Образование частиц при поверхностном разрушении космических тел, двигающихся в атмосфере

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Космические тела при прохождении атмосферы Земли подвергаются значительным нагрузкам из-за воздействия высокоскоростного потока газа на их поверхность. Под действием аэродинамических сил и сильных тепловых потоков происходит разрушение этих тел. Механизмы разрушения зависят от их состава, структуры, скорости, размера и прочности. Искусственные космические тела двигаются в атмосфере, в основном сохраняя свою ориентацию в пространстве, и долетают до поверхности, сохраняя целостность из-за высокой прочности. В результате поверхностного разрушения лобовой части этих тел продукты разрушения поступают в плазменный слой, окружающий их при движении в атмосфере. Особенности конструкции спускаемого аппарата Союз позволили исследовать пылевую компоненту плазменного слоя по налету, осевшему на иллюминаторе. Проанализированы данные по частицам, выявленным на поверхности космического аппарата, приводятся результаты статистического анализа полученного распределения частиц по размерам. Показано, что кривая распределения хорошо описывается степенным законом.

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. Ю. Тугаенко

Публичное акционерное общество “Ракетно-космическая корпорация “Энергия” им. С.П. Королёва”

Author for correspondence.
Email: vjatcheslav.tugaenko@rsce.ru
Russian Federation, Королев

А. В. Водолажский

Публичное акционерное общество “Ракетно-космическая корпорация “Энергия” им. С.П. Королёва”

Email: vjatcheslav.tugaenko@rsce.ru
Russian Federation, Королев

Р. А. Евдокимов

Публичное акционерное общество “Ракетно-космическая корпорация “Энергия” им. С.П. Королёва”

