Відділ механіки іонізованих середовищ

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

У відділі працює 15 співробітників, з них 1 доктор наук і 3 кандидати наук

Область досліджень - фундаментальні дослідження з механіки взаємодії твердого тіла з потоками плазми, електромагнітним випромінюванням, електричними та магнітними полями в атмосфері і в іоносфері Землі.

Методи досліджень - фізичне та чисельне моделювання процесів та явищ, характерних для взаємодії твердого тіла (літального апарата) з оточуючим середовищем в атмосфері Землі.

Коротка історія досліджень у відділі

Відділ 4 - Відділ аерогазодинаміки Дніпропетровського філіалу Інституту механіки Академії наук УРСР було організовано 10-го червня 1966 року. Першим завідувачем відділу був Герой Соціалістичної Праці, член-кореспондент АН СРСР і АН УРСР, член Міжнародної академії астронавтики, доктор технічних наук, професор, Лауреат Ленінської і Державної премій СРСР, головний конструктор КБ-3 В. М. Ковтуненко.

В 1973 році у відділі організовано лабораторію іоносферної аеродинаміки, на базі якої в 1987 році було створено відділ механіки іонізованих середовищ Інституту технічної механіки АН УРСР. Завідувачем відділу став доктор технічних наук, професор В. О. Шувалов.

Відділ є одним із світових лідерів з досліджень за напрямком "механіка взаємодії твердого тіла з потоками плазми, електромагнітним випромінюванням, електричними та магнітними полями в атмосфері і в іоносфері Землі".

За результатами досліджень у відділі науково обґрунтовано:

- ефективність плазмової протидії радіолокаційному виявленню і розпізнаванню літальних апаратів (ЛА) у верхніх шарах атмосфери Землі, спотворення радіолокаційних характеристик, зменшення помітності літальних апаратів в атмосфері Землі (технологія "plasma-stealth" в сантиметровому, дециметровому та метровому діапазонах довжини хвиль).

Ефективність плазмової протидії радіолокаційному виявленню і розпізнаванню сигнатур ЛА було підтверджено в натурних експериментах на космічних апаратах (КА) серії "Космос" і КА "Висотний атмосферний зонд";

Штучні плазмові утворення навколо моделей космічних апаратів

Спотворення діаграм зворотного розсіювання різних моделей КА

- розроблено процедури прогнозування деградації електричної потужності кремнієвих сонячних батарей космічних апаратів за умов тривалої дії (протягом 10 - 15 років) комплексу факторів космічного простору на навколоземних кругових, високоеліптичних і геостаціонарних орбітах, а саме: атомарного кисню, іонізуючого та ультрафіолетового випромінювання, забруднення захисних поверхонь, термоциклювання, радіаційної електризації, плазмових струменів електрореактивних двигунів;

Деградація потужності сонячних батарей впродовж експлуатації

- розроблення та створення наукової та науково-технологічної апаратури для КА.

Інверсний магнетронний перетворювач, експерименти "Астра-1" і "Астра-2" на орбітальній станції "Мир" (модулі "Квант 1" і "Квант 2")	Блок плазмохімічної очистки об'єктивів телекамер і оптичних систем на орбітальній станції "Мир" (модуль "Кристал")

Бортова система активного іонно-плазмового захисту КА від наслідків високовольтної диференційної електризації

Найважливіші досягнення відділу

Розроблено комплекс бортової наукової апаратури для діагностики іоносферної плазми - датчики заряджених і нейтральних частинок (електричні циліндричні зонди Ленгмюра, двоканальний електричний зонд тиску). Апаратура була встановлена і експлуатувалася на українських КА "Січ-2", "Січ-2-30". Апаратура дозволяє ідентифікувати локалізацію джерел збурень іоносферної плазми, обумовлених природними явищами, техногенними катастрофами та сейсмічною активністю на підсупутникових трасах.

Супутник "Січ-2" з датчиками	Детектори нейтральних и заряджених частинок

В рамках міжнародного проєкту РП 7 ЄС "Покращення безпеки низької земної орбіти за допомогою удосконаленого електричного ракетного двигуна" (проєкт "LEOSWEEP" FP7-SPA 2013.3.2-01, EUROPEAN COMMISSION 7th Framework Programme for Research, technological, Development and Demonstration, укладений за результатами перемоги у конкурсі FP7-SPACE-2013 Європейського Союзу) для обґрунтування активних методів та засобів видалення великих фрагментів космічного сміття за допомогою інтенсивних іонних та плазмових струменів розроблено моделі динамічної взаємодії високоенергійних іонів плазмових потоків з конструкційними матеріалами виробів ракетно-космічної техніки: визначено залежності коефіцієнтів розпилення, коефіцієнтів акомодації імпульсу і енергії від сорту та кінетичної енергії іонів, від кутів зіткнення з поверхнею матеріалів, урахування вторинної емісії та віддзеркалення частинок.

Видалення фрагментів космічного сміття за допомогою інтенсивних іонних та плазмових потоків	Зразки матеріалів в потоці плазми на стенді ІТМ

Актуальне співробітництво

Ряд робіт і досліджень було проведено і поводиться у співпраці з провідними установами аерокосмічної галузі, університетами і академічними інститутами: Державне підприємство "Конструкторське бюро "Південне" ім. М. К. Янгеля", Львівський центр Інституту космічних досліджень НАН України та ДКА України і Інститут космічних досліджень НАН України та ДКА України, Дніпровський національний університет ім. Олеся Гончара, Український державний хіміко-технологічний університет та інші.

Експериментальна база

Експериментальні дослідження проводяться на розробленому і створеному у відділі плазмоелектродинамічному стенді ІТМ, який Розпорядженням Кабінету міністрів України від 28.08.2013 №650 внесено до Державного реєстру наукових об'єктів, що становлять національне надбання.

