Vietnamesischer Arzt findet Weg, Materialhitze zu reduzieren, um Raumfahrzeuge zu schützen

Dr. Le Thi Quynh Trang und Wissenschaftler in Japan haben eine Methode entwickelt, um den Wärmefluss auf Materialien zu reduzieren und so die Oberfläche von Raumfahrzeugen und Satelliten zu schützen.

Die Studie wurde in Nature von Dr. Trang vom Institut für fortgeschrittene Technologieforschung und -entwicklung der Duy Tan Universität und japanischen Professoren veröffentlicht. Die Forscher erklärten, dass die Reduzierung der Wärmeentwicklung durch Elektronen- und Ionenfluss ein wichtiger Aspekt sei, der zum Schutz der Oberfläche von Satelliten und Raumfahrzeugen beitrage.

Im Gespräch mit VnExpress erklärte Dr. Trang, dass sich Elektronen und Ionen bei hohen Temperaturen leicht bewegen und mit der Metalloberfläche kollidieren. Dadurch kann die Metalloberfläche zerstört werden. Das Forschungsteam nutzte ein externes Magnetfeld, das durch einen elektrischen Strom im Heizdraht erzeugt wurde. Mithilfe eines Plasmaströmungsmodells, das Elektronen und Ionen in einem kleinen Bereich berücksichtigt, wurde unter Verwendung zweier Raumdimensionen und dreier Geschwindigkeitskoordinaten ein Modell erstellt, um den Einfluss des Heizdrahts auf die Partikel und den Wärmefluss zu bestimmen.

Simulation eines im Vakuum eingeschlossenen Plasmas. Foto: Forschungsteam

Dr. Trang erklärte, dass das Team bei der Simulation der Bewegung von Plasmapartikeln am Rand des Tokamaks herausfand, dass Magnetfelder Richtung und Intensität des Wärmeflusses verändern können, da sich Elektronen und Ionen entlang der Magnetfeldlinien bewegen. Insbesondere konzentrierte Magnetfelder (Magnetfelder mit maximaler Stärke im Zentrum und rasch abnehmender Stärke in der Ferne) können magnetische Spiegel bilden. Diese Spiegel halten die meisten Plasmapartikel zurück und lassen nur Partikel mit ausreichend hoher Geschwindigkeit passieren. Dadurch wird der Fluss hochenergetischer Partikel reduziert, bevor diese auf die Metalloberfläche treffen.

Die Forschergruppe erklärte die Verwendung von Heizdraht in ihrer Studie damit, dass das von einem Draht erzeugte Magnetfeld umgekehrt proportional zum Abstand zum Draht ist: Je größer der Abstand, desto schwächer das Magnetfeld. Anders ausgedrückt: Der Draht kann ein konzentriertes Magnetfeld erzeugen. Durch den Einsatz elektrischer Strahlen lässt sich die Magnetfeldstruktur des Systems verändern und somit die Richtung des Partikelflusses beeinflussen. Nach eingehender Untersuchung kam die Gruppe zu dem Schluss, dass der hohe Wärmefluss auf der Metalloberfläche durch die Verwendung elektrischer Strahlen deutlich reduziert wird.

Das Raumschiff Crew Dragon verwendet fortschrittliche Materialien zum Schutz seiner Oberfläche. Foto: SpaceX.

Dr. Trang ist überzeugt, dass die Forschungsergebnisse eine wichtige Rolle spielen und ein vielversprechender Ansatz zur Reduzierung des Zuflusses hochenergetischer Teilchen auf Metalloberflächen sein können. Dadurch könnten sie dazu beitragen, die Oberfläche von Satelliten und Raumfahrzeugen vor hochenergetischen Ionen- und Elektronenströmen zu schützen. Sie geht optimistisch davon aus, dass diese Forschungsmethode bald praktische Anwendung finden wird. „Die Gruppe wird die Machbarkeit der vorgeschlagenen Methode in der Praxis weiter untersuchen“, so Dr. Trang.

Die Forschung nach neuen Materialien und Oberflächenschutzlösungen für Raumfahrzeuge und Satelliten wird von vielen Wissenschaftlern vorangetrieben. Die NASA nutzte beispielsweise einen mit Kohlenstofffasern beschichteten Hitzeschild, der sich ablösen lässt, um zu verhindern, dass bemannte Raumfahrzeuge beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre verglühen.

Im Jahr 2021 entwickelten chinesische Forscher eine neue Art von doppellagiger Polyimid-Nanokompositfolie, die zum effektiveren Schutz der Außenflächen von Raumfahrzeugen eingesetzt werden kann.

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