Влияние рабочих веществ на электромагнитную обстановку, создаваемую стационарными плазменными двигателями

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Рассматриваются возможные аспекты нарушения функциональной безопасности космических аппаратов в части электромагнитной совместимости с электрическими ракетными двигателями при их работе на альтернативных рабочих веществах. Описана процедура экспериментального определения спектрально-временных характеристик собственного электромагнитного излучения лабораторного макета стационарного плазменного двигателя СПД-70 разработки Научно-исследовательского института прикладной механики и электродинамики Московского авиационного института. Измерения помехоэмиссии проводились на вакуумной установке с “радиопрозрачным” отсеком и экранированной безэховой камерой в диапазоне частот 1…12 ГГц для типовых мощностей разряда (600, 800, 1000 Вт), вертикальной и горизонтальной поляризации и различных используемых рабочих веществ (криптон и ксенон). Проведенные исследования позволили получить новые сравнительные результаты оценки спектральных характеристик излучения СПД-70 для типовых режимов и перспективных рабочих тел в рамках ортогональных поляризационных базисов. К новым результатам следует отнести и сведения о характеристиках излучения СПД-70 во временной области. Показано, что переход с ксенона на криптон сохраняет импульсный характер излучения стационарного плазменного двигателя, приводя не только к увеличению амплитуды импульсов, но и к увеличению частоты повторения “пачек” и увеличению их длительности, что требует проведения дополнительных мероприятий по обеспечению электромагнитной совместимости с целью сохранения функциональной безопасности космического аппарата.

Об авторах

А. П. Плохих

Научно-исследовательский институт прикладной механики и электродинамики
Московского авиационного института

Email: riame@mai.ru
Россия, Москва

Н. А. Важенин

Научно-исследовательский институт прикладной механики и электродинамики
Московского авиационного института

Email: riame@mai.ru
Россия, Москва

Д. В. Меркурьев

Научно-исследовательский институт прикладной механики и электродинамики
Московского авиационного института

Автор, ответственный за переписку.
Email: riame@mai.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Smith D.J., Simpson K.G.L. Functional Safety: A Straightforward Guide to IEC61508 and Related Standards. 1st ed. L.: Butterworth-Heinemann, 2001. 263 p.
  2. Smith D.J., Simpson K.G.L. The Safety Critical Systems Handbook: A Straightforward Guide to Functional Safety: IEC 61508 (2010 Edition), IEC 61511 (2016 Edition) and Related Guidance. 5th ed. L.: Butterworth-Heinemann, 2020. 360 p.
  3. Fortescue P., Swinerd G., Stark J. Spacecraft Systems Engineering. 4th ed. John Wiley and Sons Limited, 2011. 728 p.
  4. Nikitina V.F., Smirnova N.N., Smirnova M.N. et al. On-board electronic devices safety subject to high frequency electromagnetic radiation effects // Acta Astronautica. 2017. V. 135. P. 181–186. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.09.012
  5. Ахметжанов Р.В., Богатый А.В., Дьяконов Г.А. и др. Электрические ракетные двигатели нового поколения для малых космических аппаратов // Изв. Российской акад. наук. Энергетика. 2019. № 3. С. 3–13. https://doi.org/10.1134/S0002331019030038
  6. Kuge J., Bodin P., Persson S., Rathsman P. Accommodating electric propulsion on SMART-1 // Acta Astronautica. 2004. V. 55. Iss. 2. P. 121–130. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2004.04.003
  7. Krejcia D., Seiferta B., Scharlemann C. Endurance testing of a pulsed plasma thruster for nanosatellites // Acta Astronautica. 2013. V. 91. P. 187–193. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2013.06.012
  8. Yu Qin, Kan Xie, Ning Guo, Zun Zhang et al. The analysis of high amplitude of potential oscillations near the hollow cathode of ion thruster // Acta Astronautica. 2017. V. 134. P. 265–277. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2017.02.012
  9. Shuai Cao, Xuan Wang, Junxue Ren et al. Performance and plume evolutions during the lifetime test of a Hall-effect thruster // Acta Astronautica. 2020. V. 170. P. 509–520. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2019.12.036
  10. Pelton J.N., Madry S. Handbook of Small Satellites: Technology, Design, Manufacture, Applications, Economics and Regulation. Springer, 2020. 1702 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-36308-6
  11. Kim V., Zakharchenko V., Merkurev D. et al. Influence of Xenon and Krypton Flow Rates through the Acceleration Channel of Morozov’s Stationary Plasma Thruster on the Thrust Efficiency // Plasma Physical Reports. 2019. V. 45. Iss. 1. P. 11–20. https://doi.org/10.1134/S1063780X19010082
  12. Kim V., Merkurev D., Shilov E. et al. Study of the low-power krypton-operated stationary plasma thruster plume // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. V. 927. 13th Intern. Conf. Applied Mathematics and Mechanics in the Aerospace Industry (AMM-AI’2020). 6–13 Sept. 2020, Alushta, Russia. 2020. Art. ID. 012053. https://doi.org/10.1088/1757-899X/927/1/012053
  13. Плохих А.П., Важенин Н.А., Попов Г.А. Анализ влияния электромагнитного излучения стационарных плазменных двигателей на помехоустойчивость канала связи “Земля – космический аппарат” // Косм. исслед. 2019. Т. 57. № 5. С. 339–346. (Cosmic Research. 2019. V. 57. Iss. 5. P. 317–324.)https://doi.org/10.1134/S0023420619050078
  14. Beiting E., Pollard J., Khayms V. et al. Electromagnetic Emissions to 60 GHz from a BPT4000 EDM Hall Thruster // Intern. Electric Propulsion Conf. Toulouse France. 17–21 March 2003. Art. ID. IEPC-03-129. P. 17–21.
  15. Beiting E., Eapen X., Pollard J. et al. Electromagnetic Emissions from PPS®1350 Hall Thruster // 31st Intern. Electric Propulsion Conf. 20–24 Sept. 2009, Ann Arbor, USA. Art. ID. IEPC-2009-071. 13 p.
  16. Ciarallia S., Colettib M., Gabriela S.B. Results of the qualification test campaign of a Pulsed Plasma Thruster for Cubesat Propulsion (PPTCUP) // Acta Astronautica. 2016. V. 121. P. 314–322. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2015.08.016
  17. Плохих А.П., Важенин Н.А., Попов Г.А., Шилов С.О. Спектральные характеристики собственного излучения электрических ракетных двигателей с замкнутым дрейфом электронов в радиодиапазоне для различных рабочих тел // Косм. исслед. 2022. Т. 60. № 5. С. 396–403. https://doi.org/10.31857/S0023420622050065

Дополнительные файлы


© А.П. Плохих, Н.А. Важенин, Д.В. Меркурьев, 2023