Спосіб нейтралізації електростатичного заряду поверхні космічного апарата та його частин

Винахід відноситься до космічної техніки і може бути використаний при дослідженні навколоземного космічного простору за допомогою космічних апаратів. Відомий спосіб нейтралізації електростатичного заряду космічного апарату та його часток, який включає перенесення електростатичного заряду у кулонах шляхом емісії електронів з розжареного вольфрамового дроту термокатоду [1]. Недоліком способу є його низька ефективність, яка пов'язана з низькою густиною струму електронів, завдяки утворенню затримуючого електростатичного потенціалу на межі "катод - космічний простір". При цьому можлива нейтралізація тільки негативного електростатичного заряду на космічному апараті. Відомий також спосіб нейтралізації електростатичного заряду космічного апарату та його часток, який включає перенесення електростатичного заряду у кулонах шляхом інжекції з нього електронів, які прискорені в електронній гарматі [2]. При цьому способі частково підвищується густина струму електронів. Недоліком способу є його низька економічна ефективність, яка викликана низьким ККД електронної гармати. При цьому також можлива нейтралізація тільки негативного електростатичного заряду на космічному кораблі. Найбільш близьким технічним рішенням до винаходу є спосіб нейтралізації електростатичного заряду космічного апарату та його часток, який включає перенесення електростатичного заряду у кулонах, шляхом інжекції плазмових згустків в космічний простір [3]. Недоліком способу є низька ефективність нейтралізації електростатичного заряду космічного апарату, яка пов'язана з інжекцією заряджених часток без урахування знаку потенціалу космічного апарату. В основу винаходу поставлена задача підвищити ефективність нейтралізації електростатичного заряду космічного апарату. Поставлена задача вирішується тим, що в способі нейтралізації електростатичного заряду поверхні космічного апарату та його часток, який включає перенесення електростатичного заряду у кулонах, новим є те, що перенесення електростатичного заряду здійснюють по стаціонарному мосту квазінейтральної плазми, який утворюють між космічним апаратом і плазмою космічного простору, або між окремими електричноізольованими одна від одної частками космічного апарату. Стаціонарний міст квазінейтральної плазми утворюють за допомогою катода-компенсатора, або за допомогою електричного ракетного двигуна, які інжектують промінь квазінейтральної плазми. Наприклад, торцевий холовський двигун, стаціонарний плазмовий двигун, плазменоіонний двигун. Густина струму провідності j в плазмі залежить від концентрації n плазми і швидкості V заряджених часток: J=enV, де е - елементарний заряд. В космічній плазмі біля апарату j=10-10 А|см2, внаслідок чого струмоперенос між апаратом і космічною плазмою дуже обмежений. Утворення навколо космічного апарату хмари стаціонарної квазінейтральної плазми, наприклад, з густиною струму j=10-5 А|см2 і більше, приводить до самочинного перетоку електростатичного заряду між космічним апаратом і оточуючою його плазмою, або між окремими частками космічного апарату по стаціонарному мосту квазінейтральної плазми навколо його поверхні. Спосіб здійснюється таким чином. Для нейтралізації космічного апарату на нього встановлюють і електрично підключають до корпусу плазмовий катод-компенсатор (або двигун). При наявності сигналу від датчика підвищення потенціалу на космічному апараті вмикають плазмовий катод-компенсатор, який випромінює стаціонарну хмару квазінейтральної плазми і тим самим змінює вбік збільшення біля поверхні апарату густини струму провідності, що дозволяє в свою чергу змінити градієнт електричного поля навколо апарату і забезпечити перенос електричного заряду по мосту квазінейтральної плазми з апарату в оточуючу його плазму космічного простору і навпаки. Для нейтралізації окремих електричноізольованих часток космічного апарату між собою, плазмові катодикомпенсатори ставлять на кожній частині апарату і вмикають одночасно. Кожен окремий катод-компенсатор випромінює стаціонарну хмару квазінейтральної плазми. При цьому хмари перекриваються і створюють стаціонарний міст провідності, по якому проходить перенесення електростатичного заряду з однієї частини космічного апарату до іншої. Запропонований спосіб дозволяє створити струмоперенос, як позитивного, так і негативного заряду. При цьому нейтралізація може здійснюватися постійно при працюючих катодах-компенсаторах. Джерела інформації: 1. Гуров А.Ф., Севрук Д.Д., Сурков Д.Н. Конструкция и проектирование двигательных установок. М.: Машиностроение, 1980, С. 303. 2. Кавашима Н. Экспериментальное исследование процесса нейтрализации ракеты в космическом пространстве и в лабораторных условиях // Искусственные пучки частиц в плазме. Под ред. Гранналя Б.М., - М.: Мир, 1985. - С. 62. 3. Александров В.А., Бабаев А.П. и др. Стимулирование высыпания энергетичных электронов при импульсной инжекции плазмы в ионосферу / Программа и тезисы 11 Всесоюзной научно-технической конференции «Современные проблемы двигателей и энергетических установок летательных аппаратов», М.: МАИ, 1980. - С. 126, секретно (прототип).