Особенности расширения струй электроракетного двигателя на низкой околоземной орбите

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

При решении задач о разлете плазменных струй электроракетного двигателя в космосе необходимо учитывать влияние магнитного поля Земли на формирование плазменного потока. В работе показано, что под воздействием геомагнитного поля плазменные струи приобретают на некотором расстоянии от источника специфические трехмерные формы, двояковыпуклые плазменные лепестки — «корсуноиды». Сила такого воздействия определяется параметром электромагнитного взаимодействия — параметром Ампера, равного отношению масштаба поперечных электромагнитных сил к градиенту давления.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Е. М. Твердохлебова

АО «Центральный научно-исследовательский институт машиностроения» (АО «ЦНИИмаш»)

Author for correspondence.
Email: katya.tverdokhlebova@gmail.com
Russian Federation, Королев, Московская область

А. Г. Корсун

АО «Центральный научно-исследовательский институт машиностроения» (АО «ЦНИИмаш»)

Email: katya.tverdokhlebova@gmail.com
Russian Federation, Королев, Московская область

References

  1. Вопросы теории плазмы / под ред. Леонтовича М.А. M.: Госатомиздат, 1963. вып. 2.
  2. Роуз Д., Кларк М. Физика плазмы и управляемые термоядерные реакции. М.: Госатомиздат, 1963.
  3. Aрцимович Л.A. Управляемые термоядерные реакции. M.: Физиздат, 1963.
  4. Moрозов A.И. Физические основы космических электрореактивных двигателей. Элементы динамики потоков в ЭРД. M.: Атомиздат, 1978. Т. 1.
  5. Физика плазмы и проблемы управляемого термоядерного синтеза. Вып. 1.: (доклады I конференции по физике плазмы и проблеме управляемых термоядерных реакций) / АН УССР. Физико-технический ин-т / отв. ред. К.Д. Синельников. Киев: Изд-во АН УССР, 1962. 176 с.
  6. Gabdullin F.F., Korsun A.G., Tverdokhlebova E.M. et al. The Plasma Plume of the ISS Plasma Contactor Unit under the Effect of the Geomagnetic Field // Proc. 30th International Electric Propulsion Conference, Florence, Italy. 2007. Art. ID. IEPC-2007-049.
  7. Корсун А.Г. Твердохлебова Е.М., Надирадзе А.Б. и др. Вопросы защиты космических аппаратов от электрофизического воздействия. Системная баллистика и эффективность космических систем дистанционного зондирования земли. М.: ЭНЦИТЕХ, 2012. С. 10–236.
  8. Брагинский С.И. Явления переноса в плазме // Вопросы теории плазмы / под ред. Леонтовича М.А. M.: Госатомиздат, 1963. Т. 1. С. 183–272.
  9. Korsun A.G., Tverdokhlebova E.M. The Characteristics of the EP Exhaust Plume in Space // Proc. 33rd Joint Propulsion Conference and Exhibit. Seattle, WA, USA. 1997. https://doi.org/10.2514/6.1997-3065.
  10. Габдуллин Ф.Ф., Корсун А.Г., Твердохлебова Е.М. Сопоставление теоретических моделей плазменных струй электрореактивных двигателей с экспериментальными данными // Теоретические и экспериментальные исследования вопросов общей физики. Под ред. акад. Н.А.Анфимова. М.: ЦНИИмаш, 2006. С. 40–70.
  11. Korsun A.G., Borisov B.S., Tverdokhlebova E.M et al. Comparison between Plasma Plume Theoretical Models and Experimental Data // 26th International Electric Propulsion Conf. Kitakyushu, Japan. 1999. Art.ID. IEPC-99-221.
  12. Advanced Interplanetary Missions Using Nuclear-Electric Propulsion. Report of Joint Study Group. 1st Institute of Physics, University of Giessen, Germany, 1995.
  13. Kim S.-W., Foster J.E., Gallimore A.D. Very-Near-Field Plume Study of a 1.35 kW SPT-100 // 32nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. Orlando, Fl, 1996. Art.ID. AIAA 96-2972.
  14. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. M.: Наука, 1967. Вып. 5.
