Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
При взаимодействии спускаемого аппарата (СА) с атмосферой формируется плазменный слой, экранирующий прохождение радиоволн. В результате радиосвязь с космическими аппаратами, возвращающимися на Землю, на высотах от ~ 80 до 30 км практически невозможна [1]. В рамках Программы отработки перспективных космических технологий, необходимых для освоения космического пространства, реализуемой Госкорпорацией «Роскосмос» на МКС, проводятся исследования возможности установления связи с СА на «плазменном» участке лазерным излучением используя имеющийся на СА иллюминатор, направленный во время спуска на Землю.
Возможность реализации подобной технологии зависит от оптических свойств плазмы и уровня поглощения в слое налета на иллюминаторе, образующегося при спуске СА. Надежные данные по указанным вопросам могут быть получены только по результатам измерений в натурных условиях, которые планируется выполнить в рамках космического эксперимента «Плазма-СА». При спуске в атмосфере СА является достаточно ярким объектом, оставляющим светящийся след при прохождении верхней атмосферы до высоты 30–40 км. Когда его скорость гасится до значений менее 4 км/с, свечение заметно уменьшается и объект уже затруднительно наблюдать по его излучению. Схожие физико-химические процессы происходят и с ежегодно регистрируемыми десятками болидов, вызываемых падением достаточно крупных метеороидов, и оставляющих в небе ярко светящиеся следы, возникающие в результате взаимодействия этих космических тел, двигающихся с гиперзвуковыми скоростями, с верхней атмосферой Земли [2].
Cпускаемый аппарат ТПК «Союз», входит в плотные слои атмосферы со скоростью ∼7.8 км/с под углом атаки ~26°. Продольная дальность движения в атмосфере составляет ∼2500 км. Время, затрачиваемое на спуск, составляет около 12 минут. В СА находятся места для 3-х космонавтов, системы жизнеобеспечения, управления, парашютная система. Масса отсека 2,8 т, длина 2,16 м, диаметр 2,2 м. Для защиты конструкции аппарата от аэродинамического нагрева применяется тепловая защита на основе абляционных материалов для лобового теплозащитного экрана и боковой поверхности [3]. Форма СА по обводу теплозащиты является сегментально-конической. Обратный конус с углом полураствора 7° имеет сферическое затупление, переходящее в торцевой части в коническое кольцо. Под теплозащитным экраном расположены двигатели мягкой посадки, на внешней поверхности — перекисные двигатели управления спуском, управляющие ориентацией СА во время полета в атмосфере. Это позволяет использовать аэродинамическое качество СА и снизить перегрузки. Конструктивно один из двигателей управления спуском (тангажный блок) расположен на боковой поверхности с подветренной стороны при полете СА.
Характерной особенностью аэрофизики входа СА в плотные слои атмосферы с орбитальной скоростью является то, что в сжатом слое, образующемся у поверхности СА, превалируют процессы диссоциации молекулярных компонент набегающего воздуха, а характерная температура в сжатом слое у лобовой поверхности достигает Т~ 6000 K. Благодаря ориентации СА при спуске в атмосфере «стекающий» с лобового теплозащитного экрана сжатый слой, как и набегающий атмосферный поток, проходят над боковой поверхностью СА в подветренной области, не приводя к существенным деструктивным изменениям теплозащитного покрытия на достаточно большой площади, включающей, как правило, и расположенный там иллюминатор. Однако наличие тангажного блока на боковой поверхности с подветренной стороны при полете СА приводит к отражению плазменного потока от фронтальной его части и взаимодействию сбоковой поверхностью СА, включая образование налета на расположенном в углублении иллюминаторе. Анализируется форма образованного налета и особенности его состава [4].
Из трех имеющихся на СА иллюминаторов один находится во время спуска в подветренной области, до начала входа в атмосферу иллюминатор освобождается от установленного на нем оптического прибора (визира, используемого экипажем для ориентации космического корабля в пространстве). Во время прохождения атмосферы наружная поверхность иллюминатора остается сравнительно холодной, что создает условия для конденсации продуктов термодеструкции тепловой защиты и является своеобразной «ловушкой» для вещества над ним. ИПМех и РКК «Энергия» предложен космический эксперимент «Плазма-СА» по исследованию излучения плазменного слоя, возникающего при прохождении атмосферы Земли СА «Союз», через иллюминатор, находящийся в подветренной области. При выполнении космического эксперимента измеряются параметры излучения плазменного слоя и степень загрязнения иллюминатора, влияющая на измерение излучения. Научная аппаратура состоит из выносного блока, устанавливаемого непосредственно на визир иллюминатора и основного блока, располагаемого в контейнере полезного груза в СА «Союз». Для регистрации излучения плазмы разработана аппаратура на основе спектрометра, регистрирующая электромагнитное излучение в диапазоне от 300 до 1060 нм с разрешением 0,7 нм. Для измерения степени загрязнения иллюминатора во время спуска измеряется интенсивность излучения лазерного диода подсветки, отраженного от наружной поверхности иллюминатора.
В результате проведенных исследований показано, что основным источником налета на иллюминаторе СА «Союз», расположенного во время спуска в подветренной области, является отраженный от тангажного блока поток сжатого слоя, «стекающий» с лобового теплозащитного экрана.