Мал. 1. Плазмоелектродинамічний стенд ІТМ

Стенд призначений для дослідження різних аспектів взаємодії твердого тіла (включаючи матеріали і елементи конструкцій літальних апаратів) з навколишнім середовищем в іоносфері та магнітосфері Землі.

ЛІТЕРАТУРА

МОНОГРАФІЇ

Шувалов В. А. Моделирование взаимодействия тел с ионосферой. Киев: "Наукова думка", 1995. - 180 с.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ОСТАННІ РОКИ (що проіндексовано у базах даних Scopus, Web of Science)

1. 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 (видавництво Pleiades Publishing - Springer Nature). - 2016. - V. 57, No. 1. - Р. 145 - 152. DOI: 10.1134/S0021894416010168
2. Physical simulation of the action of atomic oxygen and vacuum ultraviolet radiation on polymer materials in the Earth's ionosphere / V. A. Shuvalov, N. A. Tokmak, N. P. Reznichenko // Instruments and Experimental Techniques (видавництво Pleiades Publishing - Springer Nature). - 2016. - V. 59. - Р. 442 - 450. DOI: 10.1134/S0020441216020263
3. 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 (видавництво Pleiades Publishing - Springer Nature). - 2016. - V. 50, No. 3. - Р. 171 - 176. DOI: 10.1134/S0018143916030140
4. Physical simulation of the long-term dynamic action of a plasma beam on a space debris object / V. A. Shuvalov, N. A. Gorev, N. A. Tokmak, G. S. Kochubei // Acta Astronautica (видавництво Elsevier) - 2017. - V. 132. - P. 97 - 102. DOI: 10.1016/j.actaastro.2016.11.039
5. Identification of seismic activity sources on the subsatellite track by ionospheric plasma disturbances detected with the Sich-2 onboard probes / V. A. Shuvalov, D. N.Lazuchenkov, N. B. Gorev, G. S. Kochubei // Advances in Space Research (видавництво Elsevier). - 2018. - V. 61. - No. 1 - Р. 355 - 366. DOI: 10.1016/j.asr.2017.08.001
6. Physical simulation of a prolonged plasma-plume exposure of a Space Debris Object / V. A. Shuvalov, N. B. Gorev, N. A. Tokmak, G. S. Kochubei // Cosmic Research (видавництво Pleiades Publishing - Springer Nature). - 2018. - V. 56, No. 3. - Р. 223 - 231. DOI: 10.1134/S0010952518020090
7. Braking of a "magnetized" sphere in a hypersonic rarefied plasma flow / V. A. Shuvalov, N. A. Tokmak, N. I. Pis'mennyi, S. N. Kulagin, G. S. Kochubei // High Temperature (видавництво Pleiades Publishing - Springer Nature). - 2018. - V. 56, No. 4. - Р. 473 - 480. DOI: 10.1134/S0018151X18030197
8. Control of the drag on a spacecraft in the earth's ionosphere using the spacecraft's magnetic field / V. A. Shuvalov, N. B. Gorev, N. A. Tokmak, N. I. Pis'mennyi, G. S. Kochubei // Acta Astronautica (видавництво Elsevier). - 2018. - V. 151. - Р. 717 - 725. DOI: 10.1016/j.actaastro.2018.06.038
9. Drag on a spacecraft produced by the interaction of its magnetic field with the earth's ionosphere. physical modelling / V. A. Shuvalov, N. B. Gorev, N. A. Tokmak, Y. P. Kuchugurnyi // Acta Astronautica (видавництво Elsevier). - 2019 (January 2020). - V. 166, P. 41 - 51. DOI: 10.1016/j.actaastro.2019.10.018
10. Simulation of the physicochemical effect of atomic oxygen of the Earth's ionosphere on polymers / V. A. Shuvalov, N. I. Pismennyi, N. P. Reznichenko, G. S. Kochubei // High Energy Chemistry (видавництво Pleiades Publishing - Springer Nature). - 2021. - V. 55, No. 1, P. 52 - 58. DOI: 10.1134/S0018143921010124
11. Physical modeling of the impact of atomic oxygen of the Earth's ionosphere on spacecraft polymers / V. A. Shuvalov, N. A. Tokmak, N. I. Pismennyi, G. S. Kochubei // Instruments and Experimental Techniques (видавництво Pleiades Publishing - Springer Nature). - 2021. - V. 64, No. 4. - Р. 570 - 579. DOI: 10.1134/S0020441221040102
12. Electron saturation current on a cylindrical probe in a magnetized rarefied plasma flow / V. A. Shuvalov, Y. P. Kuchugurnyi, G. S. Kochubei, S. V. Nosikov // High Temperature (видавництво Pleiades Publishing - Springer Nature). - 2022. - V. 60, No. 1 - Р. 1 - 7. DOI: 10.1134/S0018151X22010230
13. Probe diagnostics and identification of sources of ionospheric magnetized plasma perturbations / V. A. Shuvalov, N. I. Pis'mennyi, G. S. Kochubei, D. N. Lazuchenkov // Instruments and Experimental Techniques (видавництво Pleiades Publishing - Springer Nature). - 2022. - V. 65. - Р. 336 - 350. DOI: 10.1134/S002044122202018X
14. Polyimide degradation under atomic oxygen attack / V. A. Shuvalov, N. B. Gorev, Y. P. Kuchugurnyi // Acta Astronautica (видавництво Elsevier). - 2023. - V. 207. - Р. 118 - 128. DOI: 10.1016/j.actaastro.2023.03.002

© 2001 - 2023 Інститут технічної механіки НАНУ и ДКАУ