Устройство моделирования высокоскоростных пылевых частиц тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

Пияков Алексей Владимирович

УСТРОЙСТВО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ПЫЛЕВЫХ ЧАСТИЦ

Специальность 01.04.01 -Приборы и методы экспериментальной физики

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара 2004

Работа выполнена на кафедре радиотехники Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика СП. Королева.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Н.Д. Семкин.

Официальные оппоненты:

д.ф.-м.н., профессор Захаров Валерий Павлович.

к.т.н., доцент Сбродов Владимир Васильевич.

Ведущая организация:

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова НИИ ядерной физики имени Д.В. Скобельцына

Защита состоится « 29 » октября 2004г. в_часов на заседании

диссертационного совета Д 212.215.01 при Самарском государственном аэрокосмическом университете им. академика СП. Королева по адресу 443086, г. Самара, ул. Московское шоссе 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика СП. Королева.

Автореферат разослан «27»

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., профессор

сентября 2004г.

<*"•. /

Г' I В.Г. Шахов

//( 1. . . Л

£005-4

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена разработке устройства для моделирования высокоскоростных пылевых частиц, предназначенного для проведения экспериментов по взаимодействию высокоскоростных пылевых частиц с материалами элементов конструкций космических аппаратов в лабораторных условиях.

^жз?

Актуальность работы

Проблема построения устройства для моделирования высокоскоростных пылевых частиц является актуальной задачей. Моделирование высокоскоростных частиц в лабораторных условиях необходимо для проведения экспериментов по соударению высокоскоростных пылевых частиц с материалами конструкций космических аппаратов. Актуальной проблемой современной авиакосмической промышленности является создание космических аппаратов (КА) с большими сроками эксплуатации и большей надёжностью. Одним из основных факторов, влияющих на надёжность и долговечность КА, является коррозия и старение материалов элементов конструкций КА. Коррозия материалов КА является следствием взаимодействия материалов конструкций КА с атмосферой КА, а также с микрометеороидами и техногенными высокоскоростными пылевыми частицами - так называемым, космическим мусором. В связи с увеличением последнего возникает проблема испытания материалов элементов конструкций КА условиях воздействия высокоскоростных пылевых частиц в лабораторных условиях, так как проведение натурных экспериментов на околоземной орбите связано с большими затратами. Достоинствами лабораторного моделирования соударения частиц с материалами элементов конструкций КА является возможность осуществления управляемых экспериментов и возможность измерения характеристик пылевых частиц. Кроме того, создание надежных, современных ускоряющих устройств необходимо для проведения градуировки и испытаний бортовой аппаратуры для регистрации микрометеороидов и частиц космического мусора.

Основным отличием ускорителей пылевых частиц от ускорителей элементарных частиц является одиночное ускорение частиц. В то время как ускорение элементарных частиц (протонов, электронов) идет потоками. При одиночном ускорении частиц их потери в процессе ускорения являются крайне нежелательными, так как приводят к увеличению времени проведения эксперимента. В настоящее время для расчёта геометрии ускорительного тракта используются известные математические и физические модели движения частиц в тракте линейных

ускорителей, ориентированные на элементарные частицы и ионы. Таким образом, актуальной становится проблема создания математической модели движения частиц в тракте линейного ускорителя с учетом фазового и радиального движения частиц.

Целю диссертационной работы является повышение эффективности работы линейного электродинамического ускорителя высокоскоростных пылевых частиц для проведения лабораторных экспериментов по соударению частиц с материалами элементов конструкций космических аппаратов. Поставленная цель достигается путём решения следующих задач:

1. Создание математической модели движения пылевых частиц в тракте линейного электродинамического ускорителя с учетом радиальной составляющей.

2. Разработка методики и системы определения удельного заряда ускоряемых пылевых частиц.

3. Разработка методики расчета системы управления линейным электродинамическим ускорителем.

4. Исследование погрешностей измерения параметров ускоряемых пылевых частиц и устройства синхронизации работы линейного электродинамического ускорителя.

5. Проведение ударных экспериментов на ускорителе пылевых частиц.

Научная новизна работы

1. Разработана математическая модель движения пылевой частицы в тракте линейного ускорителя высокоскоростных пылевых частиц с учетом фазовой и радиальной составляющих.

2. Разработана методика определения функции напряжения на трубках дрейфа линейного электродинамического ускорителя высокоскоростных пылевых частиц.

3. Разработана методика определения удельного заряда высокоскоростных пылевых частиц.

4. Разработана методика определения оптимальной геометрии трубки дрейфа линейного электродинамического ускорителя.

Практическая ценность диссертационной работы

1. Разработан и испытан линейный электродинамический ускоритель высокоскоростных пылевых частиц с системой управления.

2. Исследованы конструкторские и технологические возможности повышения характеристик линейного электродинамического ускорителя.

3. Предложена методика инженерного расчета конструкции линейного электродинамического ускорителя высокоскоростных пылевых частиц.

На защиту выносятся:

1. Математическая модель движения пылевых частиц в тракте линейного электродинамического ускорителя с учетом радиальной составляющей.

2. Методика определения удельного заряда ускоряемых пылевых частиц.

3. Методика расчета системы управления линейным электродинамическим ускорителем.

4. Результаты экспериментального исследования экспериментального стенда для ускорения пылевых частиц.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Всероссийская конференция "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления «Датчик-2003»" (Москва, 2003), Девятая всероссийская межвузовская конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2002» (Москва, 2002), 2-ая международная научно-техническая конференция "Физика и технические приложения волновых процессов" (Самара, 2003), Десятый научно-технический семинар по управлению движением и навигации летательных аппаратов (Самара, 2002), девятая международная научно-техническая, конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (Москва, 2003), Всероссийская студенческая научная конференция "IV Королевские чтения" (Самара, 2001).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 18 работ, из них 10 статей в научных журналах и сборниках научных работ, 6 тезисов докладов и 2 патента РФ.

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. Она содержит 153 страницы,

включает 1 таблицу, и 73 рисунка. Список литературы содержит ПО источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, изложено краткое содержание диссертационной работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава содержит обзор литературы по методам и устройствам ускорения пылевых частиц.

Показано, что наиболее перспективным методом ускорения пылевых частиц является электродинамический метод, при котором частицы ускоряются с помощью постоянного и переменного электрического поля.

Приведены требования, предъявляемые к ускоренным пылевым частицам. Так как высокоскоростные частицы в лабораторных условиях моделируют как микрометеороиды, так и техногенные частицы, то соответственно скорости, материалы и размеры этих частиц должны соответствовать объектам моделирования. Скорости соударения пылевых частиц с материалами КА могут изменяться в диапазоне от нуля до 60 -70 км/с. Однако максимум функции распределения частиц по скоростям находится в более узком диапазоне: 20 - 40 км/с. Для техногенных частиц диапазон скоростей составляет 0-16 км/с. Средний диаметр частиц колеблется от 0,1 мкм до 10 мкм.

Существует много различных устройств, предназначенных для ускорения пылевых частиц. А именно: газовые и электромагнитные пушки; взрывные, плазменные, лазерные, электростатические и линейные ускорители; а также ускорители с бегущей магнитной волной с использованием эффекта сверхпроводимости. Каждое из этих устройств предназначено для решения соответствующих прикладных и научно-исследовательских задач.

В последнее время в качестве устройств моделирования высокоскоростных пылевых частиц наибольший интерес вызывают электродинамические линейные ускорители. Разработкой таких устройств занимаются за рубежом (J.C. Slattery, D.G. Becker, В. Hammermash, J.F. Frichtenicht, TWR System Group, California). Как видно из их работ в последнее время идёт тенденция к упрощению геометрии ускорительного тракта за счёт усложнения систем управления ускорителями. Анализ данных работ показал, что развитие ускоряющих систем ориентировано на одиночном ускорении, то есть частицы ускоряются в ускорителе по одной, причем формирование ускоряющего напряжения на трубках дрейфа для

каждой частицы является индивидуальным. Таким образом, дальнейшее развитие ускоряющих систем должно идти по пути сбора дополнительных данных об ускоряемых частицах и управления линейным электродинамическим ускорителем на их основе.

