Проблема электростатических разрядов в электрореактивной двигательной подсистеме геостационарного космического аппарата
Автор: Ермошкин Ю.М., Кочев Ю.В., Трофимчук Д.А., Якимов Е.Н.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника
Статья в выпуске: 2 т.16, 2015 года.
Бесплатный доступ
На элементах электрореактивных двигателей системы коррекции КА может накапливаться электростатический заряд вследствие воздействия высокоэнергетичных электронов магнитосферной плазмы. По достижении критического уровня возникает разряд. Воздействие электростатических разрядов на цепи двигательной подсистемы может привести к отказам оборудования, в том числе системы преобразования и управления (СПУ). Решению проблем, связанных с воздействием электростатических разрядов на электрические цепи энергопреобразующего оборудования, предназначенного для питания и управления электрореактивными двигателями системы коррекции КА, в настоящее время уделяется большое внимание при разработке как двигателей и систем преобразования и управления ими, так и систем коррекции КА в целом. Это объясняется тем фактом, что стойкость СПУ к воздействию электростатических разрядов в её выходные силовые цепи рассматривается как один из факторов, определяющих надежность и безотказность указанного оборудования и, соответственно, системы коррекции КА в целом. Актуальность темы обусловлена широким применением электрореактивных двигателей в системах коррекции геостационарных КА, а также переходом на новые конструкции СПУ, предназначенные для негерметичных платформ КА, применением новой электронно-компонентной базы. Углубленное изучение вопросов, связанных с физикой накопления электростатического заряда в диэлектрических элементах КА, внешними условиями, способствующими указанному накоплению, и последующими электростатическими разрядами, позволяет по-новому подойти к интерпретации имевших место явлений при эксплуатации систем коррекции КА. Тем не менее для обеспечения прогнозирования и контроля процессов зарядки диэлектрических элементов блоков коррекции, а также введения оптимальных превентивных мер защиты энергопреобразующего оборудования требуется проведение комплекса научно-исследовательских работ.
Плазменный двигатель, система преобразования и управления, электростатический разряд, магнитосферная плазма
Короткий адрес: https://sciup.org/148177433
IDR: 148177433 | УДК: 629.78.064:537.5
Electrostatic discharge problem in geostationary spacecraft electrojet propulsion subsystem
The electrostatic charge can collect on spacecraft electric propulsion thrusters’ elements owing to magnetospheric plasma high-energy electrons influence. There is a discharge on reaching critical level. Electrostatic discharge influence on electric circuits of propulsion subsystem can lead to equipment faults, including transformation and control systems (SPU). To the decision of the problems connected with electrostatic discharge influence on electric circuits of the power-transform equipment, intended for a supply and control of spacecraft electric propulsion system now are given great attention to underway design as electric thrusters and their transformation and control systems, and spacecraft electric propulsion systems as a whole. The reason for that is the fact that SPU resistance to electrostatic discharge influence in its output power electric circuits is considered as one of the factors defining reliability and non-failure operation of these equipment and, accordingly, of spacecraft electric propulsion system as a whole. The theme urgency is caused by wide application of electric thrusters in geostationary spacecraft electric propulsion systems, and also conversion to the new SPU designs intended on untight spacecraft platforms, using of new radio-electronic elements base. Profound studying of the questions connected with electrostatic charge accumulation in spacecraft dielectric elements physics, the external conditions promoting specified accumulation, and the subsequent electrostatic discharges, allows to approach in a new way to interpretation of the phenomena taking place at spacecraft electric propulsion systems operation. Nevertheless, complex of research works carrying out is required for maintenance of forecasting and supervision of electric propulsion charge processes, and also introduction of optimum preventive power-transform equipment protection measures.
Список литературы Проблема электростатических разрядов в электрореактивной двигательной подсистеме геостационарного космического аппарата
- State of the art and prospects of electric propulsion in Russia/V. Kim //28th International Electric Propulsion Conference (Toulouse, France, March 17-21, 2003). 10 p. IEPC-2003-340.
- New Generation of SPT-100/O. A. Mitrofanova //32nd International Electric Propulsion Conference (Wiesbaden, Germany, September 11-15, 2011). 7 p. IEPC-2011-041.
- Development and qualification of Hall thruster KM-60 and the flow control unit/A. N. Kostin //33rd International Electric Propulsion Conference/The George Washington University (Washington, October 6-10, 2013). 11 p. IEPC-2013-055.
- ESA ECSS E 10 04A. Space engineering: Space environment. 2000. 195 p.
- Математическое моделирование электризации космических аппаратов/Л. С. Новиков //Модель космоса. Т. 2. Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов/под ред. Л. С. Новикова. М.: КДУ, 2007. С. 276-314.
- Модель космоса. В 2 т. Т. 2. Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов/под ред. М. И. Панасюка, Л. С. Новикова. М.: КДУ, 2007. 1144 с.
- Гаррет Г. Б., Спитейл Г. С. Моделирование ионосферной плазмы//Аэрокосмическая техника. 1986. № 3. С. 105-121.
