Dr. Le Thi Quynh Trang und Wissenschaftler in Japan haben eine Methode gefunden, um den Wärmefluss auf Materialien zu reduzieren und so die Oberfläche von Raumfahrzeugen und Satelliten zu schützen.
Die Arbeit wurde von Dr. Trang vom Institut für Forschung und Entwicklung im Bereich fortgeschrittener Technologien der Duy Tan Universität und Professoren aus Japan in Nature veröffentlicht. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass die Reduzierung der Wärmeentwicklung durch Elektronen- und Ionenströme ein wichtiges Thema ist und zum Schutz der Oberfläche von Satelliten und Raumfahrzeugen beiträgt.
Im Gespräch mit VnExpress erklärte Dr. Trang, dass sich Elektronen und Ionen bei hohen Temperaturen leicht bewegen und mit der Metalloberfläche kollidieren. Dadurch könne die Metalloberfläche zerstört werden. Das Forschungsteam nutzte ein externes Magnetfeld, das durch einen elektrischen Strom durch den Heizdraht erzeugt wurde. Ein Plasmaströmungsmodell, das Elektronen und Ionen in einem kleinen Bereich umfasst, wurde mit zwei räumlichen Dimensionen und drei Geschwindigkeitskoordinaten erstellt, um den Einfluss des Heizdrahts auf Partikel und Wärmestrom zu bestimmen.
Simulation eines im Vakuum eingeschlossenen Plasmas. Foto: Forschungsteam
Dr. Trang sagte, das Team habe bei der Simulation der Bewegung von Plasmapartikeln am Rand des Tokamaks festgestellt, dass das Magnetfeld die Richtung und Intensität des Wärmeflusses verändern kann, da sich Elektronen und Ionen entlang der Magnetfeldlinien bewegen. Insbesondere das konzentrierte Magnetfeld (es hat im Zentrum seine maximale Stärke und nimmt im entfernteren Bereich rapide ab) kann magnetische Spiegel bilden. Diese Spiegel halten die meisten Plasmapartikel auf ihrem Weg zurück und lassen nur Partikel mit einer ausreichenden Geschwindigkeit durch den Spiegel nach außen gelangen. Dadurch wird der Strom energiereicher Partikel reduziert, bevor sie auf die Metalloberfläche treffen.
Zur Verwendung von Heizdrähten in der Studie erklärte die Gruppe, dass das von einem Draht erzeugte Magnetfeld umgekehrt proportional zur Entfernung vom Draht sei. Je weiter der Draht entfernt sei, desto kleiner sei das Magnetfeld. Anders ausgedrückt: Der Draht könne ein konzentriertes Magnetfeld erzeugen. Der Einsatz von elektrischen Strahlen könne die Magnetfeldstruktur des Gerätesystems verändern und so die Richtung des Partikelflusses beeinflussen. Nach sorgfältiger Untersuchung kam die Gruppe zu dem Schluss, dass der hohe Wärmefluss auf der Metalloberfläche durch den Einsatz von elektrischen Strahlen deutlich reduziert werde.
Die Oberfläche des Raumschiffs Crew Dragon wird durch modernste Materialien geschützt. Foto: SpaceX.
Dr. Trang ist überzeugt, dass die Forschungsergebnisse eine wichtige Rolle spielen und ein potenzieller Kandidat für die Reduzierung des Stroms hochenergetischer Teilchen auf Metalloberflächen sein könnten. Dadurch könnten sie die Oberfläche von Satelliten und Raumfahrzeugen vor hochenergetischen Ionen- und Elektronenströmen schützen. Sie ist optimistisch, dass diese Forschungsmethode bald in der Praxis Anwendung finden wird. „Die Gruppe wird die Durchführbarkeit der vorgeschlagenen Methode bei der Umsetzung weiter untersuchen“, sagte Dr. Trang.
Viele Wissenschaftler forschen an neuen Materialien und Oberflächenschutzlösungen für Raumfahrzeuge und Satelliten. Die NASA hat einen mit abziehbarem Kohlefasermaterial beschichteten Hitzeschild eingesetzt, um zu verhindern, dass Raumfahrzeuge, die Menschen zum Mars transportieren, bei der Rückkehr zur Erde verbrennen.
Im Jahr 2021 entwickelten chinesische Forscher einen neuen Typ doppelschichtiger Polyimid-Nanokompositfolie, mit der die Außenflächen von Raumfahrzeugen wirksamer geschützt werden können.
vnexpress.net
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