Cosmic ResearchCosmic ResearchКосмические исследования0023-42063034-5502The Russian Academy of Sciences67250810.31857/S0023420624010061ArticlesСтатьиResearch ArticleАналитический метод определения условий длительного орбитального существования техногенных наночастиц, инжектируемых в околоземное пространство на высокой круговой орбитеАналитический метод определения условий длительного орбитального существования техногенных наночастиц, инжектируемых в околоземное пространство на высокой круговой орбитеКолесниковЕ. К.
Russian Federation
e.kolesnikov@spbu.ruЧерновС. В.
Russian Federation
e.kolesnikov@spbu.ruСанкт-Петербургский государственный университет27062024621697627022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0023-4206/article/view/672508

Аналитически на основе использования «дрейфовых» уравнений движения определены условия реализации двух возможных режимов длительного орбитального существования техногенных наночастиц, инжектируемых в околоземное пространство на высокой круговой орбите в области кольцевого тока и не выходящих в процессе орбитального движения за пределы этой области. Показано, что в каждом из указанных режимов ведущий центр наночастицы, не достигая плотных слоев атмосферы, в ведущей плоскости периодически колеблется по отрезку силовой линии геомагнитного поля между «зеркальными точками», которые в одном режиме расположены в Северном и Южном полушариях, а в другом – в том же полушарии, что и точка инжекции. Корректность сформулированных условий подтверждена сравнением с результатами соответствующих численных экспериментов.

Аналитически на основе использования «дрейфовых» уравнений движения определены условия реализации двух возможных режимов длительного орбитального существования техногенных наночастиц, инжектируемых в околоземное пространство на высокой круговой орбите в области кольцевого тока и не выходящих в процессе орбитального движения за пределы этой области. Показано, что в каждом из указанных режимов ведущий центр наночастицы, не достигая плотных слоев атмосферы, в ведущей плоскости периодически колеблется по отрезку силовой линии геомагнитного поля между «зеркальными точками», которые в одном режиме расположены в Северном и Южном полушариях, а в другом – в том же полушарии, что и точка инжекции. Корректность сформулированных условий подтверждена сравнением с результатами соответствующих численных экспериментов.

РНФRussian Science Foundation23-21-00038Колесников Е. К. Особенности орбитального движения субмикронных частиц в плазмосфере Земли // Космич. исслед. 2001. Т. 39. № 1. С. 100– 105. (Cosmic Research. P. 92–97). https://doi.org/10.1023/A:1002848114220Колесников Е. К., Чернов С. В. О размерах микрочастиц, захватывающихся магнитным полем Земли, при различных уровнях геомагнитной активности // Космич. исслед. 2003. Т. 41. № 5. С. 558– 560. (Cosmic Research. P. 526–527). https://doi.org/10.1023/A:1026062603506Колесников Е. К., Чернов С. В. О возможности длительного орбитального существования субмикронных частиц, инжектируемых в околоземное космическое пространство на вытянутых эллиптических орбитах с низким перигеем // Космич. исслед. 2013. Т. 51. № 4. С. 287–293. (Cosmic Research. P. 254–260). https://doi.org/10.1134/S0010952513030039Колесников Е. К., Чернов С. В. О возможности длительного орбитального существования в плазмосфере Земли наночастиц из материала с низким выходом фотоэмиссии // Космич. исслед. 2015. Т. 53. № 5. С. 388–394. (Cosmic Research. P. 354– 359). https://doi.org/10.1134/S001095251505007XYakovlev A. B., Kolesnikov E. K., Chernov S. V. Analytical research of the possibility of long orbital existence of submicron particles in the Earth’s plasmasphere by the methods of the KAM theory // J. Plasma Physics. 2017. V. 83. Art. ID. 905830306. https://doi.org/10.1017/S0022377817000447Yakovlev A. B., Kolesnikov E. K., Chernov S. V. The restrictions on the assumption about conservations of parameters of orbit for submicron particles in the Earth’s plasmasphere in light of the corotational electric field // J. Plasma Physics. 2018. V. 84. Art. ID. 905840613. https://doi.org/10.1017/S0022377818001241Yakovlev A. B., Kolesnikov E. K., Chernov S. V. Investigation of the influence of the field of co-rotation on the possibility of the long-term orbital existence of submicron particles in the plasma-sphere of the Earth // Physics and Astronomy Intern. J. 2018. V. 2. Iss. 1. P. 48–53. http://medcraveonline.com/PAIJ/PAIJ-02-00047.pdfKolesnikov Е. K., Chernov S. V. About the possibility of magnetic and gravitational capture of the technogenic nanoparticles injected in the near-Earth space in high circular orbits. The Eighth Polyakhov’s Reading: Proc. Intern. Scientific Conference on Mechanics // AIP Conference Proceedings. 2018. V. 1959. Art. No. 040009. https://doi.org/10.1063/1.5034612Kolesnikov E. K., Chernov S. V. Exploring possible long orbital existence of submicronic man-made particles injected in the near-Earth space on geostationary orbit // Advances in Space Research. 2022. V. 69. Iss. 3. P. 1564–1577. https://doi.org/10.1016/j.asr.2021.11.005Колесников Е. К., Чернов С. В. Времена жизни техногенных микрочастиц, инжектируемых в околоземное космическое пространство на геостационарной орбите // Космич. исслед. 2022. Т. 60. № 4. С. 307–314. (Cosmic Research. P. 275– 281). https://doi.org/10.1134/S0010952522040050Horanyi M., Houpis H. L.F., Mendis D. A. Charged Dust in the Earth’s Magnetosphere // Astrophysics and Space Science. 1988. V. 144. P. 215–229.Kanal M. Theory of current collection of moving spherical probes: Scientific Report. No. JS-5 / Space Physics Research Laboratory, University of Michigan. Ann Arbor. 1962.Whipple E. C. Potentials of surfaces in space // Reports on progress in physics. 1981. V. 44. P. 1197–1250.Katz I., Parcs D. E., Mandell M. J. et al. A three dimensional dynamic study of electrostatic charging in materials: Report NASA. No. CR-135256. 1977.Draine B. T., Salpeter E. E. On the Physics of Dust Grains in Hot Gas // Astrophysical J. 1979. V. 231. P. 77–94.Prokopenko S. M.L., Laframboise J. G. High-Voltage Differential Charging of Geostationary Spacecraft // J. Geophysical Research. 1980. V. 85. Iss. A8. P. 4125–4131.Grard R. J.L. Properties of the Satellite Photoelectron Sheath Derived from Photoemission Laboratory Measurements // J. Geophysical Research. 1973. V. 78. Iss. 16. P. 2885–2906.Garrett H. B., DeForest S. E. Time-Varying Photoelectron Flux Effects on Spacecraft Potential at Geosynchronous Orbit // J. Geophysical Research. 1979. V. 84. Iss. A5. P. 2083–2088.Колесников Е. К., Чернов С. В., Яковлев А. Б. О корректности канонической формулировки задачи движения субмикронных частиц в плазмосфере Земли // Космич. исслед. 2007. Т. 45. № 6. С. 499– 504. (Cosmic Research. P. 471–475). https://doi.org/10.1134/S0010952507060032Альвен Г., Фельтхаммар К.-Г. Космическая электродинамика. 2-е изд. М.: Мир, 1967. 260 с.Колесников Е. К., Филиппов Б. В. Некоторые задачи эволюции заряженных частиц в поле магнитного диполя. Л.: Изд-во ЛГУ, 1974. 72 с.Ленерт Б. Динамика заряженных частиц: пер. с англ. М.: Атомиздат, 1967. 353 с.