Научные направления лаборатории

1) Получение, диагностика и применение низкотемпературной плазмы для моделирования аэродинамического нагрева;
2) Экспериментальное исследование теплообмена в до- и сверхзвуковых потоках плазмы;
3) Плазмодинамика мощных индукционных ВЧ-разрядов;
4) Численное моделирование течений индукционной плазмы и теплообмена;
5) Термохимические испытания теплозащитных материалов в высокоэнтальпийных газовых потоках;
6) Явления самоорганизации в слаботочном таунсендовском разряде в тонком плоском газовом промежутке с полупроводниковым катодом;
7) Стримерно-лидерные процессы в лабораторных условиях, в молнии и в верхней атмосфере (так называемые "blue jets" и " red sprites");
8) Эффекты контракции (стягивания тока в шнуры) в тлеющем разряде.

История лаборатории

История лаборатории, образованной одновременно с Институтом, неразрывно связана с развитием экспериментальной базы для решения проблем аэродинамического нагрева спускаемых и летательных аппаратов при движении в атмосферах планет с гиперзвуковыми скоростями. Для этих целей в ИПМех РАН были созданы четыре индукционных плазмотрона ВГУ-1 (1963 - 1977), ВГУ-2 (1977 - 1989), ВГУ-3 (1984 - :) и ВГУ-4 (1989 - :). М.И.Якушин, возглавлявший лабораторию со дня ее образования до ноября 2001 г., заложил два основополагающих принципа лаборатории. Первый: иметь две установки - одну, научно-исследовательскую, для изучения физики процессов взаимодействия плазмы с материалами и вторую, более мощную, для испытаний и отработки элементов тепловой защиты. Этот принцип реализован в установках ВГУ-4 и ВГУ-3. Второй принцип: совместная работа экспериментаторов и теоретиков для того, чтобы не только испытывать материалы и изучать их свойства, но и корректно переносить экспериментальные результаты, полученные на плазмотронах, на натурные условия гиперзвукового полета.

В лаборатории изучались и испытывались практически все теплозащитные материалы, разработанные в НПО "Энергия" и "Молния" для космических аппаратов различного назначения. Лаборатория участвовала в выполнении Государственной программы "Буран". Впервые были исследованы каталитические свойства теплозащитных материалов многоразового применения по отношению к гетерогенной рекомбинации атомов. Проведены многоцикловые (до 100) испытания теплозащитных плиток воздушно-космического корабля "Буран" на термохимическую стойкость в условиях, моделирующих натурный нагрев и окисление покрытия.

В рамках международных проектов МНТЦ и ИНТАС разработаны теория и техника моделирования термохимичекого взаимодействия плазмы с поверхностью для условий входа спускаемых аппаратов в атмосферы Земли и Марса. Выполнены испытания и изучены каталитические свойства теплозащитных покрытий для аппарата "MARS PROBE", разрабатываемого Европейским Космическим Агенством. В последнее время в кооперации с научными центрами Франции (ONERA) и Бельгии (VKI) на установке ВГУ-4 экспериментально изучены каталитические свойства и процессы окисления материала SiC для траекторных параметров европейских экспериментальных космических аппаратов PRE-X и EXPERT.

Практика эксплуатации ВЧ-плазмотронов в современных условиях подтвердила правильность выбранных технических и инженерных решений. В настоящее время установки и коллектив лаборатории вновь востребованы российской аэрокосмической промышленностью

Научные связи в России и за рубежом

Лаборатория имеет тесные научные связи с ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского, ЦНИИМаш, РКК "Энергия", НИИМех МГУ, ИТПМ им. С.А. Христиановича

Лаборатория сотрудничает с ведущими аэрокосмическими компаниями и лабораториями Европы: Европейское Космическое Агентство, EADS (Франция), VKI (Ин-т гидродинамики им. фон Кармана, Бельгия) и DLR (Германский аэрокосмический центр).