На основании выполненного анализа современного развития систем ускорения пылевых частиц, сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе проведено детальное рассмотрение движения частицы в тракте линейного электродинамического ускорителя пылевых частиц. Предложен метод и система определения удельного заряда ускоряемых частиц. На основе разработанной модели движения пылевых частиц в тракте линейного электродинамического ускорителя высокоскоростных пылевых частиц предложен метод повышения эффективности его работы. Определена оптимальная геометрия трубок дрейфа.

Для определения траекторий частиц во время ускорения в тракте линейного ускорителя необходимо знать распределение электрического поля как функцию координат. Определение функции пространственного распределения потенциала аналитическим способом является значительной трудностью, поэтому требуется измерение либо предположение о характере распределения поля в зазоре. И в том и в другом случае погрешности вычисления не оправдывают аналитически полученного выражения, поэтому, по мнению многих авторов, вычисление распределения потенциала для цилиндрических систем целесообразнее получать численными методами (Силадьи М. Электронная и ионная оптика. М.:Мир - 1990г.). Наиболее приемлемым численным методом определения пространственного распределения потенциала является метод конечных разностей (метод сеток). На рисунке 1 приведены рассчитанные зависимости потенциала от координат.

Зная функцию распределения потенциала в зазоре, можно вычислить функцию напряженности электрического поля. На рисунках 2 и 3 приведены зависимости электрического поля для продольной и радиальной составляющих соответственно. Потенциал трубок дрейфа + 15кВ и -15кВ. Как видно из этих рисунков электрическое поле не симметрично относительно середины зазора трубок дрейфа (г - 45мм), а смещено вправо. Принимая во внимание, что частицы, пролетая ускоряющую секцию, испытывают вначале фокусирующую силу электрического поля, а затем дефокусирующую, становится очевидным дополнительный фокусирующий эффект выбранной формы трубок дрейфа, который возникает из-за искривления геометрического распределения электрического поля по длине ускоряющей секции.

Рассчитаем траекторию движения частицы в тракте линейного ускорителя. Пусть частица на входе в ускорительный тракт имеет скорость V И радиальное отклонение

Очевидно, что в зависимости от начальных координат (радиальное отклонение и угол входа) одна и та же частица будет проходить середины трубок дрейфа в разные моменты времени. К тому же двигаться частица будет по разным траекториям, причем провисание поля на оси больше чем на периферии, а, следовательно, КПД на оси и на периферии отличаются. Следовательно, для более точного определения времени переключения напряжения на трубках дрейфа следует учитывать траектории движения частиц. Для этого следует задаться распределением координат частиц на входе в линейный электродинамический ускоритель. Принимая во внимание фокусирующие свойства линейного электростатического ускорителя, зададимся нормальным распределением с математическим ожиданием на оси (/?о — 0; Zo " 0). Таким образом, можно рассчитать времена, в которые частица должна находиться в точках, где продольная координата равна координате середины соответствующей трубки дрейфа.

Так как по достижению на трубках дрейфа максимума (длительность переходного процесса, как и длительность импульса напряжения на трубках дрейфа выбрана одинаковой), напряжение на них держится за

счет межэлектродной емкости, которая разряжается все время по одному и тому же закону, то экспоненциальный закон падения напряжения будет одинаков для всех импульсов в пачке. Общее падение амплитуды напряжения от импульса к импульсу задается как абсолютная величина падения напряжения на секцию в вольтах.

Таким образом, можно записать функцию напряжения на нечетных дрейфовых трубках от времени:

(1)

Функция напряжения на четных трубках дрейфа будет обратной:

1/2(0 = -£/,(/)• (2)

Если на входе в тракт частица имеет скорость Уо, и радиальное отклонение р, то после прохождения частицей участка ее продольная координата изменится:

г = г + (3)

На прохождения участка, соответствующего отрезку Az на проекции траектории частицы на ось OZ потребуется время:

(4)

При этом произойдет изменение радиальной координаты и скорости частицы:

т

(5)

0

(6)

т

Продольная скорость частицы по прохождении участка Az составит:

е.

т

(7)

Время, в течение которого частица находится в тракте, также увеличиться на величину

Структурная схема, поясняющая принцип работы системы определения удельного заряда частиц приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Структурная схема системы регистрации частиц.

В качестве индукционного датчика используется цилиндр Фарадея. Максимум потенциала на кольце соответствует нахождению частицы в середине кольца. Имея в конструкции пару таких колец с заранее известным расстоянием между их центрами можно легко определить скорость, с которой движется частица, так как она прямо пропорциональна времени пролёта частицей между центрами колец. Зная эффективное напряжение линейного ускорителя (ио), по скоростям частицы перед линейным ускорителем (Уи) и после линейного ускорителя можно определить удельный заряд частицы - важную характеристику для формирования ускоряющего напряжения :

'2 т/2

в

т

^Ур-Уи 2ВД

(8)

где - коэффициент времени пролёта для линейного ускорителя.

Как было сказано выше, фазовый набег зависит от точности определения параметров ускоряемой частицы и точности исполнения геометрии ускорительного тракта. К факторам, обуславливающим возникновение фазового набега, следует также отнести и точность формирования напряжения на трубках дрейфа. Следовательно, неидеальность ускоряющего импульса не влияет на траекторию частицы, но только в том случае, если переходный процесс перезарядки трубок дрейфа начнется и завершиться во время, когда частицы находилась в этой экранированной зоне. При максимальной скорости частицы порядка 25 км/с время последнего ускоряющего импульса составит около 3,6 мкс. Зададимся длительностью переходного процесса в 1 мкс и рассчитаем фазовые набеги для различных частиц в данном случае. По результатам расчета необходимая точность определения удельного заряда не должна быть хуже, чем 1 Кл/кг.

Была определена оптимальная форма трубки дрейфа как функция геометрических размеров. Оптимизация проводилось по критерию максимальной фокусировки частицы в тракте линейного электродинамического ускорителя.

Рисунок 5 - Зависимость среднего коэффициента фокусировки от диаметра полеискревляющей шайбы.

Как следует из рисунка 5 зависимости носят волновой характер и оптимальной является конструкция трубки дрейфа с полеискревляющей шайбой и экраном.

В третьей главе рассчитаны погрешности измерения параметров частиц и устройства синхронизации.

Для анализа погрешностей системы управления линейного электродинамического ускорителя пылевых частиц, представим структуру прибора в виде схемы, представленной на рисунке 6.

На входе системы управления четыре импульса. После усиления сигналы через компараторы и триггеры подаются на соответствующие счетчики. Первый и второй счетчики заполняют соответствующие входные сигналы счетными импульсами. По поступившим со

счетчиков импульсам формирователь формирует на своем выходе два напряжения, которые после усилителя поступают на четные и нечетные трубки дрейфа соответственно. На каждом этапе имеет место некоторая неточность.

В соответствии с принятым в метрологии подходом разделим погрешности системы управления линейным электродинамическим

ускорителем пылевых частиц на основные и дополнительные. Основные погрешности формирования выходных напряжений определяются следующими факторами:

- погрешности математической модели;

- погрешности квантования сигналов первого счетчика;

- погрешности квантования сигналов второго счетчика;

- погрешности квантования формирователя;

- погрешности усилителя напряжения;

- погрешности геометрии ускорительного тракта.

- погрешность применяемой математической модели.

Суммарная максимальная погрешность математической модели составляет 8,35%, а средняя погрешность 0,65%. Она складывается из погрешности решения двух уравнений: уравнения Лапласа (для определения распределения электрического поля) и уравнения движения частицы в электромагнитном поле.

