Відділ механіки іонізованих середовищ

Заввідділом - доктор технічних наук, професор В.О.Шувалов

Заввідділом, д-р техн. наук, професор Шувалов В.А. Область досліджень - процеси взаємодії твердого тіла з потоками плазми, потоками високоенергійних частинок (атомів, молекул, атомних і молекулярних іонів, електронів), з електромагнітними полями та випромінюванням; моделювання умов функціонування космічних апаратів в іоносфері та магнітосфері Землі.

Методи досліджень - фізичне і математичне моделювання плазмових ефектів та процесів взаємодії космічних апаратів з навколо супутниковим середовищем, розробка та виготовлення наукової діагностичної апаратури для космічних апаратів та апаратури для експериментальних досліджень.

Експериментальні дослідження проводяться на плазмоелектродинамічному стенді ІТМ, який Кабінетом міністрів України включено до Державного реєстру унікальних об'єктів космічної діяльності і має статус наукового об'єкту, що становлять національне надбання.

Плазмоелектродинамічний стенд поєднує властивості плазмової аеродинамічної труби та вакуумної безлунової камери, він дозволяє моделювати та імітувати умови роботи космічних апаратів в іоносфері та магнітосфері Землі на висотах від 150 до 40000 км на низьких, високоеліптичних, геостаціонарних, геополярних орбітах. Моделюються умови тривалої експлуатації космічних апаратів,їх режими руху, аеродинаміка та теплообмін, ефекти взаємодії штучних тіл і космічних апаратів з потоками плазми іоносфери і магнітосфери, зарядженими частинками, електричними і магнітними полями, електромагнітним випромінюванням сонячного спектру і радіолокаційного діапазону частот.

Мал. 1. Плазмоелектродинамічний стенд ІТМ

Розроблено принципи, методи та засоби дослідження різних аспектів взаємодії твердого тіла з потоками плазми, нейтральних і заряджених частинок, електромагнітного випромінювання, в умовах, характерних для польоту космічних апаратів на геостаціонарних, високоеліптичних і геополярних орбітах:

- теорію, методи і засоби контактної діагностики нейтральних та заряджених компонентів високошвидкісних потоків нерівноважної атомарної і частково дисоційованої молекулярної плазми в широкому діапазоні тиску;

- комплекс бортової наукової апаратури.

Наукова апаратура для космічних експериментів:

- інверсно-магнетронний перетворювач для діагностики навколосупутникового середовища: космічні експерименти "Астра-1" і "Астра-2", модуль "Квант-1" орбітальної станції "Мир" (1987 р.,1989 р.)

- бортова система активного іонно-плазмового захисту КА від наслідків високовольтної диференційної електризації (проект ВПК "Електризація", 1991 р.) (на фото: блок і плазмові утворення)

- технологія і автономний блок плазмо-хімічної очистки об'єктивів телекамер і оптичних систем КА: модуль "Кристалл" орбітальної станції "Мир" (1994 р.).

- методологія та апаратура для діагностики іоносферної плазми на КА "Січ-2" (2011 - 2012 рр.) та ідентифікації локальних джерел збурень плазми, обумовлених природними катаклізмами на підсупутниковій трасі.

- датчики для діагностики іоносферної плазми для нано-супутника (КА МКС, США, 2004 р., проект УНТЦ)

- плазмовий двигун малої потужності холлівського типу для системи керування супутника TeLEOS-1 (Сінгапур, 2015 р., проект УНТЦ). Супутник TeLEOS-1 оснащено чотирма двигунами. Характеристики двигуна: робоча речовина - ксенон, сила тяги - 5 мН, питомий імпульс - 900 с.

Експериментально і теоретично досліджено:

- спотворення радіосигнатур літальних апаратів в верхніх шарах атмосфери Землі штучними плазмовими утвореннями. Обґрунтовано технологію спотворення радіолокаційних характеристик, зменшення помітності літальних апаратів в атмосфері Землі, ефективність плазмової протидії радіолокаційному виявленню і розпізнаванню сигнатур ЛА. (експерименти на КА "Висотний атмосферний зонд" 1976 р., на КА "Космос-1818", проект ВПК "Эпікур" 1987 р.).

