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 "نيتشر" من قِبل الدكتور ترانج، من معهد أبحاث وتطوير التكنولوجيا المتقدمة بجامعة دوي تان، وأساتذة من اليابان. وأوضح الباحثون أن خفض حرارة تدفق الإلكترونات والأيونات 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 المجالات المغناطيسية قادرة على تغيير اتجاه وكثافة تدفق الحرارة، وذلك بفضل حركة الإلكترونات والأيونات حول الخطوط المغناطيسية. وعلى وجه الخصوص، تتمتع المجالات المغناطيسية المركزة (وهي مجالات ذات شدة قصوى في المنطقة المركزية، وتتناقص بسرعة في المنطقة البعيدة عن المركز) بالقدرة على تكوين مرايا مغناطيسية. تساعد هذه المرايا على احتجاز معظم جسيمات البلازما أثناء مرورها، ولا تسمح إلا للجسيمات ذات السرعات الكبيرة بما يكفي للهروب من المرآة بالخروج منها. وبالتالي، ينخفض تدفق الجسيمات عالية الطاقة قبل اصطدامها بسطح المعدن.
في شرح استخدام سلك التسخين في الدراسة، أوضح الفريق أن المجال المغناطيسي الناتج عن السلك يتناسب عكسيًا مع المسافة إليه، 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، خلص الفريق 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 خيارًا مُحتملًا في تقليل تدفق الجسيمات عالية الطاقة إلى الأسطح المعدنية، وبالتالي حماية أسطح الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية من تدفقات الأيونات والإلكترونات عالية الطاقة. وتتوقع بتفاؤل أن تُطبّق هذه الطريقة البحثية عمليًا قريبًا. وقالت: "سيُواصل الفريق دراسة جدوى الطريقة المقترحة عند تطبيقها".
يسعى العديد من العلماء جاهدين لإيجاد مواد جديدة وحلول لحماية أسطح المركبات الفضائية والأقمار الصناعية. وعلى وجه الخصوص، استخدمت ناسا درعًا حراريًا مغطى بمادة ألياف الكربون، قابلًا 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)