Погрешности квантования являются случайными погрешностями. Погрешности усилителя можно отнести к систематическим погрешностям, так как она вызвана задержкой сигналя и нелинейностью АЧХ усилителя. Погрешность геометрии ускорительного тракта вызвана допусками изготовления деталей тракта. Эту погрешность также отнесем к систематическим. Погрешность применяемой математической модели может оказывать существенное влияние на точность формирования ускоряющих напряжений на трубках дрейфа линейного электродинамического ускорителя пылевых частиц. Отнесем эту погрешность к категории систематических, а именно методических погрешностей.

Дополнительные погрешности, которые могут привести к неточности формирования выходных напряжений, вызываются следующими причинами:

- флуктуации напряжений источников питания;

- наводки от сети переменного тока;

- нагрев элементов системы управления;

- нагрев элементов конструкции ускорителя;

- вибрации укоряющего тракта.

Погрешность измерения скоростей частиц до и после линейного электростатического ускорителя составляет 0,098% и 0,295% соответственно. Эта погрешность является погрешностью квантования и основным методом ее уменьшения является увеличение разрядности используемых при измерении пропорционального скоростям интервала времени счетчиков.

Погрешность измерения удельных зарядов частиц составляет 8%. Основным методом уменьшения этой погрешности является более точное

измерение эффективного ускоряющего напряжения линейного электростатического ускорителя.

Погрешность формирования напряжения на трубках дрейфа составляет 12,4%. Основным методом увеличения точности формирования напряжения является увеличение точности измерения параметров частиц и более точная установка ускоряющих напряжений.

На рисунке 7 показано различие в расчетных временах переключения напряжения на трубках дрейфа для существующих и предложенной математических моделей движения частиц в тракте линейного ускорителя.

О а « в 6 10 « 1* 1в 1в 20 22 24 29 2в 30

Рисунок7 - Разница времен переключения

Как видно из рисунка 7 разница в расчете не превосходит 0,3%, однако, несмотря на наличие локальных минимумов, функция возрастает. Наличие же локальных минимумов можно объясьить тем, что частица в момент переходного процесса, находясь в начале каждой ускоряющей секции, когда напряжение еще не сменило знак, замедляется. Классическая же модель предполагает монотонное увеличение скорости частицы. Таким образом, можно предположить, что предложенная методика расчета позволит проектировать ускорители с большим, по сравнению с существующими, количеством трубок дрейфа.

В четвертой главе В четвертой главе диссертационной работы представлено техническое описание спроектированного устройства для моделирования высокоскоростных пылевых частиц, описан принцип работы составных блоков устройства, предложена методика инженерного расчета ускорителя пылевых частиц. Приведены результаты экспериментальных исследований и их сравнение с аналогичными расчетными параметрами. Показано, что измерение величины удельного заряда и ее применение при управлении напряжением на трубках дрейфа линейного электродинамического ускорителя позволило повысить его эффективность на 34,5%.

Структурная схема устройства моделирования высокоскоростных пылевых частиц представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 - Структурная схема устройства моделирования высокоскоростных пылевых частиц.

На рисунке 8 приняты следующие обозначения: И - инжектор; ИЛ - измерительная линейка; ЭСЛУ - электростатический линейный ускоритель; ЭДЛУ - электродинамический линейный ускоритель; ИК -испытательная камера; ФН - форвакуумный насос; ВН - высоковакуумный насос; ИН - игольчатый натекатель; ПЗ - проходной затвор; КО - клапан отсекатель; КН - клапан натекатель; ВД - вакуумные датчики; ВИТ -вакуумметр ионизационно-термопарный; ВР - выравнивающие резисторы; ИР - измерительные резисторы; БПИ - блок питания инжектора; БП - блок питания; АБ - аккумуляторная батарея; ЗУ - зарядное устройство; ЛР -лазерная развязка; К1 - первый контроллер; К2 - второй контроллер; У -усилитель; К - компаратор; ИВН - измеритель высокого напряжения; ВГ -высоковольтный генератор; ВУ - высоковольтный усилитель.

Устройство работает следующим образом. Инжектор генерирует заряженные частицы в заданном диапазоне масс с частотой порядка 1 Гц. Заряженная частица последовательно проходит первую измерительную линейку, линейный электростатический ускоритель, вторую измерительную линейку, линейный

электродинамический ускоритель, третью измерительную линейку и попадает в испытательную камеру. Первая пара измерительных линеек и линейный электростатический ускоритель используются для определения параметров частицы (удельного заряда и начальной

скорости Сигналы с измерительных линеек усиливаются и поступает на компараторы. Временной интервал между передними фронтами импульсов на выходе компараторов пропорционален скорости частицы. По скоростям частицы до и после линейного электростатического ускорителя блок контроллера формирует на своих выходах пачки импульсов ускоряющего напряжения, которые после усиления высоковольтным усилителем подаются на соответствующие дрейфовые трубки линейного электродинамического ускорителя. Параметры пачки

выбираются из ряда данных для формирования импульсов, заранее заложенных в память блока "К2".

На начальном этапе проводилось измерение удельных зарядов ускоряемых частиц. Измерение проводилась двумя способами: по измеренному заряду (пунктирная линия на рисунке 9) и предложенным выше методом. Как видно из рисунка 9 имеет место систематическое расхождение между определением заряда первым и вторым методом. Это связано с тем, что ускоряемые частицы имеют форму лишь близкую к сферической, а заряд частиц почти никогда не достигает максимального значения. Заряд частиц в инжекторе носит вероятностный характер.

О 10 20 30 40 50 ео 70 80 90 100 110 120 130 140

Рисунок 9 - Распределение частиц по удельным зарядам

На рисунке 10 приведено распределение частиц, которые имели одинаковые скорости до и после линейного электростатического ускорителя с эффективным ускоряющим напряжением 100 кВ (524,8 м/с ±0,5% и 2580,5 м/с ±0,5% до и после линейного электростатического ускорителя соответственно), но с разными зарядами

По измеренным скоростям удельный заряд всех частиц был одинаков и составлял среднюю величину 32,24 Кл/кг с разбросом в 1%.

/V гит

Г

V

/ N

/ V

/ N V о т Кч'к?

У ^ —

20 27 2Я 2в ЭО 31 32 33 34 36

Рисунок 10 - Распределение частиц с одинаковыми скоростями. Как видно из рисунка 10 частицы одной и той же массы, вследствие различия своей геометрии могут заряжаться по-разному. Из приведенных выше экспериментов можно сделать вывод, что определение удельного заряда по измеренным скоростям является более точным, и, как будет

показано ниже, точность определение удельного заряда по заряду частиц является недостаточной для формирования ускоряющих импульсов на дрейфовых трубках линейного электродинамического ускорителя пылевых частиц.

Распределение частиц по скоростям на выходе всего ускорителя при эффективном ускоряющем напряжении линейного электростатического ускорителя 100 кВ и разностью напряжений на трубках дрейфа линейного электродинамического ускорителя 20кВ (27 промежутков) представлено ниже на рисунке 11.

Рисунок 11 - Распределение частиц по скоростям на выходе ускорителя

Как видно из рисунка 11 наиболее вероятная скорость частиц на выходе ускорителя составляет около 6 км/с, что соответствует частицам с удельным зарядом порядка 30 Кл/кг.

Для подтверждения работоспособности математической модели, представленной во второй главе данной работы, был проведен следующий эксперимент. С помощью линейного электродинамического ускорителя производилось ускорение 1000 частиц. Напряжение на трубках дрейфа линейного электродинамического ускорителя формировалось как функция скорости частицы до и после линейного электростатического ускорителя. Производился замер времени между последним переключением напряжения и временем прихода частиц к последним индукционным датчикам. Так как после последнего переключения напряжения, ускоряющие поля отсутствовали, то частицы двигались равномерно. Таким образом, было определено истинное время нахождения частицы в середине последней трубки дрейфа и сравнение его с расчетным. На рисунке 4.4 приведено распределение погрешности формирования ускоряющих импульсов. Фактически до настройки линейного электродинамического ускорителя имело место систематическая погрешность, а именно большинство частиц приходили к середине 28-ой трубки дрейфа раньше, чем формировался последний импульс. Это объясняется задержкой сигнала в формирователе и усилителе импульсов. Зависимость на рисунке 12 снята после измерения и учета задержки. Как

видно из рисунка 12 погрешность формирования имеет нормальный закон распределения и для большинства частиц не превышает 6%.

