Введение к работе
Диссертация посвящена разработке устройств регистрации параметров частиц космического мусора и микрометеороидов на чувствительных поверхностях космических аппаратов.
Актуальность работы
Актуальной проблемой современной авиакосмической промышленности является создание космических аппаратов с большими сроками эксплуатации и высокой надежностью. Одним из основных факторов, влияющих на надёжность и долговечность космических аппаратов (КА), является коррозия и старение материалов элементов конструкций КА в условиях воздействия факторов космической среды. Для этого необходимо создание надежной защиты КА от воздействия метеорных потоков и частиц космического мусора.
Кроме того, изучение метеорного вещества представляет важный теоретический вопрос, поскольку проблемы метеорной астрофизики и космохимии тесно соприкасаются с фундаментальными задачами изучения строения, происхождения и эволюции солнечной системы (Field J. 2005, McDonnell J. 2004).
Для решения поставленных задач требуется создание многопараметрических устройств регистрации высокоскоростных пылевых частиц.
Существующие детекторы высокоскоростных пылевых частиц (микрометеороидов и космического мусора) (Auer S., Gran Е. 2002, Sitte К. 1980) в целом не соответствуют современным требованиям, отвечающим полному и надежному сбору информации о физико-химических свойствах частиц, имеют низкую информативность, малые рабочие площади, слабую помехозащищенность.
Поэтому проблема теоретического и экспериментального обоснования построения устройств для регистрации параметров частиц космического мусора и микрометеороидов с использованием в качестве мишени прибора элементов конструкции КА является актуальной задачей.
Целью диссертационной работы является разработка и создание многопараметрических устройств для регистрации высокоскоростных частиц космического мусора и микрометеороидов, а также контроля целостности элементов конструкции КА в условиях воздействия высокоскоростных частиц. Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:
Систематизация и сравнительный анализ устройств регистрации параметров высокоскоростных твердых частиц.
Анализ путей усовершенствования устройств регистрации параметров высокоскоростных частиц.
Разработка математических моделей, описывающих явление ионизации при высокоскоростном ударе и явление электростатической индукции при взаимодействии частиц с системой электродов.
Разработка методики обработки информации с многопараметрического детектора.
Оценка погрешности устройств регистрации и выработка рекомендаций по их уменьшению.
Разработка конструкций устройств регистрации высокоскоростных частиц и рекомендации по созданию многопараметрического устройства.
Проведение экспериментальной отработки работоспособности многопараметрического устройства регистрации параметров высокоскоростных частиц с помощью
импульсного лазера. Проведение ударных экспериментов, подтверждающих полученные теоретические зависимости.
8. Исследование статистических характеристик шумового тока детектора плоской конструкции.
Научная новизна работы
Получены зависимости заряда и скорости разлета вторичных заряженных частиц как функции параметров частицы и мишени в диапазонах скоростей удара 1^-10км/с и 20-40км/с.
Разработаны модели импульсов тока в детекторах высокоскоростных частиц с чувствительными поверхностями, соизмеримыми с элементами конструкций КА с учетом их характеристик и конструктивных параметров устройства.
Предложена методика оценки параметров частицы с учетом разработанной статистической модели шумов приемника устройства в условиях воздействия факторов космической среды.
Теоретически и экспериментально показано, что реализация явлений ионизации и электростатической индукции при высокоскоростном ударе в конструкции детектора позволяет устранить неопределенность и повысить достоверность оценки параметров космических частиц.
Показано, что введение в устройство источника электронов позволяет контролировать целостность открытых элементов космического аппарата в условиях воздействия частиц космического мусора и микрометеороидов.
Практическая ценность диссертационной работы
Разработана методика оценки целостности элементов конструкции КА.
Разработаны методики расчета конструктивных параметров и экспериментального исследования детектора совмещенной конструкции.
Исследованы статистические характеристики шумовых токов ионизационного детектора плоской конструкции, позволяющие определить предельные возможности регистрации высокоскоростных частиц.
Получены экспериментальные данные, подтверждающие предложенные зависимости высокоскоростного взаимодействия твердых тел.
Приведены примеры конструктивного исполнения детекторов для контроля и регистрации высокоскоростных твердых частиц.
Разработано многопараметрическое устройство, обладающее более широкими функциональными возможностями контроля и оценки параметров микрометеороидов и частиц космического мусора.
На защиту выносится:
Зависимости заряда и скорости разлета вторичных заряженных частиц при высокоскоростном ударе.
Модели импульса токов детекторов микрометеороидов и частиц космического мусора.
3. Методика измерения характеристик выходного сигнала прибора и оценки
параметров частиц с учетом шумовых характеристик.
Устройство контроля ударных воздействий и целостности элементов конструкций КА.
Ударные эксперименты с использованием ускорителей частиц и лазера.
6. Исследование погрешностей и рекомендации по улучшению метрологических
характеристик детекторов.
Статистические характеристики шумовых эффектов детекторов высокоскоростных пылевых частиц.
Анализ вариантов построения детекторов высокоскоростных пылевых частиц.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Международная конференция «Научные и технологические эксперименты на автоматических космических аппаратах и малых спутниках» (Самара, 2008), VII Международная научно-техническая конференция «Физика и технические приложения волновых процессов, посвященная 150-летию со дня рождения А.С. Попова» (Самара, 2008), Международная научно-техническая конференция «Металлофизика, механика материалов наноструктур и процессов деформирования. Металлодеформ-2009» (Самара, 2009), IX Международная научно-техническая конференция «Физика и технические положения волновых процессов» (Санкт-Петербург, 2010), Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы ракетно-космической техники и ее роль в устойчивом социально-экономическом развитии общества» (Самара, 2009).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 24 работы, из них 8 статей - в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России; тезисы 12 докладов и 4 патента РФ.
Структура и объем работы
Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы
и приложений. Она содержит страницы. Список литературы содержит 139
источников.