Достижения

Ю.П.Райзер - Лауреат Ленинской премии (1966г.), Лауреат Государственной премии Российской Федерации (1999г.), Заслуженный деятель науки РФ. Удостоен Международной премии Пеннинга по физике ионизованных газов (1993г.), премии Американского Общества Аэронавтики и Астронавтики по плазмодинамике и лазерам (2002г.) за выдающийся вклад в физику ударных волн и взрывов, газовых разрядов, взаимодействия лазерного излучения с плазмой.

В.В. Рагульский - Лауреат Государственной премии СССР (1983), член-корреспондент РАН (2000), член комиссий РАН по премиям имени выдающихся ученых, член жюри Национальной детской премии.

А.Ф. Колесников - Лауреат Государственной премии СССР (1988).

Ю.К. Рулев награжден медалью "За трудовую доблесть".

Публикации

1. Зельдович Я.Б. и Райзер Ю.П., Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. 1966, 1968, 2009. Zel'dovich Ya.B. & Raizer Yu.P., Physics of Shock Waves and High-Temperature Hydrodynamics Phenomena, Academic Press USA 1968 , Dover 2002.
2. Райзер Ю.П., Физика газового разряда, 1987, 1992, 2009. Raizer Yu.P., Gas Discharge Physics, Springer-Verlag Germany, USA,1991, 1997.
3. Райзер Ю.П., Лазерная искра и распространение разрядов,1974. Raizer Yu.P., Laser-Induced Discharges, Consultants Bureau USA,1978.
4. Райзер Ю.П., Шнейдер М.Н. и Яценко Н.А., Высокочастотный емкостной разряд, 1995. Raizer Yu.P., Shneider M.N. and Yatsenko N.A., Radio-Frequency Capacitive Discharges, CRC Press ,USA, 1995.
5. Базелян Э.М. и Райзер Ю.П., Искровой разряд, 1997. Bazelyan E.M. & Raizer Yu.P., Spark Discharge, CRC Press,USA, 1997.
6. Базелян Э.М. и Райзер Ю.П., Физика молнии и молниезащиты, 2001. Bazelyan E.M. & Raizer Yu.P., Lightning and Lightning Protection Physics IOP Publishing, UK, 2000.
7. Bazelyan E.M., Raizer Yu.P. and Aleksandrov N.L. Corona initiated from grounded objects under thunderstorm conditions and its influence on lightning attachment. Plasma Sources Science &Technology V.17, P. 024015, 2008.
8. Mokrov M.S. and Raizer Yu.P. On the mechanism of the negative differential resistance of Townsend discharge. Plasma Sources Science &Technology,V.17, P.035031, 2008.
9. Raizer Yu.P. and Mokrov M.S. A simple physical model of hexagonal patterns in a Townsend discharge with a semiconductor cathode, J. Phys. D: Appl. Phys., 43 255204, 2010.
10. Raizer Y.P., Milikh G.M. and Shneider M.N. Streamer and leader like processes in the upper atmosphere: Models of red sprites and blue jets, Journ. Geophys. Res. 115, A00E42, doi:10.1029/2009JA014645, 2010.
11. Васильевский С.А., Колесников А.Ф., Якушин М.И. Определение эффективных вероятностей гетерогенной рекомбинации атомов в условиях влияния газофазных реакций на тепловой поток. Теплофизика высоких температур. 1991, т. 29, 3, с. 521-529.
12. Колесников А.Ф. Условия моделирования в дозвуковых течениях теплопередачи от высокоэнтальпийного потока к критической точке затупленного тела. Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 1993, 1, с. 172-180.
13 Kolesnikov A.F. The Aerothermodynamic Simulation in Sub- and Supersonic High-Enthalpy Jets: Experiment and Theory, Second European Symposium on Aerothermodynamics for Space Vehicles, ESTEC, Noordwijk, Netherlands, 1994, Proceedings, p. 583-588.
