Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
Топ:
Эволюция кровеносной системы позвоночных животных: Биологическая эволюция – необратимый процесс исторического развития живой природы...
Когда производится ограждение поезда, остановившегося на перегоне: Во всех случаях немедленно должно быть ограждено место препятствия для движения поездов на смежном пути двухпутного...
Интересное:
Наиболее распространенные виды рака: Раковая опухоль — это самостоятельное новообразование, которое может возникнуть и от повышенного давления...
Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль...
Что нужно делать при лейкемии: Прежде всего, необходимо выяснить, не страдаете ли вы каким-либо душевным недугом...
Дисциплины:
 2017-07-01 |
 129 |
из
5.00
|
Заказать работу |
|
|
|
|
Так или иначе всегда выходят на натурный эксперимент.
1) Метод «грубой силы».
Используется максимальная мощность излучения бортового передатчика. Этот метод себя уже исчерпал, и выигрыша в применении получить уже не удается. Причиной этому является:
- плазма при большой мощности излучения становится нелинейной (электрические характеристики зависят от мощности электромагнитного излучения, которая может являться источником дополнительной ионизации, в результате чего повышается концентрация электронов) и будет влиять ещё больше с возрастанием потерь;
- возможность электрического пробоя в апертуре антенны и появления электрического заряда, в результате чего в месте пробоя появляется воздух-проводник, и апертура экранируется разрядным слоем воздуха.
В силу перечисленных явлений работают на пределе возможной мощности.
2) Выбор рабочей частоты.
Целесообразно обеспечивать соотношение 
, так как плазма по своим характеристикам становится диэлектрической средой. В последнее время наблюдается тенденция увеличения плазменной частоты, т.к. повышается скорость ЛА, а следовательно нагрев окружающего воздуха и степень его ионизации.
Стандартной частотой является 10 ГГц (3 см); произошел переход на 8 мм и осваиваются более короткие длины волн.
Можно не переоснащать наземные пункты и космические объекты, используя разные частоты там и здесь, а переносить частоту с помощью ретрансляторов, т.е. группировки низкоорбитальных спутников (500...1500 км). Группировка представляет собой несколько орбит и несколько спутников на орбите. Таким образом мы идем по пути увеличения бортовой частоты, но излучение ведется не на Землю, а на спутник, который принимает информацию и передает на Землю на той частоте, на которой работают наземные пункты связи.
|
|
Пример группировки – «Иридиум» с 48 спутниками.
3) Выбор местоположения антенны.
Рекомендации по расположению меняются по ходу изменения траектории полета в зависимости от потерь.
В носовой части плазма тонкая, но горячая, сильно ионизированная и потому проводящая. Преодолеть ее сложно.
В донной части плазма диэлектрик, но ее слой имеет большую толщину.
4) Изменение конфигурации аппарата.
Предпочтительна остроконечная форма, но она не применяется по ряду причин. Во-первых, фронт ударной волны очень близко к корпусу аппарата, плазма тонкая, но нагрев ЛА гораздо выше. Во-вторых, другая существенная причина – уменьшение внутреннего объема аппарата для размещения разных устройств.
5) Использование специальных добавок в плазму.
Их используют для уменьшения концентрации электронов. Добавки – это высокомолекулярные вещества, разлагающиеся на атомы. Это разложение вызывает потребность в большом количестве энергии à плазма охлаждается.
Наиболее эффективными оказываются углеводородные соединения (природные газы, которые добываются как полезные ископаемые – этан, пропан, пропилен), а также вода.
Варианты подходов к использованию добавок:
- использование нагревостойких пылевидных материалов, частицы которых абсорбируют электроны – малоэффективно, т.к. нужно иметь большое число добавок и впрыскивать их продолжительное время (30 с), а также возникает явление термоэлектронной эмиссии, в результате чего возникают свободные электроны и увеличивается степень ионизации;
- использование электрофильных материалов – это такие материалы, которые при нагреве разлагаются на атомы и радикалы без ионизации. Продукты разложения имеют высокое сродство с электроном, т.е. они поглощают электроны. К таким материалам относят материалы группы галогенов; наиболее высокое сродство имеет SF6 (шестифтористая сера). Проведение эксперимента в плазмотроне на аргоне на отражение от плазмы без добавок и с добавками показало, что SF6/A=10-4, и отражения в плазме не было, т.е. плазма стала радиопрозрачной. На практике нужны большие запасы материала, также газообразную добавку сложно распределить его на всю толщину плазмы;
|
|
- использование материалов, дающих эндотермические реакции – материалов, внедрение которых идет с поглощением тепла (вода).
Для оценки эффективности необходимо получить в лабораторных условиях плазму, затем в неё нужно ввести материалы, которые дают эндотермические реакции, а потом произвести оценку измерением уровня отраженного сигнала.
После лабораторных испытаний переходят к натурным испытаний, являющихся весьма дорогими, т.к. они требуют летные испытания, запуск космических аппаратов и т.д. Подобные испытания успешно проводились США, в результате которых возникало временное просветление плазмы, однако количественные значения приведены не были.
6) Применение оптического диапазона.
