Ο Δρ. Le Thi Quynh Trang και επιστήμονες στην Ιαπωνία ανακάλυψαν μια μέθοδο για τη μείωση της ροής θερμότητας μέσω των υλικών, συμβάλλοντας στην προστασία των επιφανειών των διαστημοπλοίων και των δορυφόρων.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο Nature από τον Δρ. Trang από το Ινστιτούτο Έρευνας και Ανάπτυξης Προηγμένης Τεχνολογίας στο Πανεπιστήμιο Duy Tan και καθηγητές από την Ιαπωνία. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η μείωση της θερμικής ροής ηλεκτρονίων και ιόντων είναι ένα από τα σημαντικά ζητήματα που συμβάλλουν στην προστασία των επιφανειών των δορυφόρων και των διαστημικών σκαφών.
Μιλώντας στο VnExpress , ο Δρ. Trang εξήγησε ότι όταν τα ηλεκτρόνια και τα ιόντα βρίσκονται σε υψηλές θερμοκρασίες, κινούνται εύκολα και συγκρούονται με μεταλλικές επιφάνειες. Ως αποτέλεσμα, η μεταλλική επιφάνεια μπορεί να υποστεί ζημιά. Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, που δημιουργείται από το ρεύμα που ρέει μέσω του θερμαντικού σύρματος. Δημιουργήθηκε ένα μοντέλο ροής πλάσματος, που περιλαμβάνει ηλεκτρόνια και ιόντα σε μια μικρή περιοχή, χρησιμοποιώντας δύο χωρικές διαστάσεις και τρεις συντεταγμένες για την ταχύτητα, για να προσδιοριστεί η επίδραση του θερμαντικού σύρματος στα σωματίδια και τη θερμική ροή.
Οι προσομοιώσεις πλάσματος περιορίζονται από το κενό. Εικόνα: Ερευνητική ομάδα
Ο Δρ. Trang εξήγησε ότι κατά την προσομοίωση της κίνησης των σωματιδίων πλάσματος στην άκρη του tokamak, η ομάδα διαπίστωσε ότι το μαγνητικό πεδίο θα μπορούσε να αλλάξει την κατεύθυνση και την ένταση της ροής θερμότητας επειδή τα ηλεκτρόνια και τα ιόντα περιστρέφονται γύρω από τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου. Συγκεκριμένα, ένα συγκεντρωμένο μαγνητικό πεδίο (ένα με μέγιστο μέγεθος στο κέντρο και που μειώνεται γρήγορα μακριά από το κέντρο) μπορεί να σχηματίσει μαγνητικούς καθρέφτες. Αυτοί οι καθρέφτες βοηθούν στη συγκράτηση των περισσότερων σωματιδίων πλάσματος καθώς κινούνται διαμέσου αυτών, επιτρέποντας μόνο σε σωματίδια με επαρκή ταχύτητα να διαφύγουν από τον καθρέφτη και να κινηθούν προς τα έξω. Επομένως, η ροή σωματιδίων υψηλής ενέργειας μειώνεται πριν από την πρόσκρουση με την μεταλλική επιφάνεια.
Εξηγώντας τη χρήση ενός θερμαντικού σύρματος στην έρευνά τους, η ομάδα δήλωσε ότι το μαγνητικό πεδίο που παράγεται από έναν αγωγό είναι αντιστρόφως ανάλογο με την απόσταση από το σύρμα. Όσο πιο μακριά από τον αγωγό, τόσο μικρότερο είναι το μαγνητικό πεδίο. Με άλλα λόγια, ο αγωγός μπορεί να δημιουργήσει ένα συγκεντρωμένο μαγνητικό πεδίο. Η χρήση ηλεκτρικών εκκενώσεων μπορεί να αλλάξει τη δομή του μαγνητικού πεδίου του συστήματος, επηρεάζοντας την κατεύθυνση της ροής των σωματιδίων. Μετά από προσεκτική μελέτη, η ομάδα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η υψηλή ροή θερμότητας μειώνεται σημαντικά στην μεταλλική επιφάνεια κατά τη χρήση ηλεκτρικών εκκενώσεων.
Το διαστημόπλοιο Crew Dragon χρησιμοποιεί προηγμένα υλικά για την προστασία της επιφάνειάς του. Φωτογραφία: SpaceX.
Η Δρ. Τρανγκ πιστεύει ότι τα αποτελέσματα της έρευνας είναι σημαντικά και θα μπορούσαν να αποτελέσουν πιθανό υποψήφιο για τη μείωση της ροής σωματιδίων υψηλής ενέργειας σε μεταλλικές επιφάνειες, προστατεύοντας έτσι τις επιφάνειες των δορυφόρων και των διαστημικών σκαφών από ρεύματα ιόντων και ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας. Προβλέπει με αισιοδοξία ότι αυτή η ερευνητική μέθοδος θα μπορούσε σύντομα να εφαρμοστεί στην πράξη. «Η ομάδα θα διερευνήσει περαιτέρω τη σκοπιμότητα της προτεινόμενης μεθόδου μας όταν την θέσουμε σε πειραματισμό», δήλωσε η Δρ. Τρανγκ.
Πολλοί επιστήμονες ασχολούνται με την έρευνα για νέα υλικά και λύσεις επιφανειακής προστασίας για διαστημόπλοια και δορυφόρους. Για παράδειγμα, η NASA κάποτε χρησιμοποίησε μια αυτοαποφλοιούμενη θερμική ασπίδα με επικάλυψη από ανθρακονήματα για να αποτρέψει την καύση ενός διαστημόπλοιου που μετέφερε ανθρώπους στον Άρη κατά την επιστροφή του στη Γη.
Το 2021, Κινέζοι ερευνητές ανέπτυξαν έναν νέο τύπο μεμβράνης νανοσύνθετου πολυϊμιδίου δύο στρώσεων που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την αποτελεσματικότερη προστασία των εξωτερικών επιφανειών των διαστημικών σκαφών.
vnexpress.net
Σχόλιο (0)