Пространственный гармонический анализ магнитного поля датчика плазмы космического аппарата
Проведен пространственный гармонический анализ магнитного поля, создаваемого магнитоактивной частью датчика нейтрального компонента плазмы из состава научной аппаратуры космического аппарата «Микросат», на основе которого проведена оценка создаваемой датчиком магнитной помехи в зоне установки бортов...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Технічна електродинаміка |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України
2013
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100751 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Пространственный гармонический анализ магнитного поля датчика плазмы космического аппарата / А.В. Гетьман // Технічна електродинаміка. — 2013. — № 6. — С. 20-23. — Бібліогр.: 6 назв. — pос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100751 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Гетьман, А.В. 2016-05-26T18:01:20Z 2016-05-26T18:01:20Z 2013 Пространственный гармонический анализ магнитного поля датчика плазмы космического аппарата / А.В. Гетьман // Технічна електродинаміка. — 2013. — № 6. — С. 20-23. — Бібліогр.: 6 назв. — pос. 1607-7970 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100751 621.317.4 Проведен пространственный гармонический анализ магнитного поля, создаваемого магнитоактивной частью датчика нейтрального компонента плазмы из состава научной аппаратуры космического аппарата «Микросат», на основе которого проведена оценка создаваемой датчиком магнитной помехи в зоне установки бортового магнитометра. Проведено просторовий гармонічний аналіз магнітного поля, що створює магнітоактивна частина датчика нейтрального компонента плазми із складу наукової апаратури космічного апарату «Мікросат», на основі якого проведена оцінка магнітної завади, яку створює датчик в зоні установки бортового магнітометра. The spatial harmonics analysis of the magnetic field, what created by the magnetized part of the sensor of the neutral component of the plasma from the scientific instruments of the spacecraft "Mikrosat”, was performed. Based on this analysis, produced the assessment magnetic noise by the sensor in the area onboard magnetometer ru Інститут електродинаміки НАН України Технічна електродинаміка Теоретична електротехніка та електрофізика Пространственный гармонический анализ магнитного поля датчика плазмы космического аппарата Просторовий гармонічний аналіз магнітного поля датчика плазми космічного апарата Spatial harmonic analysis of a magnetic field of a sensor plasma of spacecraft Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Пространственный гармонический анализ магнитного поля датчика плазмы космического аппарата |
| spellingShingle |
Пространственный гармонический анализ магнитного поля датчика плазмы космического аппарата Гетьман, А.В. Теоретична електротехніка та електрофізика |
| title_short |
Пространственный гармонический анализ магнитного поля датчика плазмы космического аппарата |
| title_full |
Пространственный гармонический анализ магнитного поля датчика плазмы космического аппарата |
| title_fullStr |
Пространственный гармонический анализ магнитного поля датчика плазмы космического аппарата |
| title_full_unstemmed |
Пространственный гармонический анализ магнитного поля датчика плазмы космического аппарата |
| title_sort |
пространственный гармонический анализ магнитного поля датчика плазмы космического аппарата |
| author |
Гетьман, А.В. |
| author_facet |
Гетьман, А.В. |
| topic |
Теоретична електротехніка та електрофізика |
| topic_facet |
Теоретична електротехніка та електрофізика |
| publishDate |
2013 |
| language |
Russian |
| container_title |
Технічна електродинаміка |
| publisher |
Інститут електродинаміки НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Просторовий гармонічний аналіз магнітного поля датчика плазми космічного апарата Spatial harmonic analysis of a magnetic field of a sensor plasma of spacecraft |
| description |
Проведен пространственный гармонический анализ магнитного поля, создаваемого магнитоактивной частью датчика нейтрального компонента плазмы из состава научной аппаратуры космического аппарата «Микросат», на основе которого проведена оценка создаваемой датчиком магнитной помехи в зоне установки бортового магнитометра.
Проведено просторовий гармонічний аналіз магнітного поля, що створює магнітоактивна частина датчика нейтрального компонента плазми із складу наукової апаратури космічного апарату «Мікросат», на основі якого проведена оцінка магнітної завади, яку створює датчик в зоні установки бортового магнітометра.
The spatial harmonics analysis of the magnetic field, what created by the magnetized part of the sensor of the neutral component of the plasma from the scientific instruments of the spacecraft "Mikrosat”, was performed. Based on this analysis, produced the assessment magnetic noise by the sensor in the area onboard magnetometer
|
| issn |
1607-7970 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100751 |
| citation_txt |
Пространственный гармонический анализ магнитного поля датчика плазмы космического аппарата / А.В. Гетьман // Технічна електродинаміка. — 2013. — № 6. — С. 20-23. — Бібліогр.: 6 назв. — pос. |
| work_keys_str_mv |
AT getʹmanav prostranstvennyigarmoničeskiianalizmagnitnogopolâdatčikaplazmykosmičeskogoapparata AT getʹmanav prostoroviigarmoníčniianalízmagnítnogopolâdatčikaplazmikosmíčnogoaparata AT getʹmanav spatialharmonicanalysisofamagneticfieldofasensorplasmaofspacecraft |
| first_indexed |
2025-11-26T01:38:06Z |
| last_indexed |
2025-11-26T01:38:06Z |
| _version_ |
1850602349935984640 |
| fulltext |
20 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2013. №6
УДК 621.317.4
ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ГАРМОНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
ДАТЧИКА ПЛАЗМЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
А.В.Гетьман, канд.техн.наук
Научно-технический центр магнетизма технических объектов НАН Украины,
ул. Индустриальная, 19, Харьков, 61106, Украина.
e-mail: getmanav@mail.ru
Проведен пространственный гармонический анализ магнитного поля, создаваемого магнитоактивной частью
датчика нейтрального компонента плазмы из состава научной аппаратуры космического аппарата «Микро-
сат», на основе которого проведена оценка создаваемой датчиком магнитной помехи в зоне установки борто-
вого магнитометра. Библ. 6, рис. 4.
Ключевые слова: магнитное поле, магнитный момент, пространственная гармоника, сигнатура магнитного потока.
Введение. Одной из проблем, возникающих при создании малых космических аппаратов
(КА), является обеспечение магнитной совместимости его комплектующих и аппаратуры полезной
нагрузки. Общий подход [1] к решению этой проблемы основан на уменьшении величины магнитной
индукции, создаваемой каждым из блоков КА. К эффективным способам уменьшения величины
внешнего магнитного поля оборудования относятся конструктивные изменения аппаратуры, осно-
ванные на антисимметричной ориентации постоянных магнитов, входящих в состав ее радиоэлек-
тронных компонентов, а также экранирование магнитоактивной части приборов с ферромагнитными
экранами [2]. При этом первый способ предусматривает переориентацию встречно постоянных маг-
нитов внутри блока либо установку внутри него дополнительного компенсационного магнита, вели-
чину и ориентацию которого находят, исходя из критерия равенства нулю суммарного магнитного
момента блока КА. Магнитные экраны наиболее эффективны в замкнутом исполнении, поэтому их
изготавливают в виде оболочек, которые либо охватывают источники магнитного поля, чем умень-
шают уровень создаваемой ими магнитной помехи, либо охватывают магниточувствительную часть
аппаратуры, чем уменьшают уровень воздействующей извне магнитной помехи.
В случае совместного применения обоих способов уменьшения создаваемой магнитной помехи
контроль результирующего магнитного поля комплектующего КА является предметом анализа его со-
ставляющих, создаваемых индуктивной и остаточной намагниченностями экрана и постоянных магнитов.
С целью уменьшения величины магнитной индукции, создаваемой в зоне установки бортово-
го магнитометра аппаратурой КА, в работе на примере датчика плазмы из состава научной аппарату-
ры КА «Микросат», разрабатываемого ГП «КБ «Южное», проведен анализ магнитного поля.
Исходные положения. В работе исследуется датчик нейтрального компонента плазмы (дат-
чик DN), магнитоактивная часть которого состоит из четырех кольцеобразных магнитов, имеющих
размеры Ø40–Ø28×10 мм и магнитный момент М=5,5 А·м2, а также охватывающего их ферромагнит-
ного экрана 3 (рис. 1).
1
Ø 6 9 , 5
72
Y
Z
X
2
3
Рис. 1
© Гетьман А.В., 2013
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2013. №6 21
Пара 1 нижних на рис. 1 кольцевых магнитов ориентирована северным полюсом вверх, а пара
2 верхних магнитов − северным полюсом вниз.
Такое осесимметричное расположение и антисимметричная ориентация четырех постоянных
магнитов позволяют в первом приближении заменить их эквивалентными осевыми дипольным и
квадрупольным магнитными моментами (ММ). При этом величина дипольного магнитного момента
системы из четырех магнитов в системе координат КА была измерена и равна
4 4
2
i i
i=1 i=1 z
M M 0,06 A м⎛ ⎞
≈ = − ⋅⎜ ⎟
⎝ ⎠
∑ ∑
r r
. (1)
Величина осевого квадрупольного ММ четырех магнитов может быть найдена с помощью
представления магнитов в виде точечных диполей на основе выражений из [3]
3
кв. ср.M 4l M 0,66 A м= = − ⋅ , (2)
где lср.=0,03 м – среднее расстояние между центрами встречно ориентированных постоянных магнитов.
Довольно большое значение квадрупольного ММ четверки постоянных магнитов оправдыва-
ет применение в конструкции датчика DN ферромагнитного экрана для уменьшения его внешнего
магнитного поля.
Сферические гармоники магнитного поля.
Для анализа магнитной индукции, создаваемой датчиком DN в областях установки бортового
и научного магнетометров, воспользуемся представлением [4]
{ }⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
ϕ+ϕθ∇
π
μ
−= ∑∑
=
∞
=
+
n
0m
m
n
m
n
m
n
1n
1n
0 msinhmcosg)(cosP
r
1
4
B
r
, (3)
где gm
n – мультипольные коэффициенты; r – расстояние от датчика DN до магнитометра; θ, ϕ –
сферические координаты магнитометра в системе координат, связанной с датчиком DN.
Декартовые координаты, связанные с
КА, бортового и научного магнитометров, а
также датчика DN показаны на рис. 2.
Относительно большое расстояние меж-
ду бортовым магнитометром и датчиком (более
7 габаритных размеров датчика) позволяет вос-
пользоваться свойством быстрого уменьшения
относительных вкладов гармоник старших сте-
пеней в магнитную индукцию из (3) при удале-
нии от источника магнитного поля. Это позво-
ляет ограничить сумму в (3), оставив только че-
тыре слагаемых: три проекции дипольной гар-
моники и вклад осевого квадруполя, описывае-
мого мультипольным коэффициентом g2.
Учитывая, что магнитометры и датчик
можно считать лежащими на одной прямой, то с достаточной для инженерных расчетов точностью
для оценки магнитной индукции, создаваемой постоянной намагниченностью датчика DN в областях
установки магнитометров, выражение (3) может быть заменено на представления
1
0 1 2
3 4
32
4 2x
g gB
r r
⎛ ⎞μ
= +⎜ ⎟π ⎝ ⎠
,
1
0 1
34y
hB
r
⎛ ⎞μ
= − ⎜ ⎟π ⎝ ⎠
, 0 1
34z
gB
r
⎛ ⎞μ
= − ⎜ ⎟π ⎝ ⎠
. (4)
Для проведения на основе (4) анализа магнитного поля, создаваемого датчиком DN, были
экспериментально определены величины его сферических гармоник (мультипольных магнитных мо-
ментов) с помощью контурной измерительной системы. Схема эксперимента, проведенного согласно
рекомендациям [1] для шести ориентаций осей датчика DN относительно нормали N измерительной
обмотки контурной измерительной системы [5], показана на рис. 3.
Используя известную методику [6] определения вкладов сферических гармоник интегрирова-
нием магнитных сигнатур, а также, исключая вклад от индуктивной намагниченности ферромагнит-
ного экрана магнитным полем Земли, были получены следующие величины мультипольных коэффи-
циентов сферических гармоник постоянного внешнего магнитного поля датчика DN
Z
Y
X
Бортовой
магнитометр
х = -255
у = 28
z = -110
Научный
магнитометр
х = -2663
у = 0
z = -46
Датчик DN
х = 320
у = 100
z = -74
Рис. 2
22 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2013. №6
1
1g =Мx=+ 0,006 А·м2 ; 1
1h =Мy=+ 0,007 А·м2 ;
1g =Мz=+ 0,012 А·м2; 2g =Мкв.=-0,008 А·м3 . (5)
На основании (4) и (5) был проведен графиче-
ский анализ вкладов в Х-ю проекцию магнитной
индукции датчика от дипольной и квадрупольной
гармоники в зависимости от расстояния до датчика
DN − рис. 4, где обозначено: магнитная индукция
(Х-ая проекция): 1 − датчика DN (суммарная); 2 –
вклад дипольной гармоники; 3 – вклад квадруполь-
ной гармоники. Особенностью гармонического со-
става Х-ой проекции магнитной индукции, созда-
ваемой датчиком DN в области установки бортово-
го магнитометра (r=0,58 м), является преобладаю-
щий вклад квадрупольной гармоники. Поэтому вычисленная согласно (5) величина Х-ой проекции
магнитной индукции равна Вх=−4,5 nT, т.е. направлена противоположно Х-ой проекции ММ датчика
DN. При дальнейшем удалении от датчика DN соотношение вкладов меняется, и, как хорошо видно
на рис. 4, в области установки научного магнитометра (r=2,98 м) вклад дипольной гармоники в Х-ую
проекцию магнитной индукции становится основным, что оправдывает в этом случае использование
для расчета магнитного поля дипольной модели датчика DN.
Сравнивая величины мультипольных коэффициентов
сферических гармоник (мультипольных магнитных мо-
ментов) постоянных магнитов без экрана (1-2) и с экра-
ном (5), можно отметить сравнительно небольшую (около
5) эффективность экранирования для аксиальной диполь-
ной гармоники по сравнению с существенным экраниро-
ванием (более 80 раз) аксиальной квадрупольной гармо-
ники. Столь заметное различие, очевидно, может быть
вызвано следующим. Точка «приложения» квадрупольно-
го ММ – место положения эквивалентного системе из че-
тырех магнитов аксиального квадруполя совпадает с гео-
метрическим центром экрана, в то время как суммарный
эквивалентный диполь смещен (в нашем случае ММ
нижней пары на 0,06 А·м2 больше ММ верхней пары)
вниз, т.е. магнитный центр магнитов не совпадает с гео-
метрическим центром экрана, что приводит к различной в его верхней и нижней частях намагничен-
ности, создаваемой полем смещенного аксиального диполя. Эта несимметричная наведенная намаг-
ниченность смещенным диполем также является причиной создания экраном магнитного поля, состо-
ящего из аксиальных гармоник старших степеней, в том числе и октупольной. Однако по изложен-
ным выше соображениям учет вкладов этих гармоник рационально проводить на расстояниях меньше
пяти габаритных размеров источника.
Очевидно, что применение в составе датчика DN более тщательно подобранной четверки маг-
нитов с суммарным ММ порядка 2÷3·10-3 А·м2 эквивалентно уменьшит величину аксиальной диполь-
ной гармоники датчика DN до 0,4÷0,6·10-3 А·м2.
Таким образом, одно лишь требование, ограничивающее значение магнитного момента дат-
чика DN, не обеспечивает минимизацию магнитной индукции в зоне установки бортового магнито-
метра. Поэтому для решения задачи обеспечения магнитной чистоты КА должны предъявляться тре-
бования по дополнительным магнитным характеристикам к комплектующим и узлам КА.
Выводы. Для описания с удовлетворительной погрешностью магнитного поля, создаваемого
датчиком нейтрального компонента плазмы в зоне бортового магнитометра, необходимо учитывать
магнитную индукцию от пространственных гармоник старших степеней.
При проведении работ по обеспечению магнитной чистоты КА целесообразно предъявление
по ТЗ требований к комплектующим КА, ограничивающих максимальные значения следующих маг-
N
Ф, мк Вб
N
0
Измерительная обмотка
Датчик
DN
Рис. 3
Рис. 4
0.5 0.8 1.1 1.4 1.7 25
4
3
2
1
0
1
2 B, nT
r, м
1
3
2
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2013. №6 23
нитных характеристик: модуля магнитного момента, мультипольных коэффициентов квадрупольной
и, вероятно, октупольной гармоник магнитного поля.