Как правило обсуждаем связь в радиоволновом диапазоне, поэтому, для обеспечения диэлектрической плазмы, обтекающей ЛА, переходим в диапазон СВЧ или, еще лучше, оптический диапазон. В этом случае влияния плазмы мы не увидим. Есть несколько причин, не позволяющих использовать оптический диапазон.
В оптическом диапазоне источником колебаний является лазер. Оптический диапазон является очень привлекательным, поскольку благодаря ему можно обеспечить большую пропускную способность и высокую скорость передачи информации. В радиоэлектронных системах объем передаваемой информации определяется только полосой пропускания. При сравнении микроволнового и оптического диапазона оказывается, что полоса пропускания последнего на несколько порядков выше.
При использовании оптического диапазона используются волоконно-оптические линии связи, т.е. «трубочки», жилы из радиопрозрачного материала (кварца, например). При атмосферно-оптических линиях связи дальность действия – до нескольких километров при увеличении дальности имеем очень большое затухание. При наземной передаче каждые 100 км мы должны монтировать в кабель ретранслятор. Таким образом, в ЛА использование оптического диапазона ограничивается высотой, на которой работает бортовая аппаратура (0-120 км), и невозможностью создать ретрансляторы на такой высоте.
|
|
Для радиодиапазона антенной, как уже говорилось, служит открытый конец линии передачи (волновода). Для оптического диапазона нужно использовать открытый конец волоконно-оптической линии. На большой высоте торец волоконной линии расплавится, произойдет потеря радиопрозрачности.
7) Использование магнитного поля.
8) Использование модулированного электрическим сигналом электронов.
На практике это реализовать трудно, поскольку для распространения нужен вакуум, в атмосфере же будут сильные потери и дальность передачи будет сильно снижена.
Способы определения электрофизических параметров плазмы
Нет прямых методов измерения диэлектрической проницаемости, проводимости и тангенса угла потерь. Однако для нас представляют интерес частота соударений и концентрация электронов, через которые можно определить вышеозначенные величины.
Таким образом, мы хотим определять концентрацию электронов и частоту соударений. Зная их, можно утверждать, что мы знаем все о свойствах плазмы.
Всегда есть два подхода: аналитический (расчетный) и экспериментальный. Исходные данные для аналитического расчета: температура как мера энергии (рассчитывается исходя из аэродинамики и теплофизики, поэтому знаем всегда неточно), состав среды в сжатом слое между аппаратом и фронтом ударной волны (атомы кислорода, азота, водорода, абляционного вещества, которое легко ионизируется из-за щелочных металлов, тоже неточные сведения). Таким образом, аналитический подход не позволяет получить достоверные точные данные. Остаётся экспериментальный подход.
1) СВЧ-методы.
Т.е. методы, использующие сверхвысокие частоты (частоты, на которой работает бортовая аппаратура). Самый простой метод – применение бортовой аппаратуры связи. Работает канал связи «борт-земля», для которого знаем подведенную бортовую мощность и принятую на земле мощность. Разность приходится на потери в плазме и атмосфере (которыми можем пренебречь). При этом мы потеряли для учета потери на теплозащиту. Также не учитываем факт деформации диаграммы направленности (провалы в ДН).
|
|
При СВЧ-методах узнают чисто качественную оценку – есть связь или ее не будет. Выйти на количественную оценку благодаря такому методу не получается.
1.1) Использование двух волноводно-щелевых антенн на борту.
Целесообразно делать щель в широкой стенке прямоугольного волновода.
Эти щелевые антенны разнесены по образующей аппарата. Одна работает на передачу, вторая на прием. Если сигнал частоты работы бортовой аппаратуры подводится к передающей антенне, он будет приниматься приемной антенной. В канале связи между антеннами – плазма. По ослаблению сигнала, принятого второй антенной, будем судить, как канал связи вносит потери в прохождение. Эти потери определяются свойствами плазмы. Значение принятой мощности определяться будет также диаграммой направленности – антенна будет излучать не только в направлении параллельном корпусу аппарата, но и других, в результате мы не можем учесть потери и точную форму диаграммы.
Оценки, получаемые таким методом, очень примерные.
1.2) Измерение отражения от плазменного слоя.
Величина отражения будет определяться интересуемыми параметрами плазмы. Как померить отраженную мощность? С помощью рефлектометра. Рефлектометр – волноводный узел.
Аппаратура простая, т.к. добавляем только направленный ответвитель и измеритель мощности. Поэтому часто проводятся натурные летные испытания с этими ответвителями при разных диапазонах частот и разного расположения антенны (носовое, срединное, донное) на разных траекториях. В частотности, американцы проводили измерение коэффициента отражения в диапазонах S, C, X.
Диапазоны частот:
| частотный спектр | спектр длин волн | |
| S (short-band) | ~2-4 ГГц | от 15 до 17.5 см |
| C (compromise) | 3.4-7 ГГц | от 7.5 до 3.75 см |
| X | 7-10.7 ГГц | 3 см |
При обработке полученных результатов остается много неясностей.
1.3) Радиометрический метод диагностики параметров плазмы.
