Цели и задачи проекта

Провести серию экспериментов на лабораторном комплексе, состоящем из трех разноформатных ударных труб, предназначенном для получение данных, отражающих  радиационные характеристики газов, которые необходимы для понимания и прогнозирования прозрачности воздушной плазмы для СВЧ и лазерного излучения на длине волны 1.55 мкм

Процесс исследования

Проблема потери радиосвязи при полете гиперзвуковых летательных аппаратов хорошо известна и в англоязычной литературе называется термином "blackout". При движении аппарата на высотах 40 - 80 км перед лобовой поверхностью образуется ударная волна, нагревающая воздух за фронтом волны до температуры в несколько десятков тысяч градусов, что приводит к процессам диссоциации и ионизации его молекул и атомов. В этом случае вокруг аппарата образуется "плазменная оболочка", которая, из-за высокой концентрации электронов, создает непроницаемую завесу для радиоволн как ВЧ, так и СВЧ диапазона. 

В то же время проблема радиопрозрачности воздушной плазмы непосредственно связана с задачей поддержания связи с космическим аппаратом, входящим и движущимся в плотных слоях атмосферы со сверхзвуковой скоростью. Эффекты прерывания подтверждены лётными экспериментами, выполненными на высотах 82 - 48 км  при скорости спускаемого аппарата 5.34 км/с  и на высотах 61 - 81 км со скоростями 7.5 - 7.95 км/с. При указанных условиях плазменная частота превышает 1000 МГц, что препятствует поддержанию нормальной радиосвязи со спускаемым аппаратом. В этой связи чрезвычайно актуальным представляется исследование прозрачности газовой плазмы в более высокочастотном диапазоне радиоволн, заметно превышающем плазменную. Эксперименты на ударных трубах будут использованы для детального исследования данного вопроса.

Экспериментальный комплекс "Ударная труба" (ЭКУД) предназначен для изучения физико-химических процессов в чистых газах и различных газовых смесях при высоких температурах от 1000 до 60000 К и давлениях газа от 0.1 атм до 10 атм. Такие условия достигаются в исследуемом газе за фронтом ударной волны, распространяющейся по каналу ударной трубы с высокими скоростями 1.5 – 11.4км/с. 

Основными методами исследования на ударных трубах являются абсорбционные и эмиссионные спектроскопические методики.  Широкая область спектра, доступная для измерений от вакуумного ультрафиолета до инфракрасной позволяет получить уникальные данные о свойствах высокотемпературной газовой среды. Регистрация измеряемых характеристик с помощью спектроанализаторов, фотоумножителей и других устройств дает возможность исследовать развитие во времени физико-химических процессов в ударной волне и получать кинетические характеристики газа, а именно скорости процессов.

Результаты проекта

Ожидаемые результаты состоят в получении большого набора экспериментальных данных, связанных с радиационными свойствами газов в области вакуумного ультрафиолета (120 - 185 нм), которые будут принципиально новыми и могут оказаться критичными при оценке величин тепловых потоков. Экспериментальные данные об этой области спектра в литературе практически отсутствуют.