Н. Н. АНТРОПОВ1, О. В. ЛАПШИНОВА2, Н. М. ПУШКИН3
1НИИ прикладной механики и электродинамики МАИ, Москва
2РКК “Энергия” им. , Королев
3Научно-производственное объединение измерительной техники, Москва
ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ионосферы ВБЛИЗИ ПОВЕРХНОСТИ РС МКС
В космическом эксперименте (КЭ) “Импульс” на Российском сегменте (РС) МКС планируется провести исследования переменных электрических и электростатических полей в окрестности РС МКС с помощью комплекса контроля электрофизических параметров, разрабатываемого , разработки НИИ ПМЭ МАИ. Разработку методики КЭ, а также техническую реализацию КЭ обеспечивает РКК “Энергия”.
Ионосферная среда на орбите движения МКС в целом является электронейтральной. Движущийся в ионосфере КА с большой поверхностью взаимодействия с плазменной ионосферной средой вызывает возмущение плотности заряженных частиц, что приводит к формированию электрических полей вблизи КА. Исследования на ОС “Мир” показывают [1], что такие поля имеют как постоянную, так и переменную составляющие, характеристики которых (амплитуда, частота) зависят от геофизического состояния ионосферы, а также от условий полета КА: его ориентации относительно вектора орбитальной скорости, вектора индукции магнитного поля Земли, направления на Солнце, а также от динамических операций на станции - стыковки, расстыковки, работы двигателей ориентации и т. д. В некоторых случаях в спутном следе амплитуда полей может достигать значений до 10 кВ/м [1]. В зонах с такими полями возможно индуцирование и накапливание на диэлектрических поверхностях покрытий КА, на скафандрах космонавтов, больших дифференциальных зарядов, что является одним из факторов риска. Поэтому контроль реальных эксплуатационных условий в ближней зоне МКС является важной задачей. Методы измерения электрических полей в ионосфере достаточно известны [2]. Однако специфика измерений в приповерхностной зоне КА, а также отсутствие достоверных теоретических моделей для прогноза результатов эксперимента делают такие измерения нетривиальными в части выбора средств измерения, диапазонов измеряемых параметров и их калибровок в наземных условиях.
На РС МКС в эксперименте “Импульс” планируется провести экспериментальные исследования электрофизических параметров: напряженностей электростатических и переменных электрических полей, токов натекания, импульсов электрического разряда в ближней зоне РС МКС при различных условиях полета, а также при воздействии плазменных выбросов, формируемых импульсным плазменным инжектором. Одним из основных элементов комплекса для контроля за электрофизическими параметрами ККЭП являются малогабаритные датчики напряженности электрического поля, работа которых основана на законе электростатической индукции. Регистрируемой величиной является разность потенциалов между чувствительным элементом и корпусом датчика: U = En εε0 S/С, где S – площадь чувствительного элемента, С – емкость относительно корпуса. Нижняя регистрируемая частота определяется постоянной времени τ = RC, где R и С – входные сопротивление и емкость чувствительного элемента. Верхняя регистрируемая частота ограничивается электронной схемой усиления. Для измерения постоянных во времени полей используются датчики вибрационного типа с периодической экранировкой чувствительного элемента от поля, которая осуществляется с помощью электромагнитного вибратора.
Кроме комплекса контроля электрофизических параметров планируется установить на борт РС МКС импульсный плазменный инжектор с рабочим телом – фторопласт CF2, способный создавать плазменные потоки с числом заряженных частиц в импульсе - 1020 Наличие на борту такой аппаратуры позволит исследовать вопросы управления зарядовым состоянием поверхности КА, а также вопросы генерации и возмущения электрических полей в ближней зоне КА при работе на его борту плазменных установок, в том числе электрореактивных двигателей (ЭРД). Частотный режим работы инжектора (F = 1,5…2 Гц) позволит проводить дозированные нагрузки на окружающую среду, а небольшая длительность импульса (τ ~ 16 мкс) не приведет к развитию плазменно-пучкового разряда вблизи КА, способного создать дополнительные факторы электрического повреждения покрытий КА и воздействий помех на антенно-фидерные устройства, работающие в области частот, превышающих 10 МГц.
Список литературы
1. , , Лапшинова фоновых электростатических и переменных электрических полей на внешней поверхности модуля «Квант» орбитальной станции «Мир» // Космич. Исслед. 1994. Т. 32. № 3. С. 140-142.
2. Козлов зонд в плазме. М. Атомиздат, 1969.