Спотворення діаграм зворотного розсіювання сфери, довжина радіохвилі 5,5 см (1 - вихідна діаграма; 2, 4 - зменшення помітності; 3 - спотворення радіосигналу)

Спотворення діаграм зворотного розсіювання моделі ЛА; довжина радіохвилі (а) 5,5 см, (b) 3 см (1 - вихідна діаграма; 2, 3, 4, 5 - зменшення помітності)

- процеси молекулярного забруднення зовнішніх поверхонь космічних апаратів продуктами термодеструкції органічних матеріалів і покриття внутрішніх поверхонь космічних головних частин апаратів на етапі термостатування повітрям високого тиску і при виведенні на орбіту (для ракет-носіїв "Дніпро", "Зеніт", "Циклон").

- синергетичний ефект прискореної деградації полімерних конструкційних матеріалів, що містять у складі мономер групи (CH)n, при синхронній дії потоків плазми, атомарного кисню і ультрафіолетового випромінювання в іоносфері Землі. Показано, що при тривалій (більше двох років) експлуатації космічних апаратів на висотах більше 400 км темпи деградації геометричних, вагових і термооптичних характеристик полімерів збільшуються в кілька разів.

- процеси деградації електричної потужності кремнієвих сонячних батарей в умовах тривалого впливу (протягом 10 - 15 років) комплексу факторів космічного простору на кругових, високоеліптичних і геостаціонарних орбітах.

- закономірності магнітогідродинамічної взаємодії намагнічених літальних апаратів з потоком розрідженої плазми в атмосфері Землі. Показано, що зміна орієнтації власного магнітного поля відносно вектора швидкості потоку плазми є ефективним засобом керування конвективним теплообміном і аеродинамічною якістю літального апарата.
Вплив обертання власного магнітного поля сфери на структуру течії в потоці розрідженої плазми

Експериментально обґрунтовано ефективність концепції штучної міні-магнітосфери для керування рухом космічних апаратів в іоносфері Землі і в міжпланетному просторі. Створення біля космічного апарату з власним магнітним полем "порожньої" міні-магнітосфери дозволяє реалізувати режими ефективного гальмування або прискорення апарату: збільшувати силу опору (або тяги) в 3 - 4 рази порівняно з "не намагніченим" космічним апаратом. Вдув дозвукового струменю плазмі в порожнину міні-магнітосфери збільшує силу опору на порядок у порівнянні з космічним апаратом без магнітного поля.
"Порожня" міні-магнітосфера Вдув плазми в "порожню" міні-магнітосферу
Штучна міні-магнітосфера при обтіканні сфери з власним магнітним полем надзвуковим потоком розрідженої плазми

ВИБРАНІ ПУБЛИКАЦІЇ:

  1. Shuvalov V. A. Distortion of radio reflections from spacecraft construction elements by plasma jets and structures: physical modeling / V. A. Shuvalov, A. E. Churilov, M. G. Bystritskii // Cosmic Research. - 2004. - V. 42, N. 3. - P. 228 - 237.
  2. Power losses of solar arrays under the action of an environment in a geosynchronous orbit / V. A. Shuvalov, G. S. Kochubei, V. V. Gubin, N. A. Tokmak // Cosmic Research. - 2005. - V. 43, N. 4. - P. 259 - 267.
  3. Changes of properties of the materials of spacecraft solar arrays under the action of atomic oxygen / V. A. Shuvalov, G. S. Kochubei, A. I. Priimak, N. I. Pis'mennyi, N. A. Tokmak // Cosmic Research. - 2007. - V. 45, N. 4. - P. 294 - 304.
  4. Shuvalov V. A. Diagnostics of nonequilibrium collisional plasma with a thermoanemometric probe / V. A. Shuvalov, G. S. Kochubei, D. N. Lazuchenkov // High Temperature. - 2011. - V. 49, N. 1. - P. 27 - 35.
  5. Control over heat exchange and deceleration of a "magnetized" body in a rarefied plasma flow / V. A. Shuvalov, A. I. Priimak, K. A. Bandel', G. S. Kochubey, N. A. Tokmak // High Temperature. - 2011. - V. 49, N. 3. - P. 335 - 343.
  6. Heat exchange and deceleration of a magnetized body in a rarefied plasma flow / V. A. Shuvalov, A. I. Priimak, K. A. Bandel', G. S. Kochubei, N. A. Tokmak // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. - 2011. - V. 52, N. 1. - P. 3 - 12.
  7. Physical simulation of the interaction of "magnetized" bodies and the Earth's atmosphere in the hypersonic rarefied plasma flow / V. A. Shuvalov, S. N. Кulagin, G. S. Kochubey, N. А. Тokmak // High Temperature. - 2012. - V. 50, N. 3. - P. 315 - 322.
  8. Probe diagnostics of laboratory and ionospheric rarefied plasma flows / V. A. Shuvalov, N. I. Pis'mennyi, D. N. Lazuchenkov, G. S. Kochubey // Instruments and Experimental Techniques. - 2013. - V. 56, N. 4. - Р. 459 - 467.
  9. Dynamic interaction of a "magnetized" cone with a hypersonic flow of rarefied plasma / V. A. Shuvalov, N. A. Tokmak, S. N. Kulagin, G. S. Kochubei // High Temperature. - 2013. - V. 51, N. 6. - P. 725 - 732.
  10. The mass loss of spacecraft polyimide films under the action of atomic oxygen and vacuum ultra-violet radiation / V. A. Shuvalov, N. I. Pis'mennyi, G. S. Kochubey, N. А. Токmak // Cosmic Research. - 2014. - V. 52, N. 2. - P. 99 - 105.
  11. Control of the dynamic interaction of a "magnetized" sphere with a hypersonic flow of rarefied plasma / V. A. Shuvalov, N. A. Tokmak, N. I. Pis'mennyi, G. S. Kochubei // High Temperature. - 2015. - V. 53, N. 4. - Р. 463 - 469.
  12. Dynamic interaction of a magnetized solid body with a rarefied plasma flow / V. A. Shuvalov, N. A. Tokmak, N. I. Pis'mennyi, G. S.Kochubei // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. - 2016. - V. 57, N. 1. - Р. 145 - 152.
  13. Synergetic effect of the action of atomic oxygen and vacuum ultraviolet radiation on polymers in the earth's ionosphere / V. A. Shuvalov, N. P. Reznichenko, A. G. Tsokur , S. V. Nosikov // High Energy Chemistry. - 2016. - V. 50, N. 3. - Р. 171 - 176.
  14. Physical simulation of the long-term dynamic action of plasma beam on a space debris object / V. A. Shuvalov, N. B. Gorev, N. A. Tokmak, G. S. Kochubei // Acta Astronautica. - 2017. - V. 132. - P. 97 - 102.
  15. Identification of seismic activity sources on the subsatellite track by ionospheric plasma disturb-ances detected with the Sich-2 onboard probes / V. Shuvalov, D. Lazuchenkov, N. Gorev, G. Ko-chubei // Advances in Space Research. - 2018. - N. 61. - Р. 355 - 366.
  16. Physical simulation of a prolonged plasma-plume exposure of a space debris object / V. A. Shuva-lov, N. B. Gorev , N. A. Tokmak , G. S. Kochubei // Cosmic Research. - 2018. - V. 56, N. 3. - Р. 223 - 231.
СЛУЖБОВА АДРЕСА:
Інститут технічної механіки, вул. Лешко-Попеля, 15, м. Дніпро,
49005, Україна
КОНТАКТНА ОСОБА:
Шувалов Валентин Олексійович
НОМЕР ТЕЛЕФОНУ:
+38 056 2 47 24 88
НОМЕР ФАКСУ:
+38 056 2 47 34 13
E-MAIL:
vashuvalov@ukr.net

© 2001 - 2022 Інститут технічної механіки НАНУ и ДКАУ