Відділ № 4. 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”.

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

Наукова апаратура, розроблена та виготовлена у відділі 4 і встановлена на борту українського супутника «Січ-2-30»

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

Досягнення за 2023 рік

За умов фізичного моделювання взаємодії матеріалів зовнішніх поверхонь виробів ракетно-космічної техніки з навколишнім середовищем на дуже низьких орбітах (150 км – 300 км) на плазмоелектродинамічному стенді ІТМ НАНУ і ДКАУ досліджено особливості взаємодії конструкційних полімерів (kapton-H, тефлон FEP-100A) з гіперзвуковими потоками атомарного кисню та сонячного ультрафіолету. Визначено параметри: коефіцієнти шорсткості, інтегральні коефіцієнти поглинання сонячної енергії та їх залежності від енергії та флюенсу іонів атомарного кисню. Визначені параметри характеризують швидкість деградації матеріалів протягом терміну їх експлуатації в атмосфері Землі.

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.

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. 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
2. 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
3. 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
4. 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
5. 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
6. 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 Наукометричні бази Scopus Квартиль Q1
7. Increasing the conversion accuracy of model gas (Ar) consumption into xenon consumption when using capillary tubes in the working substance feed systems of lectric propulsion / B. V. Yurkov, O. M. Petrenko, S. Yu. Asmolovskyi, D. K. Voronovskyi, S. M. Kulagin // Space Sci. & Technol. – 2023. – V. 29, № 5. P. 51 – 59. Наукометричні бази Scopus Квартиль Q3
8. Optimization of the accumulator tank filling modes of the xenon feed system for electric propulsion system / B. Yurkov, S. Asmolovskyi, V. Pererva, D. Voronovskyi, S. Kulagin // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2023. – 5/2 (125). – P. 26 – 34. http://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.287007 Наукометричні бази Scopus Квартиль Q3

СЛУЖБОВА АДРЕСА:	Інститут технічної механіки, вул. Лешко-Попеля, 15, м. Дніпро, 49005, Україна
КОНТАКТНА ОСОБА:	Шувалов Валентин Олексійович
НОМЕР ТЕЛЕФОНУ:	+38 056 372 0650
НОМЕР ФАКСУ:	+38 056 372 0640
E-MAIL:	vashuvalov@ukr.net