يسعى باحث فيتنامي حاصل على درجة الدكتوراه إلى خفض درجة حرارة المواد لحماية المركبات الفضائية.

اكتشفت الدكتورة لي ثي كوين ترانغ وعلماء في اليابان طريقة لتقليل تدفق الحرارة عبر المواد، مما يساعد على حماية أسطح المركبات الفضائية والأقمار الصناعية.

نُشرت الدراسة في مجلة Nature من قِبل الدكتورة ترانغ من معهد أبحاث وتطوير التقنيات المتقدمة بجامعة دوي تان، بالتعاون مع أساتذة من اليابان. ويعتقد الباحثون أن خفض التدفق الحراري للإلكترونات والأيونات يُعدّ من أهم العوامل المساهمة في حماية أسطح الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية.

في حديثها مع صحيفة VnExpress ، أوضحت الدكتورة ترانغ أنه عندما تكون الإلكترونات والأيونات في درجات حرارة عالية، فإنها تتحرك بسهولة وتصطدم بالأسطح المعدنية، مما قد يؤدي إلى تلفها. استخدم فريق البحث مجالًا مغناطيسيًا خارجيًا، ناتجًا عن التيار المتدفق عبر سلك التسخين. تم إنشاء نموذج لتدفق البلازما، يتألف من الإلكترونات والأيونات في منطقة صغيرة، باستخدام بُعدين مكانيين وثلاثة إحداثيات للسرعة، وذلك لتحديد تأثير سلك التسخين على الجسيمات والتدفق الحراري.

تُحدّ عمليات محاكاة البلازما بوجود فراغ. الصورة: فريق البحث

أوضح الدكتور ترانغ أنه عند محاكاة حركة جسيمات البلازما على حافة جهاز التوكاماك، وجد الفريق أن المجال المغناطيسي قادر على تغيير اتجاه وشدة تدفق الحرارة، وذلك لأن الإلكترونات والأيونات تدور حول خطوط المجال المغناطيسي. وعلى وجه الخصوص، يمكن للمجال المغناطيسي المركز (ذي الشدة القصوى في المركز والذي يتناقص بسرعة كلما ابتعدنا عنه) أن يُشكّل مرايا مغناطيسية. تُساعد هذه المرايا على احتجاز معظم جسيمات البلازما أثناء مرورها عبرها، ولا تسمح إلا للجسيمات ذات السرعة الكافية بالخروج من المرآة والتحرك للخارج. وبالتالي، ينخفض ​​تدفق الجسيمات عالية الطاقة قبل اصطدامها بالسطح المعدني.

أوضح الفريق، في معرض شرحه لاستخدام سلك التسخين في بحثهم، أن المجال المغناطيسي الناتج عن موصل يتناسب عكسيًا مع المسافة من السلك؛ فكلما ابتعدنا عن الموصل، قلّ المجال المغناطيسي. بعبارة أخرى، يمكن للموصل توليد مجال مغناطيسي مركّز. ويمكن استخدام التفريغ الكهربائي لتغيير بنية المجال المغناطيسي للنظام، مما يؤثر على اتجاه تدفق الجسيمات. وبعد دراسة متأنية، خلص الفريق إلى أن التدفق الحراري العالي ينخفض ​​بشكل ملحوظ على سطح المعدن عند استخدام التفريغ الكهربائي.

تستخدم مركبة كرو دراغون الفضائية مواد متطورة لحماية سطحها. الصورة: سبيس إكس.

ترى الدكتورة ترانغ أن نتائج البحث مهمة، وقد تُصبح مرشحًا محتملاً للحد من تدفق الجسيمات عالية الطاقة إلى الأسطح المعدنية، وبالتالي حماية أسطح الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية من تيارات الأيونات والإلكترونات عالية الطاقة. وتتوقع بتفاؤل أن تُطبّق هذه الطريقة البحثية عمليًا قريبًا. وقالت الدكتورة ترانغ: "سيُجري الفريق مزيدًا من البحث حول جدوى طريقتنا المقترحة عند تطبيقها تجريبيًا".

يُجري العديد من العلماء أبحاثاً حول مواد جديدة وحلول لحماية أسطح المركبات الفضائية والأقمار الصناعية. فعلى سبيل المثال، استخدمت وكالة ناسا سابقاً درعاً حرارياً ذاتي التقشير مغطى بألياف الكربون لمنع احتراق مركبة فضائية كانت تقلّ رواد فضاء إلى المريخ عند عودتها إلى الأرض.

في عام 2021، طور باحثون صينيون نوعًا جديدًا من أغشية البوليميد النانوية المركبة ذات الطبقتين والتي يمكن استخدامها لحماية الأسطح الخارجية للمركبات الفضائية بشكل أكثر فعالية.

vnexpress.net