Оценка чувствительности датчика плотности плазмы при воздействии тепловых потоков солнечно-синхронной орбиты на конструкцию зондов (2023)
Проведён расчёт и сделан анализ влияния термомеханического состояния конструкционных элементов датчика плотности плазмы (ДПП) на динамику изменения параметров резонатора при воздействии тепловых потоков круговой солнечно-синхронной орбиты (ССО) в условиях длительной эксплуатации. Из результатов анализа следует, что по квазипериодическому закону (КПЗ) синхронно во времени при движении наноспутника на орбите изменяются температурное поле; относительные смещения конструктивных элементов зондов ДПП в поперечном и продольном направлениях в результате термоупругих деформаций. По результатам расчета деформаций в модельном приближении двухпроводной линии была определена относительная чувствительность (1,19810-3–2,11510-3) резонатора, которая пропорциональна сдвигу резонансной частоты. Установлено на основе расчёта, что сдвиг резонансной частоты аналогично изменяется по КПЗ как в сторону меньших -311,93 кГц, так и больших частот 550,597 кГц относительно резонанс-ной частоты при отсутствии воздействия тепловых потоков за время пяти вит-ков обращения наноспутника вокруг Земли. В этом диапазоне частот вычислялись значения диэлектрической проницаемости, плотности электронной плазмы.
Исследована возможность измерения электронной плотности плазмы в моменты времени, когда резонансный сдвиг равен нулю. Определена допустимая пятипроцентная область электронной плотности плазмы, в которой резонансный сдвиг незначительно влияет на возможность точного измерения плотности плазмы.
В другие моменты времени сдвиг резонансной частоты приводит к изменению диэлектрической проницаемости плазмы, и в результате точность измерений плотности плазмы будет снижаться. Относительная чувствительность ДПП является важной характеристикой для получения достоверных результатов измерений плотности плазмы при необходимой относительной чувствительность датчика должна составлять (10-4–10-5).
The paper for the first time analyzes the influence of the structural elements thermomechani-cal state of the plasma density sensor (DPS) on the parameters dynamics of the resonator under the influence of thermal fluxes of the circular SSO under operating conditions. By results analysis the temperature field and relative displacements of structural elements of DPP probes in the transverse and longitudinal directions as a result of thermoelastic deformations changes synchronously in time by quasi-periodic law during the nanosatellite orbit movement. Relative sensitivity (1.19810-3–2.11510-3) of the resonator is proportional to the reso-nant frequency shift, was determined based on the results of deformation calculation in the model approximation of a two-wire line. Based on the results of the analysis, it was found that t the resonant frequency shift similarly changes according to a quasi-periodic law towards lower –311.93 kHz and higher frequencies 550.597 kHz relative to the resonant fre-quency in the absence of heat fluxes during five orbits of the nanosatellite around the Earth. In this frequency range, the values of the permittivity and density of the electron plasma were calculated. The possibility of measuring the density of an electron plasma at times when the resonant shift is zero is investigated. The admissible 5 % region of plasma electron density is determined, in which the resonant shift insignificantly affects the possibility of accurate measurement of the plasma density. At other times, the shift in the resonant frequency leads to a change in the dielectric constant of the plasma, and as a result, the accuracy of plasma density measurements will decrease. The relative sensitivity of the DFS is an important char-acteristic in determining the possibility of measuring plasma density. To obtain reliable results of plasma density measurements, the required relative sensitivity of the sensor should be (10-4–10-5).
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- УДК
- 520.6.05. на спутниках
520.647. Плазменные анализаторы и анализаторы магнитогидродинамических волн
533.9.082.74. Использование электромагнитных и электродинамических методов. СВЧ-методы - Префикс DOI
- 10.51368/2307-4469-2023-11-2-115-127
- eLIBRARY ID
- 50821478