Email: vjatcheslav.tugaenko@rsce.ru
Russian Federation, Королев

References

  1. Анфимов Н.А., Румынский А.Н. Лучисто-конвективный теплообмен и теплозащита космических аппаратов, спускаемых на поверхность Земли и других планет Солнечной системы. Проблемы механики и теплообмена в космической технике. М.: Машиностроение, 1982. 272 с.
  2. Брыкина И.Г. О модели фрагментации крупного метеороида: моделирование взаимодействия Челябинского метеороида с атмосферой // Астрон. вестн. 2018. Т. 52. № 5. С. 437–446. (Brykina I.G. Large meteoroid fragmentation: modeling the interaction of the Chelyabinsk meteoroid with the atmosphere // Sol. Syst. Res. 2018. V. 52. P. 426–434.)
  3. Брыкина И.Г., Егорова Л.А. О степенном законе для описания распределения фрагментов разрушенного космического тела по массам // Астрон. вестн. 2022. Т. 56. № 5. С. 356–368. (Brykina I.G., Egorova L.A. On the power law for describing the mass distribution of fragments of a disrupted cosmic body // Sol. Syst. Res. 2022. V. 56. P. 338–350.)
  4. Власов В.И., Залогин Г.Н., Ковалев Р.В., Чураков Д.А. Лучисто-конвективный теплообмен спускаемого аппарата с разрушаемой тепловой защитой // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2012а. www.Chemphys.edu.ru/pdf/2012-12-26-001.pdf.
  5. Власов В.И., Залогин Г.Н., Лунев В.В., Чураков Д.А. Лучисто-конвективный теплообмен спускаемых аппаратов // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2012б. www.Chemphys.edu.ru/pdf/2012-02-16-001.pdf.
  6. Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. М.: Энергия, 1976. 408 с.
  7. Сильвестров В.В. Применение распределения Гилварри для описания статистики фрагментации твердых тел при динамическом нагружении // ФГ В. 2004. Т. 40. № 2. С. 111–124.
  8. Суржиков С.Т. Аэрофизика гиперзвукового потока воздуха у поверхности спускаемого космического аппарата на высотах менее 60 км // Вестн. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2016. № 5. С. 33–45.
  9. Суржиков С.Т. Пространственная задача аэрофизики сверхорбитального космического аппарата на больших высотах // Докл. АН. 2018. Т. 482. № 3. С. 270–274.
  10. Тугаенко В.Ю., Грибков А.С., Суржиков С.Т. Физико-химические характеристики плазменного потока, окружающего возвращаемые космические аппараты при входе в атмосферу Земли с орбитальной скоростью // Теплофизика высоких температур. 2023. № 3. Т. 61. № 3. С. 1–10.
  11. Тугаенко В.Ю., Грибков А.С., Гранкина Е.Н., Щербенко Н.В. Особенности обтекания плазменным потоком спускаемого космического аппарата на спуске при наличии выступа на боковой поверхности // Инженерный журнал: наука и инновации. 2024. Вып. 1. http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2024-1-2328
  12. Фортов В.Е., Храпак А.Г., Храпак В.И., Молотков В.И., Петров О.Ф. Пылевая плазма // УФ Н. 2004. Т. 174. № 5. С. 495–542.
  13. Цытович В.Н., Винтер Дж. Пыль в установках управляемого термоядерного синтеза // УФ Н. 1998. Т. 168. № 8. С. 899–907.
  14. Borovička J., Toth J., Igaz A., Spurny P., Kalenda P., Haloda J., Svoren J., Kornos L., Silber E., Brown P., Husarik M. The Košice meteorite fall: Atmospheric trajectory, fragmentation, and orbit // Meteorit. and Planet. Sci. 2013. V. 48. P. 1757–1779.
  15. Boufendi L., Bouchoule A. Particle nucleation and growth in a low-pressure argon-silane discharge // Plasma Sources Sci. Technol. 1994. № 3. P. 262–267.
  16. Bruce A. Davis. International Space Station Soyuz Vehicle Descent Module Evaluation of Thermal Protection System Penetration Characteristics // NASA Lyndon B. Johnson Space Center, JSC-66527, Houston, Texas, USA, 2013.
  17. Carrillo-Sánchez J.D., Plane J.M., Feng W., Nesvorný D., Janches D. On the size and velocity distribution of cosmic dust particles entering the atmosphere // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42. P. 6518–6525.
  18. Carrillo-Sánchez J.D., Gomez-Martin, Bones D.L., Nesvorny D., Pokorny P., Benna M., Flynn G.J., Plane J.M. Cosmic dust fluxes in the atmospheres of Earth, Mars, and Venus // Icarus. 2020. V. 335. Id. 113395.
  19. Ceplecha Z., ReVelle D.O. Fragmentation model of meteoroid motion, mass loss, and radiation in the atmosphere // Meteoritics and Planet. Sci. 2005. V. 40. № 1. P. 35–54.
  20. Collins T. J. ImageJ for microscopy // BioTechniques. 2007. V. 43. № 1S. P. S25–S30.
  21. Gorkavyi N., Rault D.F., Newman P.A., da Silva A.M., Dudorov A.E. New stratospheric dust belt due to the Chelyabinsk bolide // Geophys. Res. Lett. 2013. V. 40. P. 4728–4733.
  22. Kamata T., Kakuta S., Yamaguchi Y., Makabe T. A correlation between particle growth and spatiotemporal RF plasma structure // Plasma Sources Sci. Technol.1994. № 3. P. 310–313.
  23. Reimer T. The KERAMIK Thermal Protection System Experiment on the FOTON-M2 Mission // Proc. 5th European Workshop: Thermal Protection Systems and Hot Structures, held 17-19 May, 2006 at ESTEC, Noordwijk, The Netherlands. 2006 / Ed. Fletcher K. ESA SP-631.
  24. Savosteenko G., Taskaev S., Avramov P. Structure and Raman spectra of exotic carbon microcrystals from meteoritic dust of Chelyabinsk superbolide // Nanomaterials. 2023. № 13. P. 73–83.
  25. Solomon S., Daniel J.S., Neely R.R., Vernier J.-P., Dutton E.G., Thomason L. The persistently variable “background” stratospheric aerosol layer and global climate change // Science. 2011. V. 333. № 6044. P. 866–870.
  26. Tugaenko V.Y., Ovchinnikov D.S., Isaenkova M.G., Kargin N.I., Krymskaya O.A., Timofeev A.A., Babich Y.A. The chemical and mineral composition of particles precipitated from a plasma–dust layer on the porthole of the descend space vehicles during the passage of the Earth's atmosphere // Geochem. Intern. 2021. V. 59. № 1. P. 107–112.
  27. Watanabe J., Ohkawa T., Sato M., Ohnishi K., Iijima Y. Fragmentation of the HAYABUSA spacecraft on reentry // Publ. Astron. Soc. Japan. 2011. V. 63. P. 955–960.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Descent module as part of the Soyuz manned transport spacecraft: (a) – as part of the ISS, the yellow circle indicates the location of the porthole; (b) – after descent.

Download (183KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Photograph of a fragment of the window surface with a coating formed during the passage of the SA through the atmosphere.

Download (121KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Distribution of particles on the porthole surface by size: 1 – power function with an exponent of 2.1 for particle sizes in the range from 5 to 25 µm; 2 – power function with an exponent of 5.5 for particle sizes in the range from 26 to 59 µm.

Download (49KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences