ПРОБЛЕМА АНАЛИЗА ПОВЕДЕНИЯ КОСМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЫ С УЧЕТОМ СТОЛКНОВЕНИЙ В СЛУЧАЕ ДИАГНОСТИКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИМ ЗОНДОМ

© И.А.Кудрявцева, А.В.Пантелеев
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и научное прогнозирование"
2007 г.

Одними из методов диагностики плазмы являются зондовые методы. Их преимущества проявляются в относительной простоте измерительной аппаратуры, в локальности и многообразии измеряемых параметров и достаточно высокой точности результатов.

В ряде работ подробно исследовалось поведение плазмы в пристеночной области зонда в двух случаях:

– первый случай имеет место, когда отношение длины свободного пробега частицы к радиусу кривизны зонда (число Кнудсена) стремится к бесконечности (молекулярный режим);

– второй случай – когда число Кнудсена стремится к нулю (режим сплошной среды).

Данные режимы осуществляются, например, при выведении ракетой-носителем спутника на орбиту или при возвращении спускаемого аппарата на Землю, поскольку на орбите вблизи спутника реализуется молекулярный режим, а на высотах 30-50 км вблизи ракеты-носителя или спускаемого аппарата – режим сплошной среды.

В данной работе предлагается модель для исследования поведения пристеночной плазмы в переходном режиме (число Кнудсена = 1) в случае цилиндрического зонда. В переходном режиме существенную роль начинают играть столкновения между частицами. Предлагаемая модель, которая описывает поведение плазмы, состоящей из электронов и однозарядных ионов, позволяет учитывать столкновения между заряженными частицами вблизи цилиндрического зонда, помещенного в плазму и заряженного до некоторого потенциала. В рамках данной модели предполагается также, что заряженные частицы движутся под действием электрического поля, магнитное поле отсутствует. Начальные концентрации частиц, а также их температуры заданы. Поведение плазмы характеризуют изменение функций распределения частиц, напряженности самосогласованного электрического поля, концентраций частиц и плотности токов на зонд. Данная модель состоит из уравнения Фоккера-Планка, записанного для случая цилиндрического зонда и описывающего процессы переноса и столкновения частиц, и уравнения Пуассона, описывающего поведения самосогласованного электрического поля.