14. Ковалев В.Л., Колесников А.Ф., Крупнов А.А., Якушин М.И. Анализ феномено-логических моделей, описывающих каталитические свойства высокотемпературных многоразовых покрытий. Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 1996, 6, с.133-144.
15. Быкова Н.Г., Васильевский С.А., Гордеев А.Н., Колесников А.Ф., Першин И.С., Якушин М.И. Определение эффективных вероятностей каталитических реакций на поверхностях теплозащитных материалов в потоках диссоциированнго углекислого газа. Изв. РАН, Механика жидкости и газа. 6, 1997, с.144-157.
16. Kolesnikov A.F., Marraffa L. An Analysis of Stagnation Point Thermochemical Simulation by Plasmatron for Mars Probe. AIAA 99-3564, June 1999.
17. Kolesnikov A.F., Yakushin M.I., Pershin I.S., Vasil'evskii S.A. Heat Transfer Simulation and Surface Catalycity Prediction at the Martian Atmosphere Entry Conditions. AIAA 99-4892, Nov. 1999.
18. Kolesnikov A.F., Pershin I.S., Vasil'evskii S.A., Yakushin M.I. Study of Quarz Surface Cataliсity in Dissociated Carbon Dioxide Subsonic Flows, J. Spacecraft and Rockets, Vol 37, No. 5, 2000, pp. 573-579.
19. Васильевский С.А., Колесников А.Ф. Численное моделирование течений равновесной индукционной плазмы в цилиндрическом канале плазмотрона. Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 5, 2000, с. 164-173.
20. Афонина Н.Е., Васильевский С.А., Громов В.Г., Колесников А.Ф., Першин И.С., Сахаров В.И., Якушин М.И. Течение и теплообмен в недорасширенных струях воздуха, истекающих из звукового сопла плазмотрона. Изв. РАН, Механика жидкости и газа. 5, 2002, с. 156-168.
21. Kolesnikov A. General Formulation of Multicomponent Plasmas Transport Equations with Ambipolar Approach for Weakly Ionized Gases. AIAA-2003-1055, 2003.
22. Kolesnikov A.F., Yakushin M.I., Pershin I.S., Vasil'evskii S.A., Bykova N.G., Gordeev A.N., Chazot O., Muylaert J. Comparative Analysis of the Inductive Plasmatrons Capabilities for Thermochemical Simulation at the Earth and Mars Atmospheric Entry Conditions, International Conference on the Methods of Aerophysical Research, 1-7 July, 2002, Novosibirsk, Russia. Proceedings, Part III. Novosibirsk, Publishing House "Nonparel", 2002, pp. 114-119.
23. Kolesnikov A.F., Pershin I.S., Vasil'evskii S.A. Predicting Catalycity of Si-based Coating and Stagnation Point Heat Transfer in High-Enthalpy CO2 Subsonic Flows for the Mars Entry Conditions, International Workshop on Planetary Probe Atmospheric Entry and Descent Trajectory Analysis and Science, Lisbon, Portugal, October 2003, ESA SP-544, February 2004, pp. 77-83.
24. Быкова Н.Г., Васильевский С.А., Колесников А.Ф. Влияние излучения на пространственное распределение температуры дозвуковых потоков индукционной плазмы Теплофизика высоких температур. 2004, Т. 42, N 1, с. 16-22.
25. Kolesnikov A.F., Vasil'evskii S.A. An analysis of IPG-4 plasmatron capabilities for simulation of the EXPERT stagnation point re-entry heating. Proc. 5th European Symposium on Aerothermodynamics for Space Vehicles. ESA SP-563, February 2005, pp. 249-254.
26. Gordeev A.N., Kolesnikov A.F., Rulev Yu.K. Extended operating regimes of the 1-MW power inductively coupled plasma torch. Proc. 15th Int. Conf on MHD Energy Conversion and 6th Int. Workshop on Magnetoplasma Aerodynamics. Moscow, May 24-27, 2005. Vol. 1, pp. 164-170.
27. Vanden Abeele D., Kolesnikov A.F., Gordeev A.N., Rulev Yu.K., Degrez G. Theoretical and experimental study of the scaling behaviour of high-pressure inductively coupled plasma sources. Proc. 15th Int. Conf on MHD Energy Conversion and 6th Int. Workshop on Magnetoplasma Aerodynamics. Moscow, May 24-27, 2005. Vol. 1, pp. 198-205.
