2 . МЕТОД ЗА ИЗМЕРВАНЕ
Известни са различни методи за измерване на постоянни и променливи електрични полета в космическата плазма [ 14 ]. По разпространените от тях са : методът на двойната сонда , методът на флуксметъра , методът на радиосондирането на йоносферната плазма , резонансният метод , методът с наблюдение движението на облаци от бариеви йони и други . От гледна точка на изискванията за надеждност , простота , универсалност , висока точност на измерванията , работа на борда на спътници с възможност за покриване на огромни територии от земната повърхност при работа на орбита , най-удачен се оказа методът на двойната сонда . При него се мери потенциалната разлика между две точки в пространството , в които са разположени електрически сонди . Разглеждаме използвания от нас вариант със сферични сонди , където измерената потенциална разлика �U се дава с формулата : � � E'. d � ( V V WF WF ( 1 )
1
�
2
) � (
1
�
2
) �U
� ,
1� R1
/ R � R2
/ R
Е е електричното поле в спътникова координатна система , d е разстоянието между центровете на сферите ,
V
1 е потенциалната разлика между сонда 1 и околната плазма при безкраен входен импеданс , V2 е потенциалната разлика между сонда 2 и околната плазма при безкраен входен импеданс , WF1 е отделителната работа на електрона , отнасяща се за сонда 1 , а WF2 е отделителната работа на електрона , отнасяща се за сонда 2 , R е входното съпротивление на предусилвателя , а Ri ( i = 1,2 ) - съпротивлението на плазмения слой , обкръжаващ сондите 1 и 2 . Величините V1 , V2 зависят от температурата - Т и концентрацията на плазмата - n в точките на измерване , като те се променят при движението на спътника по орбитата .
Потенциалът на едно изолирано тяло потопено в плазма , каквото по своята същност представлява една сонда , се определя от баланса на токовете върху неговата повърхност :
�2�
I � Ie � Ii � Iph
Ie е токът от електроните от плазмата , попадащи върху повърхността на сондата ;
Ii е токът от йоните , попадащи върху сондата ;
Iph е токът от фотоелектроните , емитирани от повърхността на сондата .
В съответствие с теорията на Langmuir [ 6 ] електронният и йонният ток за една сферична сонда се дават с изразите :
( 3 ) Ie � � 4�r2ne
( 4 ) Ii � kT i
2�m i kT e
2�m e exp� eV
� kT e r е радиусът на сондата ; n e не смутената концентрация на плазмата ; e е елементарният електричен заряд ; k е константата на Болцман ;
me , mi , Te , Ti , са масите на електрона и йона , и електронната и йонната температури .
Фототокът от повърхността на сферичната сонда се дава с израза :
( 5 ) Iph � �r2iph
Като използваме уравнения ( 2 ), ( 3 ), ( 4 ) и ( 5 ) за потенциала на сондата получаваме :
( 6 ) V � �
�
I
2
4�r ne kT e e
��1�
loge � kT e
2�m e
� kT i
2�m i
�
2
� �
16 i ph
4ne
Равновесният ( плаващият ) потенциал на сондата Vo се получава от уравнение ( 6 ), като се положи I = 0 . За практическото пресмятане на характеристиките на сферичната сонда използваме опростената формула ( 1 ) за потенциалната разлика , измервана с двойна сонда .
Техниката на измерване на постоянни и променливи електрични полета в околоземната плазма с използването на система от две сонди широко се прилага при експерименти на балони , ракети и спътници . В нашия случай ние сме го прилагали на системи от спътници ИК Б 1300 , ИК-24 , Магион-2 , ИК-25 , Магион-3 , ИБ-1 , Магион-4 , ИБ-2 , Магион-5 [ 7 , 11 ]. Една от основните задачи е да се изследват електромагнитни предвестници на земетресения ( фиг . 1 ), природни бедствия и екологични катастрофи върху земната повърхност [ 4 , 5 , 14 ].
Фиг . 1 . Резултати , получени от измерване на електромагнитни ефекти от земетресения на борда на спътника Магион-4
Чувствителните елементи ( ЧЕ ) на сондите , които измерват ULF / VLF електричните полета в околоземната плазма , представляват кухи разглобяеми тънкостенни сфери с дебелина на стените 2 mm , изработени от графит и покрити със стъкловъглерод ( фиг . 2 ). Сферичната форма е избрана , за да се постигне симетрия във всички случаи на несиметрична геометрия . Повърхността на сферичните ЧЕ e покритa със стъклообразен въглерод , представляващ електрически проводящо въглеродно стъкло , като е използван наш оригинален метод [ 13 ]. Това покритие осигурява минимални вариации на отделителната работа за електрона по повърхността на сферите , при облъчването им със слънчева светлина , в границите от 0,006 meV и много висока стойност на отделителната работа равна на 4,78 eV . По тези свои характеристики стъкловъглеродните покрития превъзхождат останалите известни материали , като в сравнение с монолитния стъкловъглерод неговото получаване и коригиране на характеристиките му е много по-лесно и икономично . Оценка за използваната технология за уплътняване и покриване на работните повърхности на сферични сензори
16 ГКЗ 3-4 ’ 2024