Рисунок 12 - Распределение погрешности формирования ускоряющих

импульсов.

Из 1000 частиц на входе линейного электродинамического ускорителя на выходе были зафиксированы 992 частицы, таким образом, коэффициент эффективности линейного электродинамического ускорителя составляет 99,2%. При настройке линейного электродинамического ускорителя на одно значение удельного заряда (32,24 Кл/кг, как наиболее вероятное для алюминиевых частиц) и формировании ускоряющих импульсов как функции скорости частиц на входе, на выходе были зафиксированы лишь 647 частиц, что соответствует коэффициенту эффективности 64,7%.

Таким образом, измерение величины удельного заряда и ее применение при управлении напряжением на трубках дрейфа линейного электродинамического ускорителя позволило повысить эффективность ускорителя на 34,5%.

Измерение скоростей ускоренных частиц и их зарядов проводилось также посредствам установленного в испытательной камере ионизационного преобразователя, конструкция которого показана на рисунке 13.

Рисунок 13 - Конструкция ионизационного преобразователя

На рисунке 13 приняты следующие обозначения: 1 - корпус преобразователя; 2 - усилитель сигнала; 3 - экран; 4 - мишень; 5 -

приемник в виде плоско-параллельной системы пластин; 6 - пластины; 7 -источник питания; 8 - герметизированный разъем.

При попадании высокоскоростной пылевой частицы в мишень преобразователя, образуются заряженные частицы, которые формируют импульс тока в приемнике. Усиленный сигнал запоминается осциллографом. Типовая форма этого сигнала приведена ниже на рисунке 14. По этому сигналу можно экспериментально определить коэффициент пропорциональности между скоростью и наиболее вероятной скоростью разлета ионов.

Ъ

Рисунок 14 - Типовая форма импульса в приемнике

В результате измерения отсчитанного от электронного

импульса с сетки (Ш на рисунке 14) до максимума ионного импульса ^ж на рисунке 14), определяется скорость сгустка ионизированного газа, образованного ударом частицы в мишень. Наиболее вероятная скорость вторичных заряженных частиц соответствует максимуму ионного импульса. Коэффициент пропорциональности определяется соотношением:

и« Ь . (9)

V т„

где 1}ц - наиболее вероятная скорость ионов; ¡V - скорость частицы;

- расстояние между сеткой преобразователя

приемником.

На рисунке 15 приведена фотографии общего вида ускорителя.

Рисунок 15 - Фотографии ускорителя

и

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана двумерная физико-математическая модель движения пылевой частицы в тракте линейного электродинамического ускорителя.

2. Разработана система и методика измерения удельного заряда ускоряемых частиц.

3. Исследованы конструкторские и технологические возможности повышения характеристик линейного электродинамического ускорителя.

4. Предложена методика инженерного расчета конструкции линейного электродинамического ускорителя высокоскоростных пылевых частиц.

5. Проведение ударных экспериментов на ускорителе пылевых частиц.

6. Разработан и испытан линейный электродинамический ускоритель высокоскоростных пылевых частиц с системой управления, который имеет следующие параметры:

- общее эффективное ускоряющее напряжение : 640 MB (ЮОкВ -линейный электростатический ускоритель и 27х20кВ - линейный электродинамический ускоритель);

- диапазон ускоряемых частиц от 0,1 до 10 мкм.

Список научных работ:

1. Н.Д. Семкин, А.В. Пияков. Радиальное и фазовое движение пылевых частиц в ускорителе в режиме переключаемых электродов. // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. Самара, №3 2003г., с.86-94.

2. Н.Д. Семкин, А.В. Пияков. Система регистрации для ускорителя пылевых частиц. //Материалы конференции "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления «Датчик-2003»",Московский государственный институт электроники и математики, 2003г., с.275-276.

3. А.В. Пияков. Измерительная система для ускорителя высокоскоростных пылевых частиц.// Тезисы докладов девятой всероссийской межвузовской конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2002». Москва, МИЭТ, 2002г., с 130.

4. А.В. Пияков, Н.Д. Семкин. Устройство для моделирования процессов соударения микрометеоритов с материалами элементов конструкций космических аппаратов. //Современные проблемы радиоэлектроники: сб. научн. тр. под научн. ред. А.В. Сарафанова. Красноярск, ИГОД КГТУ, 2003г. с. 280-283.

5. Н.Д. Семкин, А.В. Пияков, К.Е. Воронов. Имитатор космической пылевой плазмы. //Авиакосмическое приборостроение №7/2003 г., с.24-29.

6. Н.Д. Семкин, А.В. Пияков, Воронов К.Е., Помельников Р.А., Ускоритель высокоскоростных пылевых частиц.// Патент на изобретение №2205525. Выдан 2003г.

7. А.В. Пияков, Н.Д. Семкин. Радиальные траектории пылевой частицы в ускорительном тракте ускорителя высокоскоростных пылевых частиц для различных конфигураций дрейфовых трубок. //Современные проблемы

ИИ 8 7 1 5

радиоэлектроники: сб. научн. тр. под общей ред. Ю.В. Коловского. Красноярск, ИПЦ КГТУ, 2002г., Самара, 2003г., с. 280-283.

8. А.В. Пияков, К.Е. Воронов. Фокусирование высокоскоростной пылевой частицы в линейном ускорителе. //Тезисы докладов и сообщений И-ой Международной н-т. конференции "Физика и технические приложения волновых процессов" под редакцией ВА Неганова и Г.П. Яровского. с.336.

9. А.В. Пияков, К.Е. Воронов, Д.В. Горюнов. Повышение эффективности линейного ускорителя в режиме переключаемых электродов. //Тезисы докладов и сообщений Н-ой Международной н-т. конференции "Физика и технические приложения волновых процессов" под редакцией В.А. Неганова и Г.П. Яровского., Самара, 2003 г., с. 340.

10. А.В. Пияков, Н.Д. Семкин, РА Помельников. Расчет электростатического поля между токоведущими шинами ускорителя высокоскоростных пылевых частиц. //Управление движением и навигация летательных аппаратов. Сборник научных трудов Х-ого научно-технического семинара по управлению движением и навигации летательных аппаратов., Самара 2002г., с. 251-255.

11. Пияков А.В. Расчет эквивалентных емкостей ускоряющего тракта ускорителя высокоскоростных пылевых частиц. Вестник СГАУ серия: актуальные проблемы радиоэлектроники, выпуск 6, Самара 2001г., с.32-38.

12. Пияков А.В. Система регистрации скорости частиц. Вестник СГАУ серия: актуальные проблемы радиоэлектроники, выпуск 7, Самара 2002г., с.39-43.

13. Семкин Н.Д., Бай Юй, Пияков А.В. Инжектор для ускорителя пылевых частиц. Вестник СГАУ серия: актуальные проблемы радиоэлектроники, выпуск 7, Самара 2002г., с.43-45.

14. Пияков АВ., Иванов В.В. Блок управления ускорителем пылевых частиц. Вестник СГАУ серия: актуальные проблемы радиоэлектроники, выпуск 4, Самара 2000г., с.23-27.

15. Пияков АВ., Воронов К.Е. Устройство моделирования высокоскоростных пылевых частиц. Вестник СГАУ серия: актуальные проблемы радиоэлектроники, выпуск 5, Самара 2001г., с.23-29.