1. Гетьман А.В. Определение пространственных гармоник магнитного поля вблизи поверхности техни-
ческого объекта // Электричество. – 2005. – №1. – С. 55–60.
2. Розов В.Ю., Гетьман А.В. Структура контурных динамических систем для практического гармони-
ческого анализа магнитного поля технических объектов // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск.
"Проблеми сучасної електротехніки". – 2008. – Ч. 3. – С. 97–100.
3. Розов В., Гетьман А., Петров С., Ерисов А., Меланченко А., Хорошилов В., Шмидт И. Магнетизм
космических аппаратов // Техн. електродинаміка. Тематичний випуск "Проблеми сучасної електротехніки". –
2010. – Ч.2 – С. 144–147.
4. Шимони К. Теоретическая электротехника. – М.: Мир, 1964. – 774 с.
5. Smythe W. Static and Dynamic Electricity. – Hemisphere Publishing Corporation, 1989. – 623 p.
6. ECSS-E-HB-20-07A "Space engineering: Electromagnetic compatibility handbook" ESA-ESTEC. − Noord-
wijk, The Netherlands: Requirements & Standards Division, 2012. – 228 p.
УДК 621.317.4
ПРОСТОРОВИЙ ГАРМОНІЧНИЙ АНАЛІЗ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ДАТЧИКА ПЛАЗМИ КОСМІЧНОГО АПАРАТА
А.В.Гетьман, канд.техн.наук
Науково-технічний центр магнетизму технічних об’єктів НАН України,
вул. Індустріальна, 19, Харків, 61106, Україна.
e-mail: getmanav@mail.ru
Проведено просторовий гармонічний аналіз магнітного поля, що створює магнітоактивна частина датчика ней-
трального компонента плазми із складу наукової апаратури космічного апарату «Мікросат», на основі якого про-
ведена оцінка магнітної завади, яку створює датчик в зоні установки бортового магнітометра. Бібл. 6, рис. 4.
Ключові слова: магнітне поле, магнітний момент, просторова гармоніка, сигнатура магнітного потоку.
SPATIAL HARMONIC ANALYSIS OF A MAGNETIC FIELD OF A SENSOR PLASMA OF SPACECRAFT
A.V.Getman
Science and Technology Center of Magnetism of Technical Objects National Academy of Sciences of Ukraine,
Industrialnaia st., 19, PO Box 72, Kharkov, 61106, Ukraine.
e-mail: getmanav@mail.ru
The spatial harmonics analysis of the magnetic field, what created by the magnetized part of the sensor of the neutral com-
ponent of the plasma from the scientific instruments of the spacecraft "Mikrosat”, was performed. Based on this analysis,
produced the assessment magnetic noise by the sensor in the area onboard magnetometer. References 6, figures 4.
Key words: magnetic field, magnetic moment, spatial harmonic, signature of magnetic flux.
1. Getman А.V. Determination spatial harmonic of magnetic field near of technical object // Elektrichestvo. –
2005. – №1. – Pp. 55–60. (Rus)
2. Rozov V., Getman А. Structure of dynamics contours systems for practical harmonic analyses of magnetic
field of technical object // Tekhnichna elektrodynamika. Tematychnyi vypusk “Problemy suchasnoi elektrotekhniky”. –
2008. – Chapter 3. – Pp. 97–100. (Rus)
3. Rozov V., Getman А., Petrov S., Erisov А., Melanchenko А., Khoroshilov V., Shmidt I. Magnetism of space-
ship // Tekhnichna elektrodynamika. Tematychnyi vypusk “Problemy suchasnoi elektrotekhniky”. – 2010. – Chapter 2.
–Pp. 144–147. (Rus)
4. Shimoni К. Theoretical electrical engineering. –Мoskva: Mir, 1964. – 774 p. (Rus)
5. Smythe W. Static and Dynamic Electricity. – Hemisphere Publishing Corporation, 1989. – 623 p.
6. ECSS-E-HB-20-07A "Space engineering: Electromagnetic compatibility handbook" ESA-ESTEC. − Noord-
wijk, Netherlands: Requirements & Standards Division, 2012. – 228 p.
Надійшла 21.03.2013
Received 21.03.2013
|