  15. Бишаев A.M., Kaлашников В.K., Kим В. и др. Численное моделирование плазменной струи СПД, распространяющейся в среде низкого давления // Физика плазмы. 1998. Т. 24. № 11. С. 923–928.
  16. Boyd I. A Review of Hall Thruster Plume Modeling // J. Spacecraft and Rockets. 2000. V. 38. Iss. 3. doi: 10.2514/6.2000-4662000.
  17. Корсун А.Г. Влияние внешнего магнитного поля на истечение струи низкотемпературной плазмы в вакуум // Ракетно-космическая техника. Научно-технический сборник. Сер. 15. 1990. Вып. 4. ГОНТИ № 1. С. 24–30.
  18. Корсун А.Г., Твердохлебова Е.М. Габдуллин Ф.Ф. Динамика искусственных плазменных образований в космосе // Модель космоса. Т. II. Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов. М.: Книжный дом Университет (КДУ), 2007. С. 918–944.
  19. Korsun A.G. Radial expansion of exhaust plasma plume of electric thruster // 24th International Electric Propulsion Conference. Moscow. 1995. Art.ID. IEPC-95-154.
  20. Рожанский В.А., Цендин Л.Д. Столкновительный перенос в частичноионизованной плазме. М. Энергоиздат, 1988.
  21. Рожанский В.А. Теория плазмы, СПб: Лань, 2012.
  22. Myers R.M., Manzella D.H. Stationary Plasma Thruster Plume Characteristics // Proc. 23rd International Electric Propulsion Conference. Seattle. 1993. Art.ID. IEPC-93-096.
  23. Михайловский А.Б. Теория плазменных неустойчивостей. Т. 1. М.: Атомиздат, 1971.
  24. Kirdjashev K.P. et al. Measurements of Electromagnetic Emissions at Long-Term Tests of Т-100 // Proc. 24th International Electric Propulsion Conference, Moscow. 1995. Art.ID. IEPC-95-073.
  25. Garner C.E. et al. Performance Evaluation and Life Testing of the SPT-100 // 23rd International Electric Propulsion Conference. Seattle. 1993. Art.ID. IEPC-93-091.
  26. Sankovik J. et al. Performance Evaluation of the Russian SPT-100 Thruster at NASA LeRC // Proc. 23rd International Electric Propulsion Conference. Seattle.1993. Art.ID. IEPC-93-094.
  27. Хижняк Н.А., Азовский Ю.С., Гужовский И.Т. Взаимодействие плазменных сгустков с аксиально симметричным магнитным полем // Физика плазмы и проблемы управляемого термоядерного синтеза. Киев: Наукова думка, 1971. Вып. 2. С. 48–64.
  28. Корсун А.Г. Предельные токи в ускорителе плазмы с собственным магнитным полем // Журнал технической физики. 1974. Т. 44. Вып. 1. C. 202–206.
  29. Koрсун A.Г. Температурные слои в замагниченной плазме // Физика плазмы. 1981. Т. 7. № 1. C. 145–158.
  30. Korsun A.G., Tverdokhlebova E.M., Gabdullin F.F. The Earth’s Magnetic Field Effect upon Plasma Plume Expansion // Proc. 25th International Electric Propulsion Conference. Cleveland. 1997. Art.ID. IEPC-97-178.
  31. Boyd I. Hall Thruster Far Field Plume Modeling and Comparison to Express Flight Data // Proc. 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. Reno. 2002. Art.ID. AIAA 2002-0487.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. IPO configuration for different values of the angle α: (a) α = 0, the jet flows along the magnetic field; (b) α = 30°, the jet flows at an angle to the magnetic field; (c) α = 90°, the jet flows across the magnetic field (another projection is shown at the bottom right korsunoid).

Download (37KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Rearrangement of the flow under the influence of a magnetic field.

Download (14KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Boundaries of the influence of the geomagnetic field on the expansion of the DAS D-55 or SPD-100 plasma jet, depending on the altitude of the orbit.

Download (11KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences