И.А.Максимов¹, А.Б. Надирадзе², Р.Р. Рахматуллин³, В.А.Смирнов4,  Р.Е. Тихомиров5, В.В. Шапошников6

1,4,5 АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» (Москва, Россия)

2,3,6 Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (Москва, Россия)

Постановка проблемы. С целью достоверного прогнозирования динамики снижения давления проведены экспериментальные исследования ослабления потоков низкоэнергетической компоненты плазмы, формируемой при работе электроракетных двигателей (ЭРД), вентиляционными отверстиями (ВО) негерметичного приборного отсека (НГПО) космического аппарата (КА). Исследовалось ослабление потоков плазмы штатными ВО, выполненными в сотопанелях, образующих НГПО. В качестве источника плазмы использован холловский двигатель типа СПД-70. Эксперимент заключался в измерении концентрации плазмы на входе и на выходе из ВО. Концентрацию на входе измеряли плоским зондом Ленгмюра, на выходе – зондом Фарадея, позволяющим собрать все ионы, проходящие через ВО.

Цель. Исследование ослабления потоков низкоэнергетической компоненты плазмы ЭРД при прохождении через ВО в сотопанелях, образующих НГПО.

Результаты. По экспериментальным данным была построена полуэмпирическая модель, описывающая зависимость коэффициента ослабления потоков плазмы от геометрических параметров ВО. Установлено, что ВО данной конструкции ослабляет потоки плазмы в 102...104 раз. Наибольший вклад в ослабление потоков плазмы вносит сотовый заполнитель, что обусловлено рекомбинацией ионов при их соударении со стенками каналов.

Практическая значимость. Учет ослабления потоков низкоэнергетической компоненты плазмы ЭРД вентиляционными отверстиями является ключевым этапом проведения оценок воздействия плазмы на высоковольтную бортовую аппаратуру космических аппаратов и должен применяться разработчиками космических аппаратов при проведении анализов стойкости к воздействию данного фактора.

Максимов И.А., Надирадзе А.Б., Рахматуллин Р.Р., Смирнов В.А., Тихомиров Р.Е., Шапошников В.В. Исследование ослабления потоков низкоэнергетической компоненты плазмы электроракетных двигателей вентиляционными отверстиями негерметичного приборного отсека космического аппарата // Наукоемкие технологии. 2021. Т. 22. № 1. С. 5−12. DOI: https://doi.org/10.18127/j19998465202101-01.

1. Смирнов В.А., Максимов И.А., Иванов В.В., Надирадзе А.Б. Повышение надежности негерметичного приборного отсека космического аппарата // Вестник СибГАУ: Сб. научн. тр. Красноярск: СибГАУ. 2007. Вып. 14. С. 88–91.
2. Moschetti В., Maciaszek Т. Heat pipes on Intelsat V-FM 15 design, test and in orbit performance after 6 months operation // SAE Tech. Pap. Ser. 1991. № 911482. C. 1–10.
3. Горшков О.А., Муравьев В.А., Шагайда А.А. Холовские и ионные плазменные двигатели для космических аппаратов. М.: Машиностроение. 2008.
4. Goebel D.M., Katz I. Fundamentals of Electric Propulsion: Ion and Hall Thrusters. Jet Propulsion Laboratory. California Institute of Technology. 2008.
5. Ким В. Стационарные плазменные двигатели в России: проблемы и перспективы // Электронный журнал «Труды МАИ». 2012. Вып. № 60. 
6. Ким В.П., Надирадзе А.Б., Попов Г.А., Ходненко В.П., Шишкин Г.Г. Проблемы применения электроракетных двигателей на космических аппаратах // В кн.: Модель космоса. Изд. 8-е. Т. 2. Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов / Под ред. проф. Л.С. Новикова. М.: Книжный дом Университет. 2007. С. 615–659.
7. Иванов В.В., Максимов И.А., Смирнов В.А., Надирадзе А.Б., Шапошников В.В. Расчетная модель для оценки проникания плазмы ЭРД в приборные отсеки КА // Вестник СибГАУ. 2006. Вып. 3 (10). С. 49–52.
8. Иванов В.В., Максимов И.А., Балашов С.В., Первухин А.В., Надирадзе А.Б. Методология обеспечения стойкости космического аппарата в условиях плазмы, формируемой стационарными плазменными двигателями // Вестник СибГАУ. 2006.  № 1. С. 76–80.
9. Иванов В.В., Максимов И.А., Надирадзе А.Б., Шапошников В.В. Механизмы воздействия плазмы электроракетных двигателей на работу бортовой аппаратуры космических аппаратов // В сб. научных трудов: Космические вехи / Под ред. Н.А. Тестоедова. Красноярск: ИП Сухольская Ю.П. 2009. С. 258–268.
10. Плешивцев Н.В., Бажин А.И. Физика воздействия ионных пучков на материалы. М.: Вузовская книга. 1998.
11. Морозов А.И. Введение в плазмодинамику. М.: Физматлит. 2006.
12. Патент на изобретение № 2692286 (РФ). Негерметичный приборный отсек космического аппарата / В.А. Смирнов, В.В. Тибильдеева, И.А. Максимов, С.И. Опенько, С.Г. Кочура. 2019.