16. А.В. Пияков, Н.Д. Семкин. Система управления ускорителем высокоскоростных пылевых частиц. // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Девятая международная н-т. конференция студентов и аспирантов. Москва, МЭИ, 2003г. с. 109.

17. Пияков А.В., Семкин Н.Д. Устройство моделирования столкновения высокоскоростных твёрдых частиц с конструкциями космических аппаратов.// Всероссийская студенческая научная конференция "IV Королевские чтения", Самара, СГАУ, 2001г.

18. Семкин Н.Д., Воронов К.Е., Новиков Л.С., Пияков АВ. Источник заряженных пылевых частиц. //Решение о выдаче патента от 20.07.04 по заявке №2003100867.

РНБ Русский фонд

2005-4

20 15432

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ УСКОРЕНИЯ ПЫЛЕВЫХ ЧАСТИЦ

1.1. Параметры ускоренных пылевых частиц.

1.1.1. Источники пылевых частиц.

1.1.2. Характеристики пылевых частиц.

1.2. Анализ методов и устройств для проведения ударных экспериментов.

Выводы.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦЫ В

ТРАКТЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧКЕСКОГО УСКОРИТЕЛЯ

2.1. Постановка задачи.

2.2. Расчет электрического поля для одной ускоряющей секции.

2.3. Определение оптимальной геометрии трубок дрейфа.

2.4. Математическая модель движения частицы в тракте линейного электродинамического ускорителя.

2.5. Методика расчета времени переключения напряжения на дрейфовых трубках электродинамического ускорителя.

2.6. Определение оптимальной конструкции подвода напряжения к дрейфовым трубкам линейного электродинамического ускорителя.

Выводы.

ГЛАВА З.АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО УСКОРИТЕЛЯ

3.1. Классификация погрешностей.

3.2. Состав погрешностей системы управления.

3.3. Погрешность применяемой математической модели.

3.4. Погрешность измерения скоростей и удельных зарядов.

3.5. Погрешность формирования импульсов на трубках дрейфа.

Выводы.

ГЛАВА4. РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

4.1. Инжектор пылевых частиц.

4.2. Линейный электростатический ускоритель пылевых частиц.

4.3. Линейный электродинамический ускоритель пылевых частиц.

4.4. Камера для проведения экспериментов.

4.5. Параметры частиц, подлежащие определению в ходе проведения эксперимента.

4.6. Эксперименты для настройки и регулировки линейного электродинамического ускорителя пылевых частиц.

4.7. Результаты экспериментов.

4.8. Исследование скоростей и зарядов ускоренных частиц с помощью ионизационного преобразователя.

4.9. Методика инженерного расчета ускорителя пылевых частиц.

Выводы.

Актуальной проблемой современной авиакосмической промышленности является создание космических аппаратов (КА) с большими сроками эксплуатации и большей надёжностью. Одним из основных факторов, влияющих на надёжность и долговечность КА, является коррозия и старение материалов элементов конструкций КА. Коррозия материалов КА является следствием взаимодействия материалов конструкций КА с атмосферой КА, а также с микрометеоритами естественного происхождения и техногенными высокоскоростными пылевыми частицами, так называемым, космическим мусором.

В состав солнечной системы, наряду с планетами, их спутниками, астероидами и кометами, входит огромное число твердых частиц различных размеров - от мельчайших субмикронных пылинок до каменных и железных глыб с поперечником в десятки и сотни метров, которые в совокупности образуют твердую составляющую межпланетной среды (для ее обозначения различными авторами используются также названия "межпланетное пылевое облако" или " облако космической пыли"). Отдельные частицы твердой составляющей межпланетной среды, независимо от их масс и размеров, чаще всего называются метеорными телами, метеоритообразующими телами, кратерообразующими телами, метеороидами, микрометеороидами, микрометеоритами, частицами зодиакального света и др.

С наличием твердой составляющей межпланетной среды и взаимодействием с Землей и другими телами солнечной системы, солнечным излучением и космическим аппаратом, связан целый ряд астрономических, геофизических и космофизических язлений, таких, как зодиакальный свет, метеоры, наибольший по массе приток космического вещества на Землю, выпадение метеоритов, образование метеоритных кратеров (прежде всего на Луне, Меркурии и других телах солнечной системы, лишенных плотных атмосфер), бомбардировка метеорными телами космических аппаратов и др.

Как показывают результаты измерений векторов скоростей метеоров, подавляющее большинство порождающих их метеорных тел движется по эллиптическим орбитам вокруг Солнца; до сих пор пока нет ни одного случая надежного обнаружения метеорных тел, приходящих из межзвездного пространства. Время жизни в межпланетном пространстве мелких частиц космической пыли очень мало в астрономических масштабах - от десятков миллионов лет для частиц с массами порядка 1 г. до нескольких лет для частиц массами 10"12 - 10"14 г.

Возрастающая активность в космическом пространстве многих стран и консорциумов приводит к его интенсивному загрязнению фрагментами ракетно-космической техники и появлением нового класса - техногенных пылевых частиц, применительно к околоземному космическому пространству. По оценкам американских ученых, общая масса объектов искусственного происхождения на околоземных орбитах превысила 3 тысячи тонн.

По результатам многочисленных исследований [1,2,3,4] на высотах от 300 до 1600 км наблюдается наиболее высокая их концентрация по уровню уже значительно превосходящая плотность потока частиц естественного метеороидного фона. Поэтому необходимым становится исследования твердой составляющей межпланетной среды, прогнозирование метеорной опасности для космических аппаратов и воздействие большого числа ударов очень мелких пылинок на незащищенные оптические, светочувствительные и другие поверхности аппаратуры, установленной на космических аппаратах.

Большая часть сведений о космическом мусоре была получена, с помощью слежения за спутниками, радиолокационными станциями и оптическими телескопами, разбросанными по всей земле. Оптические телескопы используются, для слежения в дальнем космосе на расстояниях более пяти тысяч километров от Земли. При меньших высотах самым эффективным средством слежения являются радиолокационные станции. Минимальный диаметр объекта, который можно обнаружить на высоте пятьсот километров, равен десяти сантиметрам. Оптический телескоп в состоянии обнаружить объекты диаметром около одного метра, находящиеся на геосинхронной орбите. Оценки количества более мелких частиц проводятся на основе различных моделей космического мусора. Данные модели должны давать вероятность столкновения, выраженную через размеры частиц мусора и их относительные скорости. В этом случае вероятность становится мерой надежности КЛА, а данные о размерах и скоростях частиц мусора позволяют рассчитывать конструкцию КЛА или его противометеоритную защиту. Математические модели для расчета состояния облака частиц космического мусора строят исходя из существующих представлений о причинах его образования и предположений о том, как пойдет в дальнейшем освоение космоса.

Определение параметров частиц менее одного сантиметра оптическими средствами затруднено отсутствием надежных данных об альбедо таких малых объектов. Некоторые данные можно получить на основе изучения ударных кратеров на поверхностях объектов, побывавших в космическом пространстве. По данным Космического военного управления США около трети всех выбоин на поверхности исследуемых пластин - результат соударения с мелкими частицами космического мусора, образовавшимися при сгорании твердого ракетного топлива, а также с частицами краски размерами от 1 до 100 мкм [6]. Из этого следует, что разрушение материала на поверхностях КЛА или регулярное включение твердотопливных двигателей служат постоянным источником пополнения облака космического мусора новыми частицами.

Проводимые в настоящее время исследования характеристик орбитального мусора не отвечают современным требованиям. Менее всего данных о частицах в диапазоне размеров от 10 до 100 мкм; при том, что существует достаточно частиц такого размера, чтобы вынудить конструкторов КЛА значительно увеличить массу и объем противометеоритной защиты.

