Микроволновые плазменные имитационные эксперименты по осаждению лунной пыли на пластины металлов

Скворцова Н. Н.; Степахин В. Д.; Борзосеков В. Д.; Сорокин А. А.; Малахов Д. В.; Качмар В. В.; Колик Л. В.; Кончеков Е. М.; Гусейн-заде Н. Г.; Ахмадуллина Н. С.; Воронова Е. В.; Шишилов О. Н.

doi:10.31857/S0367292122601394

Микроволновые плазменные имитационные эксперименты по осаждению лунной пыли на пластины металлов

Authors: Скворцова Н.¹, Степахин В.¹, Борзосеков В.¹, Сорокин А.², Малахов Д.¹, Качмар В.¹, Колик Л.¹, Кончеков Е.¹, Гусейн-заде Н.¹, Ахмадуллина Н.¹^,3, Воронова Е.¹, Шишилов О.¹^,4
Affiliations:
1. Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН
2. Институт прикладной физики РАН
3. Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН
4. МИРЭА – Российский технологический университет
Issue: Vol 49, No 1 (2023)
Pages: 75-84
Section: ПЫЛЕВАЯ ПЛАЗМА
URL: https://journals.rcsi.science/0367-2921/article/view/139537
DOI: https://doi.org/10.31857/S0367292122601394
EDN: https://elibrary.ru/BHXXKM
ID: 139537

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Представлены экспериментальные результаты по осаждению заряженных частиц, имитирующих левитирующую пыль реголита (пылевую плазму) на Луне, на металлические пластины. Эксперимент основан на аналогии физико-химических процессов, развивающихся в реголите при микроволновом разряде, возбуждаемом излучением мощного гиротрона, в лабораторном эксперименте в порошке реголита (лунной пыли) с процессами, которые происходят на Луне при бомбардировке ее поверхности микрометеоритами. Исследуется воздействие левитирующего облака пыли на пластины из молибдена и тантала. Результаты сравниваются с экспериментом по воздействию пыли на пластины из нержавеющей стали. Показано, что на пластины металлов (размер которых составляет 10 мм × 40 мм) осаждаются частицы пыли в виде сфероидов различной величины. Распределение этих частиц по размерам и химический состав покрытия соответствовал лунному реголиту. Установлено, что на равномерность осаждения пыли возможно повлиять, произведя предварительную обработку пластин металлов с помощью низкотемпературной плазмы прямого пьезоразряда. Продемонстрировано, что полученная в лабораторных условиях левитирующая пыль (ансамбли заряженных частиц реголита) может быть использована для имитационных экспериментов для изучения модификации поверхности разных материалов и разработки способов очистки космической техники в условиях лунных экспедиций.

Keywords

лунная пыль, лунный реголит, низкотемпературная плазма, микроволновый (СВЧ) разряд, гиротрон, пьезоразряд, цепные плазмохимические процессы, поверхность, тантал, молибден, модификация поверхности

References

год. “Луноход-2” начал работу на Луне [Электронный ресурс] / Роскосмос. Режим доступа: https://www.roscosmos.ru/24543/ (дата обращения 06.06.2022)
Rennilson J.J., Criswell D.R. Surveyor Observations of Lunar Horizon-Glow. Moon 1974, 10, 121.
Berg O.E., Wolf H., Rhee J. Lunar Soil Movement Registered by the Apollo 17 Cosmic Dust Experiment. In Interplanetary Dust and Zodiacal Light; Elsässer H., Fechting H. / Eds. Lecture Notes in Physics; Springer: Berlin. Heidelberg, Germany, 1976. V. 48. P. 233.
Зеленый Л.М., Попель С.И., Захаровa А.В. // Физика плазмы. 2020. Т. 46. № 5. С. 441.
https://www.nasa.gov/mission_pages/apollo/videos (https://www.youtube.com/watch?v=NRqHubCtKmE&t=25s) (дата обращения 09.09.2022).
Довгань В.Д. Лунная одиссея отечественной космонавтики. Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального ун-та, 2015. 307 с. https://ours-nature.ru/lib/b/book/807583493/14 (дата обращения 06.06.2022)
Lee L.-H. // J. Adhes. Sci. Technol. 1995. V. 9. P. 1103.
Walton O.R. Adhesion of Lunar Dust; Scientific Report of NASA CR-2007-214685; Glenn Research Center: Cleveland, OH, USA, 2007. 48 p. Available online: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20070020448/downloads/20070020448.pdf (accessed on 1 September 2021).
Захаров А.В., Зеленый Л.М., Попель С.И. Лунная пыль: свойства, потенциальная опасность // Астрономический вестник. 2020. Т. 54. № 6. С. 483.
Флоренский К.П., Базилевский А.Т., Николаева О.В. Лунный грунт: свойства и аналоги / Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского. 1975. 50 с.
Graf J.C. Lunar Soils Grain Size Catalog, Reference Publication 1265, NASA, 1993. https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19930012474/downloads/19930012474.pdf (дата обращения 06.06.2022)
Morris R.V., Score R., Dardano C., Heiken G. Handbook of lunar soils 1983 https://curator.jsc.nasa.gov/lunar/catalogs/other/lunar_soils_catalog.pdf (дата обращения 06.06.2022)
Слюта Е.Н. // Астрономический вестник. 2014. Т. 48. № 5. С. 358.
Попель С.И., Голубь А.П., Лисин Е.А. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2016. Т. 103. Вып. 9. С. 641.
Мохов В., Горностаева Т.А., Карташов П.М., Рыбчук А.П., Богатиков О.А. // Доклады академии наук. 2019. Т. 487. № 2. С. 198. https://doi.org/10.31857/S0869-56524872198-202
Попель С.И., Голубь А.П., Зеленый Л.М., Хораньи М. // Письма в ЖЭТФ. 2017. Т. 105. Вып. 10. С. 594.
Попель С.И., Голубь А.П., Захаров А.В., Зеле-ный Л.М. // Физика плазмы. 2020. Т. 46. № 3. С. 219.
Семкин Н.Д., Видманов А.С. // Вестник Самарского гос. аэрокосмического ун-та. 2013. № 2(40). С. 164.
Сёмкин Н.Д., Калаев М.П., Телегин А.М. // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2011. № 7(31). С. 9–16.
Семкин Н.Д., Воронов К.Е., Пияков А.В., Пия-ков И.В. // Приборы и техника эксперимента. 2009. № 4. С. 159. http://naukarus.com/imitatsiya-mikrometeoritov-s-pomoschyu-elektrodinamicheskogo-uskoritelya
Пияков А.В. (RU), Воронов К.Е. (RU), Сухачев К.И. (RU), Видманов А.С. (RU), Семкин Н.Д. (RU) Патент RU 2532688 “Инжектор заряженных пылевых частиц” подача заявки: 2013-05-07, публикация патента: 10.11.2014. https://findpatent.ru/patent/253/2532688.html
Скворцова Н.Н., Степахин В.Д., Малахов Д.В., Колик Л.В., Кончеков Е.М., Образцова Е.А., Соколов А.С., Сорокин А.А., Харчев Н.К., Шишилов О.Н. Патент РФ № 2727958. “Способ получения облака заряженных частиц”. Дата подачи заявки 10 июля 2019 г. Дата публикации 28 июля 2020 г. https://findpatent.ru/patent/272/2727958.html
Skvortsova N.N., Maiorov S.A., Malakhov D.V., Stepakhin V.D., Obraztsova E.A., Kenzhebekova A.I., Shishilov O.N. // JETP Letters. 2019. V. 109. № 7. P. 441. https://doi.org/10.1134/S0021364019070130
Mouritz M.A. Introduction to Aerospace Materials. Cambridge: Woodhead Publ., 2012. 621 p.
Skvortsova N.N., Stepakhin V.D., Sorokin A.A., Malakhov D.V., Gusein-zade N.G., Akhmadullina N.S., Borzosekov V.D., Voronova E.V., Shishilov O.N. // Materials 2021. V. 14. 6472. https://doi.org/10.3390/ma14216472
Batanov G.M., Borzosekov V.D., Golberg D., Iskhako-va L.D., Kolik L.V., Konchekov E.M., Kharchev N.K., Letunov A.A., Malakhov D.V., Milovich F.O., Obraztso-va E.A., Petrov A.E., Ryabikina I.G., Sarksian K.A., Stepakhin V.D., Skvortsova N.N. // J. Nanophoton. 2016. V. 10. 012520.
Соколов А.С., Малахов Д.В., Скворцова Н.Н. // Инженерная физика. 2018. № 11. С. 3.
Колик Л.В., Харчев Н.К., Борзосеков В.Д., Малахов Д.В., Кончеков Е.М., Степахин В.Д., Гусейн-заде Н.Г., Богачев Н.Н. Патент RU 181459 U1 Генератор низкотемпературной плазмы. Дата публикации: 16.07.2018.
Artem’ev K.V., Bogachev N.N., Gusein-zade N.G., Dolmatov T.V., Kolik L.V., Konchekov E.M., Andreev S.E. // Russian Physics Journal. 2020. V. 62. № 11. P. 2073.
Качмар В.В., Мошкина К.Г., Борзосеков В.Д., Скворцова Н.Н., Сорокин А.А. // Прикладная физика и математика. 2021. № 3. С. 11. https://doi.org/10.25791/pfim.03.2021.1198
Kachmar V.V., Moshkina K.G., Borzosekov V.D., Soro-kin A.A., Skvortsova N.N. // Journal of Physics: Conference Series.2021. 2036. 012030 https://doi.org/10.1088/1742-6596/2036/1/012030
Korolev V.Yu., Skvortsova N.N. // 17th International Workshop “Complex Systems of Charged Particles and their Interactions with Electromagnetic Radiation” 2019. P. 32.
Gorshenin A.K., Korolev V.Yu, Zeifman A.I. // Mathematics 2020. V. 8. 1409. https://doi.org/10.3390/math8091409
Zakharov A.V., Popel S.I., Zelenyi L.M. // 9th Intern. Conf. Physics Dusty Plasmas (ICPDP 2022). P. 127.