Моделирование рассеяния радиоволн на возмущениях ионосферной плазмы, создаваемых космическим аппаратом

• Автор: Спицын, Владимир Григорьевич
• Шифр специальности: 05.13.16, 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 272 с.

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЗМУЩЕНИЙ ИОНОСФЕРНОЙ

ПЛАЗМЫ, ВЫЗЫВАЕМЫХ ДВИЖУЩИМСЯ

КОСМИЧЕСКИМ АППАРАТОМ

1.1. Введение

1.2. Способ расчета возмущений ионосферы

космическим аппаратом

1.3. Моделирование возмущения концентрации ионов .

ионосферной плазмы нейтральными частицами, отраженными от поверхности

космического аппарата
1.4. Ионизация, производимая в ионосфере отраженными от поверхности космического аппарата нейтральными частицами
1.5. Рассеяние радиоволн на возмущениях концентрации электронов, вызываемых телом, движущимся
в плазме.
1.6. Выводы
ГЛАВА 2. ВОЗМУЩЕНИЯ ИОНОСФЕРНОЙ ПЛАЗМЫ,
ВЫЗЫВАЕМЫЕ ФАКЕЛОМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА.
2.1. Введение
2.2. Механизмы возмущения ионосферной плазмы газовой струей реактивного двигателя космического
аппарата.
2.3. Моделирование процесса диффузии ионов .
ионосферной плазмы внутрь факела
космического аппарата
2.4. Модели возмущений ионосферной плазмы.
создаваемых газовой струей реактивного
двигателя космического аппарата
2.5. Выводы
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАССЕЯНИЯ РАДИОВОЛН НА
ТУРБУЛЕНТНОМ ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ ПОТОКЕ СЛАБОИОНИЗОВАННОГО ГАЗА .
3.1. Введение
3.1.1. Структура турбулентного потока
3.1.2. Расчет турбулентного следа за ракетой
методом дискретных вихрей
3.1.3. Турбулентности в выхлопной струе реактивного двигателя космического аппарата
3.1.4. Методы расчета рассеяния волн на
турбулентных потоках.
3.2. Способ расчета распространения электромагнитных сигналов в регулярно неоднородных дискретных случайных средах.
3.3. Спектральные характеристики сигнала, рассеянного на потоке с неоднородным профилем скорости
и концентрации турбулентностей . ИЗ
3.3.1. Угловой спектр сигнала, рассеянного на
турбулентном потоке
3.3.2. Частотный спектр сигнала, рассеянного на
турбулентном потоке
3.4. Сопоставление результатов расчетов с
экспериментальными данными по рассеянию ультразвука на турбулентном потоке воды
3.5. Выводы
ГЛАВА 4. РАССЕЯНИЕ РАДИОВОЛН НА РАСШИРЯЮЩЕМСЯ
ТУРБУЛЕНТНОМ ПОТОКЕ
СЛАБОИОНИЗОВАННОГО ГАЗА.
4.1. Введение
4.2. Частотный спектр сигнала, рассеянного на внешней поверхности турбулентного плазменного
тела вращения
4.3. Сечение рассеяния радиоволн на турбулентном
плазменном конусе.
4.4. Моделирование многократного рассеяния радиоволн
на внутренней поверхности турбулентного плазменного тела вращения.
4.5. Радиозондирование вслед факелу космического аппарата
в пределах прямой видимости.
4.6. Выводы
ГЛАВА 5. ТРЕХМЕРНАЯ МОДЕЛЬ РАССЕЯНИЯ
КОРОТКИХ РАДИОВОЛН НА ИОНОСФЕРНОМ ВОЗМУЩЕНИИ, СОЗДАВАЕМОМ ФАКЕЛОМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА.
5.1. Введение.
5.2. Анализ механизмов влияния факела космического аппарата на коротковолновый радиосигнал
ионосферной линии связи
5.3. Способ вычисления параметров радиосигнала, рассеянного на нестационарном ионосферном возмущении .
5.4 Рассеяние радиоволн на нестационарном сферическом
ионосферном возмущении .
5.5. Рассеяние радзшволн на нестационарном ионосферном возмущении, создаваемом
факелом космического аппарата.
5.6. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 .
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 .
ЛИТЕРАТУРА


Анализируется рассеяния радиоволн на возмущениях концентрации электронов ионосферной плазмы, вызываемых КА. Во второй главе рассматриваются основные механизмы образования возмущений ионосферной плазмы факелом КА. Исследуется процесс диффузии ионов ионосферной плазмы внутрь струи выхлопных газов КА в приближении химически не реагирующих газов струи и ионосферы. На основе пх>оведенного анализа выбираются модели плазменного образования, создаваемого факелом КА в ионосфере. Третья глава посвящена разработке способа расчета распространения электромагнитных сигналов в регулярно неоднородных случайных дискретных средах. Излагаются результаты расчетов углового и частотного спектра электромагнитной волны, рассеянной на цилиндрическом турбулентном потоке с неоднородными профилями скорости и концентрации турбулентностей. Проводится сопоставление результатов расчетов с экспериментальными данными по ультразвуковому зондированию турбулентного затопленного потока. В четвертой главе исследуется рассеяние радиоволн на расширяющемся турбулентном потоке плазмы. КА в ионосфере. Вычисляются дифференциальное эффективное сечение рассеяния и частотный спектр рассеянного радиосигнала. Решается задача о многократном рассеянии радиоволн на внутренней поверхности полого турбулентного плазменного образования. Проводится сопоставление результатов расчетов с экспериментальными данными по радиозондированию вслед факелу ракеты. Разработке трехмерной модели рассеяния коротких радиоволн на ионосферном возмущении, создаваемом факелом КА, посвящена пятая глава. Предлагается способ вычисления параметров радиосигнала, рассеянного на нестационарном ионосферном возмущении. Излагаются результаты расчетов рассеяния радиоволн на сферическом н квазико-ническом плазменных возмущениях в ионосфере. Проводится сопоставление результатов расчетов с экспериментальными данными по наклонному двухпозиционному радиозондированию нестационарного ионосферного возмущения, создаваемого КА с работающим двигателем. В приложении 1 содержатся соотношения, используемые при моделировании произвольных распределений случайных величин. В приложении 2 на основе изложенного в разделе 3. При движении КА в ионосфере на высоте ~ 0 км на пассивном участке траектории происходит возмущение концентрации заряженных частиц ионосферной плазмы. Исследованиям различных механизмов образования возмущения посвящен ряд работ [, , , 9, 6 - 8, 0 - 3, 3, 0, 9]. КА вследствие плазменных неустойчивостей [, 9, 9]. I - длина свободного пробега частиц в газе, а - характерный размер тела) выполняется соотношение Кп > 1, то для решения задачи уравнения Эйлера и Навьс-Стокса, описывающие состояние сплошной среды, неприменимы [, ]. Как правило, решение кинетического уравнения проводилось лишь для ионов и без учета их столкновений с нейтральными частицами. Однако на высоте ~ 0 км эти столкновения являются существенными и, как будет показано ппже, их вклад в формирование возмущения является определяющим. В связи с этим в данной работе основное внимание }гделяется рассмотрению возмущения концентрации ионов нейтральными частицами, отраженными от тела, а также ионизации, производимой энергичными нейтральными частицами, отраженными от тела. В разделе 1. КА. Рассмотрению возмущения концентрации ионов ионосферной плазмы нейтральными частицами, отраженными от поверхности КА, посвящен раздел 1. Проводится совместное решение системы кинетических уравнений для возмущенных телом нейтральных частиц и невозмущенных ионов ионосферной плазмы. Возмущения концентрации ионов ионосферной плазмы вследствие ионизации, производимой в ионосфере отраженными от поверхности КА нейтральными частицами, исследуются в разделе 1. Решается кинетическое уравнение для рожденных ионов при движении тела вдоль и поперек магнитного поля. Анализ рассеяния радиоволн на возмущениях концентрации электронов, вызываемых механизмами нейтрализации и отражения ионов телом, движущимся в столкновительной плазме с магнитным и электрическим полем, содержится в разделе 1. Проводятся оценки когерентной составляющей КВ-сигнала. КА в ионосфере.