По данным научно-исследовательского центра имени Джонсона (NASA) большая часть космического мусора сосредоточена на расстоянии до двух тысяч километров от поверхности Земли. За исключением небольших повышений концентраций вблизи полюсов, частицы мусора распределены почти равномерно над всей поверхностью Земли. Это означает, что вероятность и скорость столкновения не зависят от положения KJIA или направления его движения по низкой околоземной орбите. Средняя скорость столкновений меняется от 9 км/с для орбит с малым наклоном до 13 км/с для околополярных орбит [7].

Кроме того, интенсивная космическая деятельность человечества сопровождается постоянно увеличивающимся числом запусков ракетно-космических средств, ростом полезных нагрузок, возрастанием мощности ракетных двигателей. Вывод в космос и эксплуатация космической техники приводят к появлению в околоземном космическом пространстве (ОКП) продуктов антропогенного загрязнения - газа, а также различных частиц и фрагментов (так называемых осколков). Согласно существующим, представлениям источниками этого загрязнения являются: а) газовыделение конструкций и материалов космических аппаратов (КА), деструкция материалов поверхностей КА в условиях воздействия факторов космического пространства (ФКП); б) продукты работы маршевых и маневровых двигателей; в) продукты работы систем обеспечения жизнедеятельности (как пилотируемых, так и автоматических КА); г) технологические и экспериментальные работы на борту, связанные с инжекцией вещества в ОКП, в том числе технологические и аварийные сливы топлива; д) вспомогательные технологические узлы и элементы космической техники, обеспечивающие операции вывода и маневров на орбите и отделяемые после их выполнения; е) отработавшие ресурс или аварийные КА; ж) столкновения КА с относительно крупными орбитальными объектами, непреднамеренные и преднамеренные взрывы КА; з) дезинтеграция КА, головных частей и ступеней ракет и их элементов при входе в плотные слои атмосферы.

Размеры частиц и фрагментов антропогенного происхождения составляют значения от долей микрометра до десятков сантиметров. Согласно данным наблюдений [8] количество частиц в ОКП с размерами более 10 см, регистрируемых радиолокационными средствами, составляет около 7000. Частицы меньших размеров не поддаются прямому детектированию, и их количество оценивается по различным моделям величиной на несколько порядков выше числа наблюдаемых. Важно отметить, что наблюдается устойчивая тенденция роста частиц антропогенного загрязнения всех размеров. Эта тенденция хорошо прослеживается при сравнении результатов первых экспериментов по прямому измерению концентрации частиц в ОКП с результатами измерения в последние годы.

Так, измерения на Скайлэбе показали, что концентрация микрочастиц антропогенного происхождения составила 0,1 см , в то время как по результатам измерений на Шаттле спустя 10 лет концентрация таких частиц л составила уже 100-200 см" , т.е. наблюдается увеличение концентрации на 3 порядка [9]. Последствия загрязнения ОКП частицами и фрагментами крупных размеров очевидны: столкновения при скоростях соударений порядка нескольких километров в секунду могут привести либо к катастрофическому разрушению КА, либо к выводу из строя его отдельных систем. Влияние соударений КА с частицами размерами менее 1 мм в настоящее время нельзя считать достаточно изученным. При высоких скоростях встречи возможно эрозионное разрушение поверхностей элементов конструкций КА, при низких - осаждение частиц на этих поверхностях. Взаимодействие с продуктами антропогенного загрязнения ОКП может привести к изменению функциональных характеристик элементов систем КА, таких как, например, оптические датчики, солнечные батареи, системы терморегулирования, зеркальные поверхности и т.п.

Многочисленные факты, выявленные как при эксплуатации космической техники, так и в специально поставленных космических экспериментах по экспонированию образцов конструкционных материалов в космосе демонстрируют заметную деградацию характеристик поверхностей, подвергшихся воздействию потоков частиц антропогенного происхождения.

Вся совокупность имеющихся к настоящему времени экспериментальных данных свидетельствует о возникновении угрозы значительного влияния антропогенного загрязнения верхней атмосферы ОКП на функционирование космической техники.

Прогнозы состояния окружающей среды в будущем зависят от того, насколько активно все страны будут осваивать космос, и от характера осуществляемых операций, так как даже одна авария спутника может сделать все прогнозы недействительными. Ожидается, что плотность потока частиц космического мусора будет возрастать. Зная об ухудшении обстановки в космическом пространстве, конструкторы КЛА должны исходить в своей работе из уточненных моделей и предположений о состоянии околоземного облака космического мусора.

В связи с этим возникает проблема испытания материалов элементов конструкций КА на соударение с высокоскоростными пылевыми частицами в лабораторных условиях, так как проведение натурных экспериментов на околоземной орбите связано с большими затратами. Достоинствами лабораторного моделирования экспериментов по соударению с материалами элементов конструкций КА является возможность осуществления управляемых экспериментов и возможность измерения важных величин пылевых частиц.

В процессе проведения ударных экспериментов необходимо контролировать следующие параметры частиц:

- Скорость частиц в момент соударение с образцом;

- Массу частиц;

- Заряд частиц;

- Количество частиц.

На первоначальном этапе для проведения ударных экспериментов использовались электростатические ускорители, предназначенные для ускорения элементарных частиц. Громоздкость данных конструкций не позволяла повсеместное использование таких ускорителей для решения прикладных задач. Поэтому в последнее время были разработаны специальные конструкции ускорителей, предназначенные именно для ускорения пылевых частиц.

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Показана актуальность проблемы построения устройства для моделирования высокоскоростных пылевых частиц.

2. Из анализа существующих устройств моделирования высокоскоростных пылевых частиц следует, что все большее развитие получают электродинамические ускорители с переключаемым напряжением на ускоряющих электродах, главным отличием которых является возможность отсутствия в системе высоковольтных источников.

3. Проведен расчет распределения электрического поля по длине ускоряющей секции. Предложен алгоритм программы, которая реализует определение искомой зависимости методом конечных разностей потенциалов.

4. Определена оптимальная геометрия трубок дрейфа. Основным критерием оптимизации геометрии трубок дрейфа был выбран коэффициент фокусировки.

5. Разработана двумерная математическая модель движения частицы в тракте линейного электродинамического ускорителя, которая учитывает как продольное, так и радиальное движение частицы. Показано, что применение этой модели приводит к возможности увеличения максимального количества трубок дрейфа в линейном электродинамическом ускорителе. Предложен алгоритм программы построения двумерной траектории движения частицы в тракте ускорителя.

6. На основе разработанной математической модели предложена методика расчета времени переключения напряжения на дрейфовых трубках линейного электродинамического ускорителя. Основными отличиями предложенной методики от существующих является то, что удельный заряд частиц вводится как измеряемая величина, а не как константа.

7. Определена оптимальная конструкция подвода напряжения к дрейфовым трубкам линейного электродинамического ускорителя. Показано, что в отсутствии экранировки ускоряющего промежутка от внешних электрических полей, создаваемых токоведущими шинами, наиболее рациональным является конструкция с четырьмя токоведущими шинами.

8. Представлено техническое описание спроектированного устройства для моделирования высокоскоростных пылевых частиц, описан принцип работы составных блоков устройства.

9. Предложена методика инженерного расчета ускорителя пылевых частиц. Приведены результаты экспериментальных исследований и их сравнение с аналогичными расчетными параметрами.

10. Показано, что измерение величины удельного заряда и ее применение при управлении напряжением на трубках дрейфа линейного электродинамического ускорителя позволило повысить его эффективность на 34,5%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе проведена разработка устройства моделирования высокоскоростных пылевых частиц. Разработка устройства носила комплексный характер и включала: рассмотрение существующих устройств моделирования высокоскоростных частиц, выявление их недостатков, постановку и последующее решение задач для их устроение. В результате работы было спроектировано устройство моделирования высокоскоростных пылевых частиц с большими, по сравнению с существующими, эффективностью и диапазоном ускоряемых частиц.

