Математическая модель взаимодействия низкотемпературной плазмы электроракетного двигателя с поверхностью радиационно-заряженного диэлектрика


Авторы

Валиуллин В. В.*, Надирадзе А. Б.

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: valiullinvv@mai.ru

Аннотация

Электризация или радиационная зарядка диэлектрических поверхностей космических аппаратов является основной причиной отказа высокоорбитальных спутников. Существуют активные и пассивные методы защиты космического аппарата от электризации. Активный метод защиты космического аппарата представляет собой воздействие низкотемпературной плазмы электроракетного двигателя на радиационно-заряженные поверхности. В настоящей работе построена математическая модель релаксации электрического заряда радиационно-заряженного диэлектрика ионами низкотемпературной плазмы электроракетного двигателя в приближении конденсаторной модели. Расчеты по данной математической модели показали появление у поверхности диэлектрика слоя дырок, которые компенсируют накопленный электронный заряд, однако не приводят к рекомбинации этого заряда. Было выявлено, что пробойной напряженности электрического поля между слоем дырок и внедренным электронным зарядом в диэлектрике не возникает.

Ключевые слова:

радиационно-заряженный диэлектрик, низкотемпературная плазма, релаксация электрического заряда, модель плоского конденсатора

Библиографический список

  1. Al-Oqla F.M., Sapuan S.M., Anwer T. et al. Natural fiber reinforced conductive polymer composites as functional materials: A review // Synthetic Metals. 2015. Vol. 206. P. 42–54. DOI: 10.1016/j.synthmet.20 15.04.014
  2. Rafique I., Kausar A., Anwar Z. et al. Exploration of Epoxy Resins, Hardening Systems and Epoxy/Carbon Nanotube Composite Designed for High Performance Materials: A Review // Polymer-Plastics Technology and Engineering. 2016. Vol. 55. No. 3. P. 312–333. DOI: 10.1080/03602559.2015.1070874
  3. Gubby R., Evans J. Space environment effects and satellite design // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2002. Vol. 64. No. 16. P. 1723–1733. DOI: 10.1016/S1364-6826(02)00122-0
  4. Лимаренко Н.А., Мочалова Е.Н., Галиханов М.Ф.и др. Исследование диэлектрических свойств электретов на основе эпоксидных полимеров // Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16. № 2. С. 126–128.
  5. Барыбин А.А., Шаповалов В.И. Релаксация зарядав проводящих диэлектрических пленках с мелкимии глубокими ловушками // Физика твердого тела. 2008. Т. 50. № 5. С. 781–793.
  6. Новиков Л.С. Взаимодействие космических аппаратов с окружающей плазмой. Москва: Университетская книга, 2006. 120 с.
  7. Новиков Л.С. Радиационное воздействие на материалы космических аппаратов. Москва: Университетская книга, 2010. 192 с.
  8. Зыков В.М., Нейман Д.А. Комбинированная модель поверхностного и объемного заряжения диэлектрической мишени электронами с энергией 10–30 кэВ // Известия высших учебных заведений. Физика. 2017. Т. 60. № 12. С. 135–141.
  9. Fitting H.-J., Touzin M. Secondary electron emission and self-consistent charge transport in semi-insulating samples // Journal of Applied Physics. 2011. Vol. 110. No. 4. Article number 044111. DOI: 10.1063/1.36 08151
  10. Touzin M., Goeuriot D., Guerret-Piecourt C. et al. Electron beam charging of insulators: A self-consistent flight-drift model // Journal of Applied Physics. 2006. Vol. 99. No. 11. Article number 114110. DOI: 10.1063/ 1.2201851
  11. Paulmier T., Dirassen B., Payan D. et al. Analysis of Charge Transport and Ionization Effect in Space-Used Polymers Under High-Energy Electron Irradiation // IEEE Transactions on Plasma Science. 2017. Vol. 45. No. 8. P. 1933–1937. DOI: 10.1109/TPS.201 7.2681180
  12. Тютиев А.П., Ихсанов Р.Ш., Саенко В.С. и др. Теоретический анализ модели Роуза – Фаулера – Вайсберга // Высокомолекулярные соединения. Серия А, 2006. Т. 48. № 11. С. 2015–2022. DOI: 10.1134/ S0965545X06110101
  13. Tyutnev A. P., Saenko V.S., Zhadov A.D. et al. Time-Resolved Radiation-Induced Conductivity of Polyimide and Its Description Using the Multiple Trapping Formalism // Polymers. 2019. Vol. 11. No. 12. P. 2061. DOI: 10.3390/polym11122061
  14. Твердохлебов С.И., Тухфатуллин Т.А. Критическая (взрывная) электронная эмиссия из диэлектриков, индуцированная инжекцией плотного пучка электронов // Известия Томского политехнического университета. 2000. Т. 300. № 3. С. 32–50.
  15. XLVIII Международная молодежная научная конференция «Гагаринские чтения»: сборник тезисов докладов. Москва: Издательство «Перо», 2022. 834 с.
  16. Козлов О.В. Электрический зонд в плазме. Москва: Атомиздат, 1969. 293 с.
  17. Курочка А.С., Сергиенко А.А., Курочка С.П. Исследование ионно-электронной эмиссии в процессе реактивного ионно-лучевого травления диэлектрических тонкопленочных гетероструктур // Известия высших учебных заведений: материалы электронной техники. 2015. Т. 18. № 3. С. 195–200. DOI: 10.17073/ 1609-3577-2015-3-195-200
  18. Хасаншин Р.Х., Новиков Л.С., Коровин С.Б. Влияние давления остаточной атмосферы на развитие электростатических разрядов на поверхности защитных стекол солнечной батарей // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2016. № 10. С. 14–24. DOI: 10.7868/ S0207352816100103
  19. Шапошников В.В., Чиров А.А. Условия нейтрализации электростатического заряда диэлектрических поверхностей потоками холодной плазмы // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2004. № 8. С. 80–82.
  20. Zykova E.Yu., Rau E.I., Tatarintsev A.A. et al. Change in charging state of insulators irradiated by charged particles of low and medium energy // XXV International Conference Ion-Surface Interactions «ISI 2021». Vol. 1 (23–27 August 2021, Moscow). Moscow: MEPhI, 2021. P. 183–186.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024