توصلت الدكتورة لي ثي كوينه ترانج وعلماء في اليابان إلى طريقة تساعد على تقليل تدفق الحرارة على المواد للمساعدة في حماية سطح المركبات الفضائية والأقمار الصناعية.
نُشر هذا العمل في مجلة Nature من قِبل الدكتور ترانج، من معهد أبحاث وتطوير التكنولوجيا المتقدمة بجامعة دوي تان، وأساتذة من اليابان. وخلص الباحثون إلى أن خفض حرارة التدفق الإلكتروني والأيوني يُعدّ من القضايا المهمة، إذ يُسهم في حماية أسطح الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية.
في حديثه مع VnExpress ، صرّح الدكتور ترانج بأنه عند ارتفاع درجات حرارة الإلكترونات والأيونات، فإنها تتحرك بسهولة وتصطدم بسطح المعدن. ونتيجةً لذلك، قد يُتلف سطح المعدن. استخدم فريق البحث مجالًا مغناطيسيًا خارجيًا، ناتجًا عن تيار كهربائي يمر عبر سلك التسخين. وتم إنشاء نموذج تدفق بلازما، يتضمن الإلكترونات والأيونات في منطقة صغيرة، باستخدام بُعدين مكانيين وثلاثة إحداثيات للسرعة لتحديد تأثير سلك التسخين على الجسيمات وتدفق الحرارة.
محاكاة البلازما المحصورة في الفراغ. الصورة: فريق البحث
قال الدكتور ترانج إنه عند محاكاة حركة جسيمات البلازما على حافة التوكاماك، وجد الفريق أن المجال المغناطيسي يمكن أن يغير اتجاه وكثافة تدفق الحرارة لأن الإلكترونات والأيونات تتحرك حول خطوط المجال المغناطيسي. وعلى وجه الخصوص، يمتلك المجال المغناطيسي المركز (حيث تبلغ قيمته القصوى في المنطقة المركزية وتنخفض بسرعة في المنطقة البعيدة عن المركز) القدرة على تكوين مرايا مغناطيسية. تساعد هذه المرايا على الاحتفاظ بمعظم جسيمات البلازما أثناء مرورها، ولا تسمح إلا للجسيمات ذات السرعة الكافية للمرور عبر المرآة بالتحرك نحو الخارج. وبالتالي، ينخفض تدفق الجسيمات عالية الطاقة قبل اصطدامها بسطح المعدن.
في شرحها لاستخدام أسلاك التسخين في الدراسة، أوضحت المجموعة أن المجال المغناطيسي الناتج عن السلك يتناسب عكسيًا مع المسافة بينهما، فكلما كان السلك أبعد، قلّ المجال المغناطيسي. بمعنى آخر، يمكن للسلك أن يُنشئ مجالًا مغناطيسيًا مُركّزًا. يُمكن لاستخدام الأشعة الكهربائية تغيير بنية المجال المغناطيسي لنظام الجهاز، مما يؤثر على اتجاه تدفق الجسيمات. بعد بحث دقيق، خلصت المجموعة إلى أن التدفق الحراري العالي ينخفض بشكل ملحوظ على سطح المعدن عند استخدام الأشعة الكهربائية.
تستخدم مركبة كرو دراغون الفضائية مواد متطورة لحماية سطحها. الصورة: سبيس إكس.
تعتقد الدكتورة ترانج أن نتائج البحث تلعب دورًا هامًا، ويمكن أن تُصبح مرشحًا محتملًا في تقليل تدفق الجسيمات عالية الطاقة إلى الأسطح المعدنية، وبالتالي حماية أسطح الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية من تدفقات الأيونات والإلكترونات عالية الطاقة. وهي متفائلة بأن هذه الطريقة البحثية ستُطبّق عمليًا قريبًا. وقالت: "ستُواصل المجموعة دراسة جدوى الطريقة المقترحة عند تطبيقها".
يسعى العديد من العلماء جاهدين لتطوير مواد جديدة وحلول لحماية أسطح المركبات الفضائية والأقمار الصناعية. وقد استخدمت ناسا درعًا حراريًا مطليًا بمادة ألياف كربونية قابلة للتقشير لمنع احتراق المركبات الفضائية التي تحمل البشر إلى المريخ عند عودتها إلى الأرض.
في عام 2021، قام باحثون صينيون بتطوير نوع جديد من فيلم النانو المركب من البولي إيميد مزدوج الطبقة والذي يمكن استخدامه لحماية الأسطح الخارجية للمركبات الفضائية بشكل أكثر فعالية.
vnexpress.net
تعليق (0)