P. 727–763. https://doi.org/10.1103/PhysRev.28.727

11. Hoegy W. R., Wharton L. E. Current to a moving cylindrical electrostatic probe. Journal of Applied Physics. 1973. V. 44, No. 12. P. 5365–5371. https://doi.org/10.1063/1.1662157

12. Latramboise J. G. Theory of Spherical and Cylindrical Langmuir Probes in a Collisionless Maxwellian Plasma at Rest. Report, No. 100. Univ. of Toronto, Institute of Aerospace Studies. 1966. 210 c. https://doi.org/10.21236/AD0634596

13. Godard R., Laframboise J. Total current to cylindrical collectors in collision less plasma flow. Space Science. 1983. V. 31, № 3. Р. 275–283. https://doi.org/10.1016/0032-0633(83)90077-6

14. Choiniere E. Theory and experimental evaluation of a consistent steady-state kinetic model for two-dimensional conductive structures in ionospheric plasmas with application to bare electrodynamic tethers in space : Ph.D. dissertation. University of Michigan, 2004. 288 p.

Copyright (©) 2024 Ковтун О. М., Малий В. В., Марковa O. М.

Copyright © 2014-2024 Технічна механіка