Μοντελοποίηση Στατικών Και Αργά Μεταβαλλόμενων Μαγνητικών Πεδίων Σε Διαστημικές Αποστολές

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο τη μελέτη της μαγνητικής συμπεριφοράς ενός δοκιμαστικού εξοπλισμού που αποτελείται από πολυάριθμους μαγνητικούς βρόχους στα πλαίσια διαστημικών αποστολών. Κεντρικό ζήτημα είναι ο προσδιορισμός του νόμου ελάττωσης του μαγνητικού πεδίου του εκάστοτε εξοπλισμού ώστε να είναι δυνατή η επέκταση του πεδίου σε συγκεκριμένα επιθυμητά σημεία. Για το λόγο αυτό, πραγματοποιείται μια ενδελεχής και συστηματική ανάλυση του συγκεκριμένου προβλήματος με χρήση νέων τεχνικών και μεθόδων.Στο πρώτο μέρος της εργασίας, γίνεται μια ιστορική αναδρομή στις σημαντικότερες διαστημικές αποστολές των τελευταίων δύο αιώνων καθώς και αναφορές σε αποστολές υπό εξέλιξη. Επιπροσθέτως, παρουσιάζεται εκτενώς το απαραίτητο μαθηματικό υπόβαθρο της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας και συγκεκριμένες εφαρμογές σε γεωμετρίες που χρειάζονται στα επόμενα κεφάλαια. Συγκεκριμένα, περιλαμβάνεται DC και AC μοντελοποίηση, αναλυτική λύση του μαγνητικού πεδίου ενός τετραγωνικού βρόχου, εξάρτηση νόμου ελάττωσής από γεωμετρικά χαρακτηριστικά και ρευματικές κατανομές.Το δεύτερο και μεγαλύτερο μέρος της παρούσας διπλωματικής αποτελεί τον κύριο κορμό της πειραματικής διαδικασίας. Πιο αναλυτικά, περιγράφεται εκτενώς η υπό εξέταση διάταξη δηλαδή ο δοκιμαστικός εξοπλισμός με σαφή προσδιορισμό των κρίσιμων παραμέτρων. Ακόμα, εξετάζεται η περίπτωση ενός τετραγωνικού βρόχου μεταβαλλόμενης πλευράς και δίνονται ορισμένα πρωταρχικά αποτελέσματα για την περίπτωση 50 ρευματικών βρόχων. Έπειτα, εισάγεται η τεχνική των δύο μαγνητομέτρων, πάνω στην οποία βασίζεται η υπόλοιπη εργασία. Δύο νέες μέθοδοι, αυτή της εκθετικής παρεμβολής και της μεθόδου εξομάλυνσης, εισάγονται με κύριο στόχο την ακριβή πρόβλεψη του μαγνητικού πεδίου σε συγκεκριμένα σημεία. Τα σημεία αυτά βρίσκονται είτε ανάμεσα των δύο μαγνητόμετρων είτε σε μια μακρινή απόσταση από το κέντρο του δοκιμαστικού εξοπλισμού. Στο τελευταίο κομμάτι των προσομοιώσεων, εισάγεται η έννοια των common-mode ρευμάτων και εξετάζεται η επίδραση που έχουν στην ικανότητα ακριβής πρόβλεψης.Τέλος, στο τρίτο και τελευταίο κομμάτι της διπλωματικής γίνεται μια σύντομη αποτίμηση των αποτελεσμάτων των προσομοιώσεων και συγχρόνως παρουσιάζονται σχετικά θέματα για μελλοντική μελέτη και έρευνα.