28. Rini P., Kolesnikov A.F., Vasil'evskii S.A., Chazot O., Degrez G. CO2 stagnation line flow simulation for Mars entry applications. 38th AIAA Thermophysics Conference, 6-9 June 2005, Toronto, Canada, AIAA Paper 2005-5206, 11 p.
29. Ковалев В.Л., Колесников А.Ф. Экспериментальное и теоретическое моделирование гетерогенного катализа в аэротермохимии (обзор). Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2005, 5, с. 3- 31.
30. Kolesnikov A.F., Gordeev A.N., Vasil'evskii S.A. Theory and technical approach for simulation of the stagnation point re-entry heating in high-enthalpy subsonic flows. Papers from East-West High Speed Flow Field Conference-2005, Beijing, China, October 19-22, 2005, pp. 373-378.
31. Sakharov V.I., Gromov V.G., Kolesnikov A.F., Gordeev A.N. CFD Modeling of Non-Equilibrium Flow in an Under-Expanded Plasmatron Air Jets Over a Flat-End Cylindrical Model. The 7th International Workshop on Magneto-Plasma-Aerodynamics.JIVTAN, 2007. pp. 45-50.
32. Kolesnikov A.F., Gordeev A.N., Vasil'evskii S.A., Sakharov V.I. Codes-to-Experiment Comparison for Subsonic Inductive Air Plasma Flows in the IPG-4 Plasmatron. The 7th International Workshop on Magneto-Plasma-Aerodynamics.JIVTAN, 2007. pp. 218-226.
33. Колесников А.Ф., Гордеев А.Н., Сахаров В.И. Течение и теплообмен в сверхзвуковых струях воздушной плазмы: эксперимент на ВЧ-плазмотроне и численное моделирование. Всероссийская школа-семинар "Аэрофизика и физическая механика классических и квантовых систем". АФМ-2007. Сборник научных трудов. Москва, ИПМех РАН, 2007. С. 23-28.
34. Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. Новые режимы течения и теплообмена плазмы в высокочастотном индукционном плазмотроне ВГУ-4. Всероссийская Школа-семинар "Аэрофизика и физическая механика классических и квантовых систем". АФМ-2007. Сборник научных трудов. Москва, ИПМех РАН, 2007. С. 130-136.
35. Бала-Пишлен М., Ковалев В.Л., Колесников А.Ф., Крупнов А.А. Влияние неполной аккомодации энергии гетерогенной рекомбинации на тепловые потоки к поверхности кварца. Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2008, 5, с. 179-188.
36. Васильевский С.А., Колесников А.Ф. Численное исследование течений и теплообмена в индукционной плазме высокочастотного плазмотрона. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Серия Б. Том VII - 1. Часть 2. М.: ЯНУС-К. 2008. С. 220-234.
37.Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. Экспериментальное моделирование теплообмена в ВЧ-плазмотроне с удлиненным секционированным разрядным каналом. Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2010, 3, с. 181-191.
38. Рагульский В.В. Обращение волнового фронта при вынужденном рассеянии света. М. Наука, 1990.
39. Рагульский В.В. Экспериментальное исследование оптической изотропии пространства. УФН, 1997, т. 167, 9, с.1022.
40. Рагульский В.В., Сидорович В.Г. Прохождение света, излучаемого протяженным источником, сквозь оптически неоднородную среду. ДАН, 2002, т. 384, 1, с. 31.
41. Рагульский В.В. Терминал для системы открытой оптической связи. 2009. Патент 2346393.
42. Рагульский В.В. Самый замечательный человек среди ученых. УФН, 2009, т. 179, 11, с. 1245.

Соcтав лаборатории