Звіт по науково-дослідній роботі. Шувалов Валентин Олексійович; Алпатов Анатолiй Петрович. Дослідження особливостей і механізмів керування орбітальним рухом космічних апаратів в середовищі, яке проводить струм. Етап 3 - "Дослідження динаміки та теплообміну магнітоелектродинамічних систем в іонізованому середовищі в атмосфери Землі "

Реєстраційний номер

0216U002511, 0115U002649 , Науково-дослідна робота

Назва роботи

Дослідження особливостей і механізмів керування орбітальним рухом космічних апаратів в середовищі, яке проводить струм. Етап 3 - "Дослідження динаміки та теплообміну магнітоелектродинамічних систем в іонізованому середовищі в атмосфери Землі "

Назва етапу роботи

Керівник роботи

Шувалов Валентин Олексійович; Алпатов Анатолiй Петрович,

Дата реєстрації

23-03-2016

Організація виконавець

Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України

Опис етапу

Об'єкт досліджень - За напрямком 1: "намагнічене" тверде тіло в надзвуковому потоці розрідженої плазми; за напрямком 2: динаміка електродинамічної космічної тросової системи. Мета досліджень - За напрямком 1: фізичне (експериментальне) моделювання теплообміну "намагніченого" (з власним магнітним полем) тіла в потоці розрідженої плазми в атмосфері Землі; за напрямком 2: дослідження закономірностей динаміки електродинамічної космічної тросової системи для визначення можливості створення високоефективного пристрою для пасивного відводу космічного сміття з низьких навколоземних орбіт. Методи дослідження: експериментальні, теоретичної механіки, механіки космічного польоту, фізики іонізованої плазми, математичного моделювання, чисельного рішення звичайних диференціальних рівнянь і комп'ютерної візуалізації. Отримані результати. За напрямком 1: Розроблено постановку експерименту, конструктивну схему "намагніченого" твердого тіла при моделюванні його теплообміну в атмосфері Землі. Показано, що для підвищення ефективності застосування магнітогідродинамічних (МГД) систем для керування динамічною взаємодією космічних апаратів (КА), які рухаються під "магнітним парашутом" або "магнітним парусом", необхідно збільшити силу Лоренца, і, як варіант, підвищити концентрацію заряджених часток біля поверхні твердого тіла. Створені на стенді ІТМ НАНУ і ДКАУ штучні плазмові утворення вирішують проблему - мають концентрацію заряджених часток на (2 - 2,5) порядки вище, ніж у незбуреному потоці частково іонізованого газу, моделюють структуру плазмових струменів-вихлопів електрореактивних двигунів КА. Розроблено і виготовлено діючий макет моделі "намагніченого" затупленого тіла для експериментальних досліджень його теплообміну в надзвуковому потоці частково іонізованого газу за умов моделювання взаємодії КА з атмосферою Землі. Результати експериментальних досліджень підтверджують наявність МГД-ефекту: зменшення конвективних теплових потоків на поверхню КА для чисел Стюарта на висотах від 75 до 40 км. Показано, що результати фізичного модельного експерименту з теплообміну "намагніченого" твердого тіла в надзвуковому потоці розрідженої плазми на стенді ІТМ НАНУ і ДКАУ погоджуються з даними чисельного рі-шення задачі (рівняння Навье-Стокса з рівнянням Максвела) для КА "OREX". За напрямком 2: дороблено й розвинено математичні і комп'ютерні моделі динаміки електродинамічної космічної тросової системи та проведено дослідження нелінійної динаміки і особливостей взаємодії з середовищем електродинамічної космічної тросової системи , у тому числі: проведено розрахунок часу існування космічної тросової системи на низькій навколоземній орбіті при впливі частинок космічного сміття; проведено дослідження нелінійних коливань тросової системи відносно центру мас під дією аеродинамічного моменту та нелінійних коливань під дією моменту амперових сил; проведено дослідження динаміки космічної тросової системи з урахуванням теплового впливу. Галузь застосування - За напрямком 1: механіка рідини, газу і плазми; плазмоелектродинаміка; проектування космічних апаратів. Результати можуть використані при розробці та проектуванні МГД-систем керування рухом перспективних космічних апаратів широкого класу та призначення. За напрямком 2: космічні дослідження, динаміка космічних систем. Результати роботи можуть бути використані при дослідженні закономірностей нелінійних рухів електродинамічної космічної тросової системи й вибору параметрів для експериментальної системи.

Опис продукції

За напрямом 1. Штучні плазмові утворення призначені для збільшення сили Лоренца та ефективного керування динамічною взаємодією космічних апаратів з власним магнітним полем під час руху під "магнітним парусом" в іоносфері Землі та в міжпланетному просторі. За напрямом 2. Дороблено й розвинено математичні і комп'ютерні моделі динаміки електродинамічної космічної тросової системи та проведено дослідження нелінійної динаміки і особливостей взаємодії з середовищем електродинамічної космічної тросової системи , у тому числі: проведено розрахунок часу існування космічної тросової системи на низькій навколоземній орбіті при впливі частинок космічного сміття; проведено дослідження нелінійних коливань тросової системи відносно центру мас під дією аеродинамічного моменту та нелінійних коливань під дією моменту амперових сил; проведено дослідження динаміки космічної тросової системи з урахуванням теплового впливу.

Автори роботи

Алпатов А.П.
Кочубей Г.С.
Кулагін С.М.
Кучугурний Ю.П.
Носіков С.В.
Пироженко О.В.
Письменний М.І.
Пурцеладзе А.А.
Різниченко М.П.
Токмак М.А.
Храмов Д.О.
Шувалов В.О.
Шупілова Л.М.

Додано/оновлено в НРАТ

2020-04-02