1. Potter A. Measuring the orbital debris population. Earth Space. 1995, vol.4,№3.

2. Мазжорин Д.А., Чекалин C.B. Космос и экология // Сб. ст. "Проблемы космического мусора". М:"3нание", 1991-С.9-15.

3. Пыль в атмосфере и околоземном космическом пространстве / Под редакцией Дивари Н.Б. Материалы научных съездов и конференций. М: "Наука", 1973-165 с.

4. Столкновение в околоземном пространстве (космический мусор). Сб. научн. Трудов/Под ред. Масевича А.Г.: «Космоинформ», 1995.

5. Brownlee D.E. "Stardust: Sumpliny Early Star System", JPL Fact Sheet, №l,May, 1996.

6. Дикки H.P., Калп Р.Д. Определение характерной массы фрагментов космического мусора, обращающихся по низким околоземным орбитам// Аэрокосмическая техника, №19, 1990, с.51-57.

7. Kessler D.J. Average Relative Velocity of Sporadic Meteoroids in Interplanetary Space, AIAA Journal, vol.7, №12,pp.2337-2338, December, 1969.8. population Model of Small Size Space Debris, IFRR-TUBS, Darmstadt, 1993.

8. Лебединец В.П. Аэрозоль в верхней атмосфере и космическая пыль, Ленинград, ИЭМ, 1981-271 с.

9. Ю.Мержлевский Л. А., Титов В.Н., Фадеенко Ю.И., Швецов Г. А. Высокоскоростное метание твердых тел. //Физика горения и взрыва., 1987, т.23, №5, с.77-91.

10. П.Акишин А.И., Новиков Л.С. Методы имитации воздействия окружающей среды на материалы космических аппаратов. М.:Изд-во МГУ, 1986.

11. Баренгольтц Дж.В. Прилипание частиц к поверхности в вакууме /Аэрокосмическая техника, 1989, № 1, с. 100-109.

12. Халл О.Ф., Вакимото Ж.Н. Измерение скорости накопления загрязнения поверхности КА в зависимости от величины ее заряда // AJAA Paper.-1984, №1703,-рр.5-8.

13. Corso J.J. Potential effects of cosmic dust and rocket exhaust particles ov spacecraft charging. Acta astronaut, 1985, 12,№4,pp.265-267.

14. Breisacher P., Mahudevan P. Impact of liquit hydrazine on heated surface in the low pressure space environment. AJAA.- shuttle environment and operatious meeting a collection of technical papars. 1983, pp. 127-130.

15. Поттер А.Э. Измерение характеристик космического мусора / Аэрокосмическая техника, 1989, №1, с. 143-145.

16. Столкновение в околоземном пространстве (космический мусор). Сб. научн. трудов / Под. ред. А.Г. Масевича -М: Космоинформ, 1995

17. Fluri W. ESA spase debris research activities. Earth Space Review, 1995, vol/ 4,№ 3.

18. Klinkrad H., John R. The space debris environment of the Earth, ESA Journal -92/1,vol. 16, №1.

19. Пыль в атмосфере и околоземном космическом пространстве / Под. ред. Дивари Н.Б. Материалы научных съездов и конференций., М: «Наука», 1973.-165с.

20. Laboratory Simulation of Lunar Craters/Fechtig H., Gault D.E., Neukum G. And others, p.59,Jg., Hert 4,1972.

21. The spatio-temporal impact fluxes and high time-resolution studies of multi-impact events and long lived debris clouds /J.Derral Mulholland, S.Fred Singer, John P. Oliver and others.- earth Space Review, 1993, vol. 6, №5,pp.517-528.

22. Haranyi М., Houpis H.L.F., Mendis D.A. Charged Dust in Earthis Magnetosphere. J.Physical and Synamical Process // Astrophis and Space Sci., 1988, v. 144, pp.215-229.

23. Harani M. The Spatial Distribution of Submicron Sized Debris in the Terrestrial Magnetophere//Adv. Space Res., 1990,v.l0,pp.403-407.

24. Мерзляков E.T. О движении субмикронных частиц на низких околоземных орбитах // Космические исследования, 1996, т.32, №5, с.558-560.

25. Лобанов А.Б., Павличенко Е.А. Аккреция Землей микрометеороидного вещества через область полярного каспа // Космические исследования, 1986, с.9-15, 140-144.

26. Вербицкий С.С., Иванов Е.А., Клемов Г.И. и др. Микрометероиды и микрометеориты. Физика взаимодействия с веществом. Методы исследования физических параметров и химического состава. Препринт. Черноголовка, 1986, с.9-15 , 70-73, 140-144.

27. Альвен X. Космическая плазма. М: «Мир», 1983,с. 121-128.

28. Модель космического пространства /Под ред. Ак. Вернова С.Н., М: Издательство МГУ, 1983, издание 7ое, Т.З. с.281, 311.

29. Measurements of the thermal plasma environment of the Space Shuttle/Sismkind D.E., Banks P.M., Willson P.R.// Planet and space Sci. 1984-32,№4,p.457-467

30. Первые результаты иследования плазменной среды, создаваемой орбитальной ступенью КЛАМИ «СПЕИС ШАТТЛ» с помощью модуля диагностической плазмы / Шоуди С. Д., Пиккот Дж.С.// Аэрокосмическая техника. -1985-№5с.93-99.

31. Халл О.Ф., Вакимото Ж.Н. Измерение скорости накопления загрязнения поверхности КА в зависимости от величины заряда // AJAA Paper -1984-№1703 -рр.5-8.

32. Corso J.J. Potential effekts of cosmics dust and rocket exhaust particles on spacecraft charhing. Acta astronaut, 1985,12,№4,p.265-267.

33. Назиров P.P., Рязанова Е.Е., Сагеев Р.З. Анализ процесса самоочищения космоса от «мусора»//ИКИ АН СССР, 1990; препринт №1676.

34. Высокоскоростные ударные явления /под ред. Николаевского В.И.-М: «Наука», 1973-561с.

35. Семкин Н.Д. Исследование характеристик конденсаторного датчика для регистрации твердых частиц с помощью импульсного лазера / Изв. вузов СССР. Сер. Приборостроение. 1986. - т. XXIX, № 8, - с. 60-64.

36. Воронов К.Е., Семкин Н.Д. Исследование ионизационно-конденсаторного датчика пылевых частиц с помощью импульсного лазера / Научный семинар НИИЯФ "Имитация воздействия космической среды на материалы и элементы КА" Москва, 17 марта 1997.

37. Frichtenicht J.F., Becker D. G., Hamermesh В., Symp Hypervelocity Impact, 4th, Eglin, Florida, April, 1960.

38. Frichtenicht J.F., Becker D.G. Astrophys. J. 1971, 166, 3,1, 717.

39. Н.Д. Семкин, A.B. Пияков, Воронов К.Е., Помельников P.A., Ускоритель высокоскоростных пылевых частиц.// Патент на изобретение №2205525. Выдан 2003г.

40. A.B. Пияков. Измерительная система для ускорителя высокоскоростных пылевых частиц.// Тезисы докладов девятой всероссийской межвузовской конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика 2002». Москва, МИЭТ, 2002г., с 130.

41. Лебедев А.Н. Основы физики и техники ускорителей. М.: Наука, 1991.

42. Власов А.Д. Теория линейных ускорителей. М.: Наука, 1965.

43. Комар В.Г. Основы ускорительной техники. М.: Атомиздат, 1975. 51 .Гольдин Л.Л. Физика ускорителей. М.: Наука, 1983.

44. Ускорение заряженных частиц. Терминология. М.: Наука, 1977.

45. Теория и расчет линейных ускорителей./ Сборник статей. М.:1. Госатомиздат, 1962.

46. Яворский Б.М. Справочник по физике. М.: Наука, 1979.

47. Яворский Б.М. Справочник по физике. М.: Наука, 1990.

48. Дубровский И.М. Справочник по физике. Киев, 1986.

49. Х. Кухлинг. Справочник по физике. Перевод с немецкого по редакцией Е.М. Лейкина. М.: Мир, 1985.