- MIL STD 1809(USAF). Space Environment for USAF Space Vehicles. 1991. 69 р.
- Графодатский О. С., Исляев Ш. Н. Взаимодействие спутников связи с окружающей средой. Томск: МГП «РАСКО», 1993. 208 с.
- Акишин А. И. Радиационные аномалии в космическом оборудовании, вызванные электроразрядными явлениями в облученных диэлектриках//Новые наукоемкие технологии в технике: энциклопедия. Т. 17. Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов/под ред. Л. С. Новикова, М. И. Панасюка. М., 2000. С. 5-60.
- Акишин А. И. Методы радиационных испытаний космических материалов: учеб. пособие. М.: Изд-во МГУ, 2005. 143 с.
- Frederickson A. R., Holeman E. G., Mullen E. G. Characteristics of Spontaneous Electrical Discharging of Various Insulators in Space Radiations//IEEE Trans. Nucl. Sci. 1992. Vol. 39, No 6. P. 1773-1982.
- HDBK 4002. Avoiding problems caused by spacecraft on-orbit internal charging effects//NASA Technical Handbook. 1999. 45 p.
- Wrenn G. L., Smith R. J. K. The ESD threat to GEO satellites: empirical models for observed effects due to both surface and internal charging//Environment Modeling for Space-based Applications: Proc. ESA Symp. (ESA SP 392), ESTEC. Noordwijk, 1996. P. 121-124.
- Калашников Н. П., Ремизович В. С., Рязанов М. И. Столкновения быстрых заряженных частиц в твердых телах. М.: Атомиздат, 1980. 272 с.
- Kim V., Murashko V., Gorshkov O. et al. State of the art and prospects of electric propulsion in Russia. 28th international electric propulsion conference. Toulouse, France, March 17-21, 2003, 10 p. IEPC-2003-340.
- Mitrofanova O. A., Gnizdor R. Yu., Murashko V. M., Koryakin A. I., Nesterenko A. N. New Generation of SPT-100. 32nd International Electric Propulsion Conference, Wiesbaden, Germany. September 11-15, 2011, 7 p. IEPC-2011-041.
- Kostin A. N., Lovtsov A. S., Vasin A. I., Vorovtsov V. V. Development and qualification of Hall thruster KM-60 and the flow control unit. 33rd International Electric Propulsion Conference, The George Washington University, Washington, D.C. USA. October 6-10, 2013, 11 p. IEPC-2013-055.
- ESA ECSS E 10 04A. Space engineering: Space environment, 2000, 195 p.
- Novikov L. S., Mileev V. N., Makletsov A. A., Sinolits V. V. et al. . Model' kosmosa. T. II. Vozdeistvie kosmicheskoi sredy na materialy I oborudovanie kosmicheskikh apparatov. . Under the editorship of L. S. Novikova. Moscow, CDU Publ., 2007, P. 276-314.
- Model' kosmosa. Т. 2. Vozdeistvie kosmicheskoi sredy na materialy I oborudovanie kosmicheskikh apparatov . Under the editorship of M. I. Panasuka, L. S. Novikova. Moscow, CDU Publ., 2007, 1144 p.
- Garret G. B., Spiteil G. S. Ionosperic plasma modeling. Journal of Spacecraft and Rocets. Vol. 22, No. 3, 1985, P. 231-244.
- MIL STD 1809(USAF). Space Environment for USAF Space Vehicles, 1991, 69 p.
- Grafodatsky O. S., Islyaev Sh. N. Vzaimodeistvie sputnikov svyazi s okruzhaushei sredoi . Tomsk, MGP “RASKO” Publ., 1993, 208 p.
- Akishin A. I. . Novye naukoemkie tekhnologii v tekhnike. Entsiklopediya. T. 17. Vozdeistvie kosmicheskoi sredy na materialy I oborudovanie kosmicheskikh apparatov. . Under the editorship of L. S. Novikova, M. I. Panasuka, Moscow, 2000, P. 5-60.
- Akishin A. I. Metody radiatsionnykh ispytanii kosmisheskikh materialov . Moscow, MGU Publ., 2005, 143 p.
- Frederickson A. R., Holeman E. G., Mullen E. G. Characteristics of Spontaneous Electrical Discharging of Various Insulators in Space Radiations. IEEE Trans. Nucl. Sci., 1992, Vol. 39, No. 6, P. 1773-1982.
- NASA Technical Handbook, HDBK 4002. Avoiding problems caused by spacecraft on-orbit internal charging effects, 1999. 45 p.
- Wrenn G. L., Smith R. J. K. The ESD threat to GEO satellites: empirical models for observed effects due to both surface and internal charging. Proc. ESA Symp. “Environment Modeling for Space-based Applications”, ESTEC, Noordwijk, The Netherlands, 1996 (ESA SP 392), P. 121-124.
- Kalashnikov N. P., Remizovich V. S., Ryazanov M. I. Stolknoveniya bystrykh zaryazhennykh chastits v tverdkyh telakh. . Moscow, Atomizdat Publ., 1980, 272 p.
