Відділ механіки іонізованих середовищ

Установка плазмова газодинамічна (плазмоелектродинамічний стенд)

Заввідділом - д-р техн. наук, професор В.О.Шувалов

Установка плазмова газодинамічна (плазмоелектродинамічний стенд)

Основні технічні параметри

Стенд відноситься до класу плазмогазодинамічних труб. Система відкачки стенда продуктивністю близько 100 м³/с, наявність кріопанелей, що охолоджуються рідким азотом LN₂, дають можливість реалізувати в робочій камері — циліндрі з немагнітної сталі діаметром 1.2 м і довжиною 3.5 м — статичне розрідження 10^-5 Н/м², а при натіканні газу тиск 10^-4 — 10^-2 Н/м². Як джерело надзвукових потоків розрідженої плазми використовується газорозрядний прискорювач з розжареним катодом, іонізацією робочого тіла електронним ударом і осциляцією електронів у зовнішньому магнітному полі. Для виміру і контролю параметрів плазмових потоків служить система електричних зондів, зондів тиску, НВЧ - інтерферометри, що працюють на частотах 5.45 і 9.8 ГГц і мас-спектрометр МХ7303. Діагностичні засоби і моделі розміщено на рухомих платформах верхнього і нижнього координатників з чотирма ступенями свободи кожний. Контроль переміщень здійснюється за допомогою потенціометричних датчиків. Точність відліку для лінійних переміщень — 0.5·10^-3 м, для кутових — 0,5°.

Загальний опис

Плазмоелектродинамічний стенд призначений для дослідження різних аспектів взаємодії твердого тіла (включаючи матеріали і елементи конструкцій літальних апаратів) з навколишнім середовищем в іоносфері і магнітосфері Землі. Системи та технічні характеристики стенду дозволяють моделювати та імітувати умови функціонування, режими руху та обтікання, взаємодії планет Сонячної системи, штучних тіл та космічних апаратів (КА) з міжпланетним середовищем (сонячним вітром), потоками холодної іоносферної та гарячої магнітосферної плазми, заряджених часток, електричними та магнітними полями, електромагнітним випромінюванням сонячного спектру та радіолокаційного діапазону у іоносфері та магнітосфері Землі на високоеліптичних, геостаціонарних, низьких, середніх та геополярних орбітах на висотах 150 – 40000 км.

Плазмоелектродинамічний стенд є Національним надбанням згідно з розпорядженням Кабінету Міністрів України від 28.08.2013 №650.

Можливості

контактна діагностика заряджених і нейтрального компонентів високошвидкісних потоків нерівноважної зіткненої і беззіткненої частково диссоційованої плазми в діапазоні тиску від 10³ до 10^-9 Па

вивчення механізмів прискорення і структури поля течії плазми при розширенні плазмових згустків, стаціонарних і імпульсних струменів у вакуум; виявлення ефектів і механізмів ослаблення і спотворення радіосигналів, відбитих від елементів конструкцій КА в сантиметровому, дециметровому і метровому діапазонах довжин хвиль плазмовими струменями і штучними плазмовими утвореннями, що виникають у поверхні КА при роботі електрореактивних двигунів, інжекції електронних пучків, проведенні активних і пасивних експериментів на орбіті;

моделювання і дослідження процесів, механізмів і закономірностей накопичення і нейтралізації високовольтних зарядів при опромінюванні діелектричних матеріалів і покриття поверхонь КА електромагнітним випромінюванням, високоенергійними електронами радіаційних поясів Землі на геостаціонарній орбіті і авроральними електронами при надзвуковому обтіканні КА холодною плазмою в полярній іоносфері;

фізико-хімічне моделювання і дослідження деградації електричної потужності сонячних батарей, зміни вагових, геометричних і термооптичних характеристик полімерних і композитних матеріалів обшивок сонячних батарей при тривалій дії комплексу факторів космічного простору на геостаціонарній орбіті, надзвукового потоку атомарного кисню і ультрафіолетового випромінювання в атмосфері Землі;

фізичне моделювання ефектів і закономірностей магнітогідродинамічної взаємодії намагнічених тіл з потоком розрідженої плазми;

аеродинаміка и теплообмін КА та елементів конструкції в потоці розрідженої плазми.