Измеряется шумовое излучение плазмы в том диапазоне, в котором работает бортовая РЭА.
| Вывод: | СВЧ-методы – это интегральные методы, так как измеряем все величины в объеме. |
2) Зондовый метод диагностики плазмы.
Этот метод известен очень давно. Применяемые зонды – зонды Ленгмюра. Конструктивно эти зонды представляют собой один или более металлических электрода небольших размеров, на практике обычно применяют два. Это два проводника, имеющие подключенный к ним источник питания и источник измерения тока. Эти зонды размещаются в среде, которую нужно исследовать по электрофизическим параметрам.
Если по этой схеме напряжение, подводимое к зондам, менять, и регистрировать текущий между зондами ток, можно снять ВАХ.
|
|
Когда напряжение отрицательно, зондовый ток вызван тем, что на зонды попадают ионы в силу разности потенциалов. По мере роста напряжения питания зондов переходим к току электронному. Наблюдается резкий рост, затем наступает зона насыщения.
На графике можно выделить три участка.
| III | ионный ток насыщения | обработка этой ветви обычно не выполняется |
| II | электронный ток на зонд | по данным этого участка можно выйти на температуру и концентрацию электронов |
| I | электронный ток насыщения | можем определить температуру электронов |
Оказывается, что теория Ленгмюра об обработке вольт-амперной зондовой характеристики применима только для безстолкновительной плазмы. Если плазма столкновительная, то перейти от вида ВАХ к параметрам плазмы не удастся.
Поэтому решили использовать другую обработку ВАХ зондов – применяют теорию длинных линий (передачи). Из этой теории известно входное сопротивление длинной линии через её геометрию и параметры среды, в которой линия находится.
| где |  – длина зондов в исследуемой среде;
D – расстояние между зондами;
d – диаметр зондов;
 - проводимость среды.
|
Условие для R соблюдается, когда выполняются соотношения: D>>d, D<< l.
Для зондов нужно использовать проводящий, нагревостойкий материал, например, вольфрам. Так как в носовой части толщина плазмы – десятки сантиметров, а в донной – до метра, ясно, что зонды такой длины мы не можем использовать из-за аэродинамики. Поэтому на практике ограничиваются l =10 мм.
Чем меньше будет диаметр зонда, тем меньше будут нарушены аэродинамические условия полета. Диаметр ограничивается также нагревостойкостью и механической прочностью, поэтому минимальный d=1 мм. Кроме этого, чем больше диаметр зонда и глубина его погружения, тем больше механическое возмущение в плазме, из-за которого меняются её характеристики.
Зонды должны жёстко крепиться через отверстие в корпусе, при этом не иметь с ним электрический контакт. Т.е. должно быть основание диэлектрика, через которые крепятся зонды, например, теплозащита антенны, которая представляет собой вставку. По этой вставке зонды разносятся на максимальное расстояние, к примеру, D<3 см (при диаметре круглого волновода 3.5 см и частоте 10 ГГц).
Частый вид зондов – зонды проводимости.
Строго говоря, записанная формула неприменима, но ей все равно пользуются.
Для нашего случая картина искажается, возникает кольцевой торцевой эффект:
Как учесть конечную длину линии? Первый эксперимент проводят, используя длинную линию с D=35…40 см, с электролитом (близком по проводимости к плазме) с замером сопротивления. Затем нужно провести второй такой же эксперимент в той же среде, но с зондами реальных размеров, готовыми на установку на корпусе ЛА. Разница в измерениях и есть поправка, которую мы должны учитывать. Наиболее часто эта поправка К1=1.4 (она разная для разных участков плазмы). Тогда для расчета проводимости перепишем формулу:
По мере изменения траектория конфигурация зондов меняется (из цилиндрических становятся остроконечными), а также их длина, поскольку они сгорают в плазме. Это тоже необходимо учитывать по той же методике (с электролитами), что даст поправку на изменение конфигурации.
Учет поправки на конфигурацию даст формулу:
Ток замыкается между зондами через плазму. При нагреве образуется пленка расплава – проводящая среда. Тогда ток может замыкаться не только через плазму, но и по расплаву. Нужна непрерывная экспериментальная поправка на расплав. Ее можно обеспечить прямо при измерениях – нужно иметь пару зондов, которые бы измеряли ток через расплав.
Натурные эксперименты
Проводилось много пусков, в том числе США, Россией, Европейским космическим агентством, Китаем.
Первые специальные пуски пришлись на 1970-е гг. Они были наипростейшими и не были направлены на радиотехнику – были, в основном, направлены на измерение аэродинамики и теплофизики. Затем у американцев появился проект RAM (Radio Attenuation Measurement, измерение радиозатухания). Позднее в этом проекте появились дополнительные: RAM-A-1,2…, RAM-B-1,2… Были опубликованы результаты отражения от плазмы, из чего было видно, что плазма весьма ионизирована. В других видах испытаний было испытано введение разных присадок, в результате чего обнаружилось гашение влияния плазмы, однако без количественных данных. Были опыты по использованию магнитного поля по просветлению плазмы. Также испытывались зонды.
Кроме проекта RAM были испытания на пилотируемых кораблях – Меркурий, Джемини.
|
|
|
Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...
Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!