Плазмові двигунні установки звичайно використовуються для орієнтації, стабілізації і для корекції орбіти КА (розділ 2). В результаті роботи плазмових ДУ в навколишньому космічному просторі (НКП) утворюється плазмова хмара з такими початковими характеристиками, коли швидкість витікання плазми на зрізі сопла практично не відрізняється від швидкості руху КА: поперечний розмір приблизно 3 м, поздовжній розмір визначається часом роботи плазмової ДУ, ефективна маса іонів m(X + ) ~120 а. о. м., концентрація іонів N(X + ) ≈ 10 5 см –3 і дорівнює концентрації електронів хмари, температура іонів Т(X + ) ≈ 1500 К, температура електронів Т е = 10 4 К. Тут враховано, що іонами плазмової хмари є іони ксенону, аргону або пари ртуті, середня маса яких ~120 а.о.м. (див. розділ 2). Аналіз показує, що найбільш сильні зміни характеристик НКП, пов’язані з цією плазмовою хмарою, можуть відбуватись в області, де фонова концентрація електронів набагато менша від концентрації електронів хмари і, крім того, існує фоновий поздовжній струм І вздовж геомагнітного поля із іоносфери вверх в магнітосферу. Такі умови характерні для висоти h =3000-5000 км опівночі; фонова концентрація електронів майже співпадає з концентрацією теплових протонів, середнє значення N(Н + ) = 50 см - 3 , Т е ≈ Т(Н + ) ≈ 3000 К, І ≈ 0,5 А/км 2 . Значення концентрації іонів N, іоннозвукової швидкості V s = [k(T i + T e )/m і ], теплової швидкості іонів V = kT i /m i , гірочастоти іонів f =ώ/2π, де ω = еВ о /m i (В о – модуль геомагнітного поля), гірорадіуса іонів r = V/ω для фонової плазми (і =Н + ) і для початкових характеристик плазмової хмари (і =Х + ) в області НКП, що розглядається, наведені в табл. 8.3. З часом відбувається розліт плазмової хмари вздовж і поперек геомагнітного поля. Розліт плазмової хмари поперек геомагнітного поля буде відбуватись до тих пір, поки радіус плазмової хмари за порядком значення не стане близьким до гірорадіусу іонів. Час цього процесу, який відраховується від початку часу інжекції плазми плазмовою ДУ на певну фіксовану висоту, t 1 ~ 1/ω(X + )~ 0,1 c. Концентрація іонів хмари до цього часу N(X + )~1000см –3 . Таблиця 8.3 Характеристики фонової плазми (і =Н + ) і плазмової хмари зразу після інжекції цієї хмари плазмовою ДУ (і=Х + ) на висоті ~ 3200 км поза плазмосферою і N, см -3 V S, км /с V, км /с f, Гц ω, с -1 r, м Н + Х + 50 10 5 7 0,8 5 0,3 240 2 1500 12,5 3 26 При наявності поздовжнього струму І, спрямованого з іоносфери в магнітосферу, можливе подальше зменшення концентрації фонової плазми в цій області: початкове зменшення N e призводить до появи слабкого поздовжнього поля, яке прискорює електрони вниз, а іони вверх, що еквівалентно більш значному зменшенню N e , яке призводить до підсилення поздовжнього поля і ще більш сильного зменшення N e аж до розвитку того чи іншого типу плазмової нестійкості. Поздовжній струм І ≈ e·N e ·V e постійний для часу, що розглядається, оскільки генератором цього струму є магнітосфера. Тому тривале зменшення N e призведе до росту дрейфової швидкості електронів V e і ця швидкість може перевищити порогове значення для розвитку, зокрема, електростатичної іонно-циклотронної (ЕІЦ)- нестійкості. Ріст амплітуди ЕІЦ-хвиль може призвести до ЕІЦ- турбулентності. Область, охоплена ЕІЦ-турбулентністю, є турбулентним шаром, в якому різко збільшене поздовжнє електричне поле. Фонові надтеплові електрони, потрапляючи в цей шар, будуть прискорюватись вниз в іоносферу і тим самим набувати додаткової енергії ~1 кеВ.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Вплив плазмових ДУ КА» з дисципліни «Екологія, авіація і космос»