Порівняння з існуючими аналогами

Плазмоелектродинамічний стенд поєднує властивості плазмової газодинамічної труби, електрорадіаційного стенду та вакуумної безлунної камери. За цими сумарними властивостями, діапазоном вирішуваних науково-технічних задач та проблем стенд не має аналогів.

Технічні можливості плазмоелектродинамічного стенда ілюструють опубліковані результати:

Шувалов В. А. Структура сгустков и струй импульсной плазмы, расширяющейся в вакуум / В. А. Шувалов, М. Г. Быстрицкий, Г. С. Кочубей, А. Е. Чурилов // Теплофизика высоких температур. – 2004. – Т. 42, № 1. – С. 23 - 30.
Шувалов В. А. Молекулярное загрязнение поверхностей КА при термостатировании и выведении космической головной части ракеты-носителя на орбиту / Шувалов В. А., Тихий В. Г., Потапович Л. П., Приймак А. И., Письменный Н. И., Кочубей Г. С. // Космічна наука і технологія. – 2007. – Т. 13, № 3. – С. 3 – 11.
Шувалов В. А. Зондовая диагностика высокоскоростных потоков разреженной частично диссоциированной плазмы / В. А. Шувалов, Н. И. Письменный, А. И. Приймак, Г. С. Кочубей // Приборы и техника эксперимента. – 2007. – № 2. – С. 92 – 100.
Шувалов В. А. Изменение свойств материалов панелей солнечных батарей КА под воздействием атомарного кислорода / В. А. Шувалов, Г. С. Кочубей, А. И. Приймак, Н. И. Письменнный, Н. А. Токмак // Космические исследования. – 2007. – Т. 45, № 4. – С. 294 – 304.
Шувалов В. А. Магнитогидродинамическое торможение «намагниченных» планет в потоке плазмы солнечного ветра / В. А. Шувалов, Бандель К. А., Приймак А. И., Кочубей Г. С. // Космічна наука і технологія. – 2009. – Т. 15, №6. – С. 3 -13.
Pismennyi N. Physical modeling of interaction of spacecraft with near-satellite environment / Pismennyi N., Priimak A., Nosikov S., Tsokur A. // Space Research in Ukraine 2006 – 2008 / National Space Agency of Ukraine. – Kiev, 2008. – P. 101– 106.
Шувалов В. А. Перенос зарядов быстрыми электронами на подветренные поверхности твердого тела в сверхзвуковом потоке разреженной плазмы / Шувалов В. А., Приймак А. И., Бандель К. А., Кочубей Г. С. // Прикладная механика и техническая физика. – 2008. – Т.49, № 1. – С. 13 – 23.
Шувалов В. А. Диагностика нейтрального и заряженного компонентов потока разреженной плазмы калориметрическими зондами / В. А. Шувалов, Д. Н. Лазученков, Г. С. Кочубей, С. В. Носиков // Приборы и техника эксперимента. – 2010. – № 3. – С. 80 – 87.
Шувалов В. А. Диагностика неравновесной столкновительной плазмы термоанемометрическим зондом / В. А. Шувалов, Г. С. Кочубей, Д. Н. Лазученков // Теплофизика высоких температур. – 2011. – Т. 48, № № 1. – С. 28 – 35.
Шувалов В. А. Управление теплообменом и торможением „намагниченного” тела в потоке разреженной плазмы / В. А. Шувалов, А. И. Приймак, К. А. Бандель, Г. С. Кочубей, Н. А. Токмак // Теплофизика высоких температур. – 2011. – Т. 48, № 3. – С. 1-10.
Шувалов В. А. Теплообмен и торможение намагниченного тела в потоке разреженной плазмы / В. А.Шувалов, А. И. Приймак, К. А. Бандель, Г. С. Кочубей, Н. А.Токмак // Прикладная механика и техническая физика. – 2011. – Т.52, № 1. – С. 1 – 14.