МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ И ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ЭЛЕКТРОДОВ ИОННОГО ИСТОЧНИКА. РАЗРАБОТКА УТОЧНЕННОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЕФОРМАЦИИ ЭЛЕКТРОДОВ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Кроме стандартного применения ионных двигателей для освоения околоземного космического пространства и маршевых миссий, существует задача очистки околоземного космического пространства от объектов космического мусора техногенного происхождения слабо расходящимся ионным пучком, то есть с помощью бесконтактного воздействия. Однако для устойчивой работы ионно-оптической системы (как ионного двигателя, так и источника ионов) необходимо прогнозировать и учитывать тепловые деформации электродов ионно-оптической системы. Увеличение техногенного засорения околоземного космического пространства препятствует долговременному устойчивому развитию космической деятельности. Предложено много различных способов увода крупногабаритных объектов на орбиты захоронения или на низкие орбиты для их разрушения в плотных слоях атмосферы Земли. Для увода космического мусора можно применять сервисные космические аппараты, которые сближаются с удаляемым космическим мусором и посредством бесконтактного воздействия буксируют его в зону захоронения. В качестве бортового средства воздействия на объекты космического мусора может быть использован высокочастотный источник ионов, формирующий слабо расходящийся ионный пучок, под воздействием которого и происходит передвижение объектов космического мусора в направлении орбиты захоронения. Данный высокочастотный источник ионов по сути и является высокочастотным ионным двигателем. Разработка тепловой и термомеханической модели ионного двигателя и источника с учетом требований надежного функционирования и интегрирования источника ионов с системами космического аппарата для бесконтактного перемещения в космическом пространстве и ионного двигателя с системами космического аппарата для коррекции положения или маршевых миссий является одним из проблемных научно-технических вопросов. В конструктивном отношении ионно-оптическая система ионного двигателя и источника является наиболее сложным узлом. При разработке конструкции ионно-оптической системы необходимо учитывать особенности эксплуатации электродов.

Об авторах

А. И Могулкин

НИИ Прикладной механики и электродинамики Московского авиационного института

Автор, ответственный за переписку.
Email: revenged@yandex.ru
Москва, Россия

В. В Свотина

НИИ Прикладной механики и электродинамики Московского авиационного института

Email: revenged@yandex.ru
Москва, Россия

А. В Мельников

НИИ Прикладной механики и электродинамики Московского авиационного института

Email: revenged@yandex.ru
Москва, Россия

О. Д Пейсахович

НИИ Прикладной механики и электродинамики Московского авиационного института

Email: revenged@yandex.ru
Москва, Россия

Д. С Демченко

НИИ Прикладной механики и электродинамики Московского авиационного института

Email: revenged@yandex.ru
Москва, Россия

В. К Абгарян

НИИ Прикладной механики и электродинамики Московского авиационного института

Email: revenged@yandex.ru
Москва, Россия

С. А Хартов

НИИ Прикладной механики и электродинамики Московского авиационного института

Email: revenged@yandex.ru
Москва, Россия

Список литературы

  1. Kravchenko D., Lovtsov A.S., Madeev S. // AIP Conf. Proc. 2019. V. 2179. P. 020012/ https://doi.org/10.1063/1.5135485
  2. Takao Y., Iwata I., Chyou N. Development of Small Scale Microwave Discharge Ion Thruster of 3–5 cm Size. // 2012 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, 9–12 October, 2012, Seoul, Korea. https://doi.org/10.1109/VPPC.2012.6422749
  3. Feili D., Lotz B., Loeb H.E., Leiter H.J., Boss M., Braeg R., Di Cara D. Radio Frequency Mini Ion Engine for Fine Attitude Control and Formation Flying Applications. // 2 CEAS European Air & Space Conference, 26–29 October, 2009, Manchester, UK.
  4. Tighe W.G., Chien K.-R., Spears R. XIPS Ion Thrusters for Small Satellite Applications. // SSC07-III–11, 21 Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites, 13–16 August, 2007, Logan, UT, USA.
  5. Gafarov A.A., Drondin A.V., Zakharenkov L., Kliimenko A.G., Kravchenko D.A., Kudinov A.S., Lovisov A.S., Lukoyanov Y.M., Ogloblina I.S., Semenkin A.V., Sobolev V.V., Solodukhin A.E., Yanchur S.V., Shagayda A. // AIP Conf. Proc. 2021. V. 2318. P. 040001. https://doi.org/10.1063/5.0035980
  6. Andrews S., Berthoud L. // Acta Astronautica. 2020. V. 170. P. 386. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2019.12.034
  7. Lasson O., Hedengen G. Electrostatic Ion Thrusters for Space Debris Removal: Degree Project in Technology. Stockholm, Sweden, 2018. http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1219151/FULLTEXT01.pdf (available: 11.02.2023)
  8. Obukhov V.A., Kirillov V.A., Petukhov V.G., Popov G.A., Svoitna V.V., Testoyedov N.A., Usovik I.V. // Acta Astronautica. 2021. V. 181. P. 569. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2021.01.043
  9. Poole M., Ho M. Boeing Low-Thrust Geosynchronous Transfer Mission Experience. https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20080012681.pdf (available: 20.09.2022)
  10. Koroteev A.S., Lovisov A.S., Muravlev V.A., Selivanov M.Y., Shagayda A. // Europ. Phys. J. D. 2017. V. 71. P. 120. https://doi.org/10.1140/epjd/e2017-70644-6
  11. Lovisov A.S., Selivanov, M.Y., Kostin A.N. // Acta Astronautica. 2020. V. 169. P. 150. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2019.12.009
  12. Bramanti C., Izzo D., Samaraee T., Ealker R., Fearn D. // Acta Astronautica. 2009. V. 64. Iss. 7–8. P. 735. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2008.11.013
  13. NASA’s Evolutionary Xenon Thruster: The Next Ion Propulsion System for Solar System Exploration. https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20090004684.pdf (available: 20.09.2022)
  14. Dobkevicius M. Modelling and Design of Inductively Coupled Radio Frequency Gridded Ion Thruster with an Application to Ion Beam Shepherd Type Space Missions: Thesis for the degree of Doctor of Philosophy: University of Southampton, Southampton, England. 2017.
  15. Loeb H., Feili D., Popov G.A., Obulhov V.A., Balashov V.V., Mogulkin A.I., Murashko V.M., Nesterenko A.N., Khartov S. Design of High-Power High-Specific Impulse RF-Ion Thruster. // 32 International Electric Propulsion Conference, Wiesbaden, Germany, 11–15 September, 2011, 8 p., IEPC-2011-290.
  16. Loeb H.W., Schartner K.H., Dachwald B., Ohndorf A. Perspectives of Electric Propulsion for Outer Planetary and Deep Space Missions. // European Planetary Science Congress, 13–18 September, 2009, Potsdam, Germany, EPSC2009-416-1.
  17. Dachward B., Seboldt W., Loeb H.W., Schartner K.H. // Acta Astronautica. 2008. V. 63. Iss. 1–4. P. 91. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2007.12.023
  18. Dachward B., Ohndorf A., Spurmann J., Loeb H.W., Schartner K.-H., Seboldt W. Mission Design for a SEP Mission to Saturn. // 60 International Astronautical Congress, Daejeon, Korea, 12–16 October, 2009. IAC-09.C4.8.7.
  19. Shagayda A., Lovisov A.S., Muravlev V.A., Selivanov M. Ion Thruster Development for a Transport and Power Generation Module Project. Joint Conference of 30 International Symposium on Space Technology and Science. // 34 International Electric Propulsion Conference and 6 Nano-Satellite Symposium, Hyogo-Kobe, Japan, 4–10 July, 2015.
  20. Loeb H.W., Petukhov V.G., Popov G.A., Mogulkin A.I. // Acta Astronautica. 2015. V. 116. P. 299. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2015.07.019
  21. Konstantinov M.S., Loeb H.W., Petukhov V.G., Popov G.A. // Int. J. Space Technol. Management Innovation. 2017. V. 1. Iss. 2. P. 17. https://doi.org/10.4018/jistmi.2011070101
  22. Goebel D.M., Katz J. Fundamentals of Electric Propulsion: Ion and Hall Thrusters. John Wiley & Sons Inc, 2008. 486 p.
  23. High Purity Factory Price Medical Xenon Gas. https://taiyugas.en.made-in-china.com/product/ZOITduycifoG/China-High-Purity-Factory-Price-Medical-Xenon-Gas.html (available: 11.02.2023)
  24. Best Price for High Purity 99.999% 5n Xe Gas Xenon Filled in ISO/DOT Gas Cylinder. https://guidagas.en.made-in-china.com/product/IsaEFjihdcZWw/China-Best-Price-for-High-Purity-99-999-5n-Xe-Gas-Xenon-Gas-Filled-in-ISO-DOT-Gas-Cylinder.html (available: 11.02.2023)
  25. Loeb H. // Astronautica Acta. 1962. V. 8. № 1. P. 49.
  26. Schmidt G.R., Patterson M.J., Benson S.W. NASA’s Evolutionary Xenon Thruster: NASA’s Next Step in Electric Propulsion. // 5th International Spacecraft Propulsion Conference. 2008. P. 100.
  27. Loeb H.W. // J. Spacecraft Rockets. 1971. V. 8. Iss. 5. P. 494. https://doi.org/10.2514/3.59683
  28. Freisinger J., Reineck S., Loeb H.W. // IEE Conf. Publication. 1978. V. 165. P. 243.
  29. Bassner H., Loeb H. // Earth-Oriented Applications of Space Technology. 1984. V. 4. Iss. 3. P. 125.
  30. Groh K.H., Fahrenbach P., Keiling N., Loeb H.W. Electric Propulsion Activities at Giessen University. // AIAA-92-3145, 28 AIAA/ASME/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, 6–8 July, 1992, Nashville, Tennessee, USA.
  31. Loeb H.W., Schartner K.-H., Meyer B.K., Feili D., Weis S., Kimse D. Forty Years of Giessen EP-Activities and the Recent RIT-Microthruster Development. // 29 International Electric Propulsion Conference. 31 October–4 November, 2005. Princeton University, New Jersey, USA, IEPC-2005-031.
  32. Ridby V.A., Masherov P.E., Obukhov V.A., Savinov V.P. // High Voltage Engineering. 2013. V. 39. Iss. 9. P. 2077. https://doi.org/10.3969/j.issn.1003-6520.2013.09.002
  33. Abgaryan V.K., Akhmetzhanov R.V., Loeb H.W., Obukhov V.A., Cherkasova M.V. // J. Surf. Invest.: X-ray, Synchrotron Neutron Tech. 2013. V. 7. Iss. 6. P. 1092. https://doi.org/10.1134/S1027451013060037
  34. Mogulkin A.I., Obukhov V.A., Fedorov V.A. Investigation of Temperature Deformation of the IES Electrodes Based on the Continuum Themo-Mechanical Calculation Model. // Proceedings of the 5 Russian-German Conference on Electric Propulsion and Their Application “Electric Propulsion — New Challenges”, Dresden, Germany, 2014.
  35. Fedorov V.A., Obukhov V.A., Mogulkin A.I. Issledovanie temperaturnogo deformirovaniya elektrodov IOS na osnove kontinual’noj termomekhanieheskoj raschetnoji modeli. // 13 Mezhdunarodnaya konferenciya «Aviatsiya i kosmonavitka», Moscow, RF, 17–21 November, 2014 (In Rus.).
  36. Birger I.A. Kruglye plastinki i obolochki vrashcheniya. M.: Oborongiz, 1961. 368 s. (In Rus.).
  37. Bezuhov N.N., Bazhanov V.L., Gol’denblat I.I., Nikolaenko N.A., Sinyukov A.M. Raschety na prochnost’, ustojchivost’ i kolebaniya v usloviyah vysokih temperature. / Ed. Gol’denblat I.I. M.: Mashinostroenie, 1965. 567 s. (In Rus.).
  38. Volmir A.S. Gibkie plastinki i obolochki. M.: Gostekhizdat, 1956. 419 p. (In Rus.).
  39. Fedorov V.A., Obukhov V.A., Mogulkin A.I. Simulation of Temperature Deformation of Ion Thruster Electrodes. // International 34th Electric Propulsion Conference, 2015. — IEPC-2015-444p/ISTS-2015-b-444p. — 9 p.
  40. Fedorov V.A. Termoustojchivost’ uprugo zashchenniennyh kol’cevyh plastin peremennoj zhestkosti. // Izvestiya VUZov. Aviatsionnaya teknika, 1976. № 4. P. 127. (In Rus.).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Институт физики твердого тела РАН, Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».