Радиопрозрачность ионизованной оболочки, образующейся вокруг гиперзвукового объекта в мезосфере
DOI:
https://doi.org/10.14529/ctcr150317Ключевые слова:
радиопрозрачность, мезосфера, ударная волна, ионизованный газ, плазма, скин-слой, гиперзвуковой объектАннотация
Рассматриваются основные свойства ионизированной газовой оболочки, образующейся вокруг объектов, движущихся в мезосфере с гиперзвуковой скоростью с целью определения частотного диапазона для радиосвязи.
Ионизация осуществляется за счёт энергии ударной волны. Толщина переходного слоя определяется межмолекулярными расстояниями. Предельное сжатие связано с адиабатой Гюгоньо и зависит от количества степеней свободы – для двухатомного газа равно 6. Оставшаяся при торможении энергия идёт на нагрев газа в ударной волне и, согласно Саха, на ионизацию. Температурное поле оболочки с учётом коэффициента теплопереноса на порядок выше температуры поверхности объекта. Вблизи носовой части, перегрев которой, например, для Бурана достигает 1400 °С, температура газа превышает 10 000 °С – это на высоте 63 км при скорости 17 махов.
В оболочке находится ионизованный газ – трёхкомпонентная среда атомов (молекул), ионов и электронов с малой степенью ионизации. Основными характеристиками являются частота столкновений электронов с атомами и плазменная частота. Если плазменная частота превышает частоту столкновений, то среда является газовой плазмой. Если частота столкновений превышает значение плазменной частоты, то газ не достигает плазменного состояния. Плазменная частота является критической: выше критической частоты в газовая плазме преобладают диэлектрические свойства, а до критической частоты – преобладают проводящие свойства.
Плазменная оболочка радиопрозрачна, если значение скин-слоя превышает нормальную к корпусу толщину оболочки. Расчёты и модельные испытания показывают, что прозрачность радиоканала обеспечивается в сантиметровом диапазоне, где f > 9 ГГц.
Библиографические ссылки
http://avia-simply.zvukovoj-barjer-volnovoj-krizis/
http://www.buran.ru/htm/tersaf5.htm/
Чёрный, Г.Г. Газовая динамика / Г.Г. Чёрный. – М.: Наука, 1983. – 424 с.
Bradt, H.V. Astrophysics Processes / H.V. Bradt. – Cambridge University Press, 2008. – 536 c.
Шевяков, И.А. Радиофизические свойства столкновительной плазмы газового разряда / И.А. Шевяков, В.И. Тамбовцев, А.А. Кучуркин // Вестник ЮУрГУ. Серия «Математика, механика и физика». – 2013. – Т. 5, № 1. – С. 100–106.
Шевяков, И.А. О радиопрозрачности плазменной оболочки гиперзвукового летательного аппарата / И.А. Шевяков // Вестник ЮУрГУ. Серия «Математика, механика и физика». – 2014. – Т. 6, № 2. – С. 80–84.