50. М. Силадьи. Электронная и ионная оптика. М.:МИР,1990.

51. Сёмкин Н.Д. Проектирование масс-спектрометров для космических исследований. Самара : СГАУ, 2000.

52. Теория и расчет линейных ускорителей./ Сборник статей. М.:1. Госатомиздат, 1962.

53. Пыль в атмосфере и околоземном космическом пространстве / Под редакцией Дивари Н.Б. Материалы научных съездов и конференций. М: "Наука", 1973-165 с.

54. Столкновение в околоземном пространстве (космический мусор). Сб. научн. Трудов/Под ред. Масевича А.Г.: «Космоинформ», 1995.

55. Дикки Н.Р., Калп Р.Д. Определение характерной массы фрагментов космического мусора, обращающихся по низким околоземным орбитам //Аэрокосмическая техника, №19, 1990, с.51-57.

56. Лебединец В.П. Аэрозоль в верхней атмосфере и космическая пыль, Ленинград, ИЭМ, 1981-271 с.

57. Поттер А.Э. Измерение характеристик космического мусора / Аэрокосмическая техника, 1989, №1, с. 143-145.

58. Пыль в атмосфере и околоземном космическом пространстве / Под. ред. Дивари Н.Б. Материалы научных съездов и конференций., М: «Наука», 1973.-165с.

59. Высокоскоростные ударные явления /под ред. Николаевского В.И.-М: «Наука», 1973-561с.

60. Макдонелл Ж.А. Обзор замеров пыли, сделанных в отдаленных точках космического пространства: XII конфер.КОСПАР, Ленинград, СССР,1970.

61. Нзаарова Т.Н. и др. Метеорное вещество по измерениям космических аппаратов//Космические исследования -1974-т.14,№3,с.435-437.

62. Проблема загрязнения космоса (космический мусор). Сб. научн. Трудов/Под. ред. Масевича А.Г.- М: Космоинформ, 1993.

63. Поттер А.Э. Измерение характеристик космического мусора /Аэрокосмическая техника, 1989,№ 1,с. 143-145.

64. Кесслер Д.Дж. Прогноз засорения космического пространства / Аэрокосмическая техника, 1999,№ 1,с. 145-147.

65. Назарова Т.Н., Рыбаков А.К. Изучение метеоритных частиц с космических летательных аппаратов. КОСПАР, Ленинград, СССР, 1970.

66. Физика взрыва / Ф.А. Баум, Орленко Л.П., Станюкович К.П. и др. -М: Наука, 1975, 704 с.

67. Высокоскоростные ударные явления / Под ред. В.Н. Николаевского. —М: Мир, 1973.-533 с.

68. Ковалев Р.В., Лунев В.В., Минюшкин Д.Н. Взаимодействие высокоскоростных частиц с тонкостенной металлической оболочкой. -Космонавтика и ракетостроение, 2000, №18, с. 119-126.

69. Канель Р.В., Лунев В.В., Взаимодействие высокоскоростных частиц с пористыми экранами. Космонавтика и ракетостроение, 2000, №18, стр. 127-132.

70. Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике. М.: "Наука", 1982. 187 с.

71. Баум Ф.А., Орленко Л.П. и др. Физика взрыва. М.: 1975, 704 с.

72. Высокоскоростные ударные явления / под ред. В.И.Николаевского. М.: "Наука", 1971.

73. Швецов Г.А., Титов В.М., Анисимов А.Г. и др. Рельсотронные укорители макрочастиц. Ч. 1. Общие характеристики: Докл. на IV междунар. конф. по генерации мегагаусных магнитных полей и родственным экспериментам. США. Санта-Фе. 14-17 июля 1986. - с.311.

74. Швецов Г.А., Титов В.М., Анисимов А.Г. и др. Рельсотронные укорители макрочастиц. Ч. 2. Общие характеристики: Докл. на IV междунар. конф. по генерации мегагаусных магнитных полей и родственнымэкспериментам. США. Санта-Фе. 14-17 июля 1986. - с.530.

75. Семкин Н.Д. Исследование ионизационного метода измерения параметров твердых частиц // Датчики и устройства систем управления и контроля: Сб. науч. тр. Куйбышев. - 1985. - С. 105-109.

76. Семкин Н.Д. Исследование характеристик конденсаторного датчика для регистрации твердых частиц с помощью импульсного лазера / Изв. вузов СССР. Сер. Приборостроение. 1986. - т. XXIX, № 8, - с. 60-64.

77. Воронов К.Е., Семкин Н.Д. Исследование ионизационно-конденсаторного датчика пылевых частиц с помощью импульсного лазера / Научный семинар НИИЯФ "Имитация воздействия космической среды на материалы и элементы КА" Москва, 17 марта 1997.

78. Семкин Н.Д., Бай Юй. Взаимодействие высокоскоростных частиц с терморегулирующими покрытиями. // Вестник СГАУ, серия: Актуальные проблемы радиоэлектроники. Выпуск 6. Самара 2001. с. 42-47.

79. Фадеенко H.H. Высокоскоростной удар. Вып. 3: Библ. указ. за 1971-1975 гг. Ин-т гидродинамики, Новосибирск: 1976. 241с.

80. Высокоскоростные ударные явления / Под ред. В.И. Николаевского. М.: Мир, 1973.-561с.

81. Мусинов М.Д. Воздействие и моделирование космического вакуума. М.-.Машиностроение, 1982.

82. А. С. № 1830499 (СССР). Устройство для измерения физических характеристик микрометеороидных пылевых частиц / Н. Д. Семкин, В. А. Бочкарев, Г. Я. Юсупов, С. М. Семенчук. БИ №28, 1993.

83. Семкин Н. Д. Анализ методов регистрации высокоскоростных пылевых частиц и их структурный анализ / КуАИ Куйбышев, 1987. - 37 с, - Деп.1. ВИНИТИ №8566-В87.

84. Решение о выдаче патента от 08.01.2003 по заявке №2001121376. Ускоритель высокоскоростных твёрдых частиц. Семкин Н.Д., Пияков A.B., Воронов К.Е., Помельников P.A.

85. Н.Д. Семкин, A.B. Пияков. Радиальное и фазовое движение пылевых частиц в ускорителе в режиме переключаемых электродов. // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. Самара, №3 2003г., с.86-94.

86. Н.Д. Семкин, A.B. Пияков, К.Е. Воронов. Имитатор космической пылевой плазмы. //Авиакосмическое приборостроение №7/2003г., с.24-29.

87. Пияков A.B. Расчет эквивалентных емкостей ускоряющего тракта ускорителя высокоскоростных пылевых частиц. Вестник СГАУ серия: актуальные проблемы радиоэлектроники, выпуск 6, Самара 2001г., с.32-38.

88. Семкин Н.Д., Бай Юй, Пияков A.B. Инжектор для ускорителя пылевых частиц. Вестник СГАУ серия: актуальные проблемы радиоэлектроники, выпуск 7, Самара 2002г., с.43-45.

89. Пияков A.B., Воронов К.Е. Устройство моделирования высокоскоростных пылевых частиц. Вестник СГАУ серия: актуальные проблемы радиоэлектроники, выпуск 5, Самара 2001г., с.23-29.

90. A.B. Пияков, Н.Д.Семкин. Система управления ускорителем высокоскоростных пылевых частиц. // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Девятая международная н-т. конференция студентов и аспирантов. Москва, МЭИ, 2003г. с. 109.

91. Пияков A.B., Семкин Н.Д. Устройство моделирования столкновения высокоскоростных твёрдых частиц с конструкциями космических аппаратов.// Всероссийская студенческая научная конференция "IV Королевские чтения", Самара, СГАУ, 2001г.

92. Tel.: (+7-8462) 34-18-87,35-70-93, 32-57-80

93. Зам. директора1/'E.JI. Бон даре нко