רופא וייטנאמי מצא דרך להפחית את חום החומר כדי להגן על חלליות

ד"ר לה טי קווין טראנג ומדענים ביפן מצאו שיטה שתסייע בהפחתת זרימת החום על חומרים כדי לסייע בהגנה על פני השטח של חלליות ולוויינים.

העבודה פורסמה בכתב העת Nature על ידי ד"ר טראנג, מהמכון למחקר ופיתוח טכנולוגי מתקדם באוניברסיטת דוי טאן, ופרופסורים מיפן. החוקרים קבעו כי הפחתת החום של שטף אלקטרונים ויונים היא אחת הסוגיות החשובות, התורמת להגנה על פני השטח של לוויינים וחלליות.

בשיחה עם VnExpress , אמר ד"ר טראנג שכאשר אלקטרונים ויונים נמצאים בטמפרטורות גבוהות, הם נעים בקלות ומתנגשים במשטח המתכת. כתוצאה מכך, משטח המתכת עלול להיהרס. צוות המחקר השתמש בשדה מגנטי חיצוני, שנוצר על ידי זרם חשמלי דרך חוט החימום. מודל זרימת פלזמה, הכולל אלקטרונים ויונים באזור קטן, נוצר באמצעות שני ממדים מרחביים ושלוש קואורדינטות למהירות כדי לקבוע את השפעת חוט החימום על חלקיקים ושטף חום.

סימולציה של פלזמה כלואה על ידי ואקום. צילום: צוות מחקר

ד"ר טראנג אמר שכאשר הדמייתם את תנועת חלקיקי הפלזמה בקצה הטוקאמאק, הצוות גילה שהשדה המגנטי יכול לשנות את כיוון ועוצמת זרימת החום מכיוון שהאלקטרונים והיונים נעים סביב קווי השדה המגנטי. בפרט, לשדה המגנטי המרוכז (השדה המגנטי בעל גודל מקסימלי באזור המרכזי ויורד במהירות באזור הרחוק מהמרכז) יש את היכולת ליצור מראות מגנטיות. מראות אלו עוזרות לשמור על רוב חלקיקי הפלזמה כשהם נעים לרוחב המראה ומאפשרות רק לחלקיקים בעלי מהירות גדולה מספיק כדי לעבור דרך המראה לנוע החוצה. לכן, זרימת החלקיקים בעלי האנרגיה הגבוהה מצטמצמת לפני שהם פוגעים במשטח המתכת.

בהסבר השימוש בחוטי חימום במחקר, אמרה הקבוצה כי השדה המגנטי שנוצר על ידי חוט הוא ביחס הפוך למרחק מהחוט, ככל שהחוט רחוק יותר, כך השדה המגנטי קטן יותר. במילים אחרות, החוט יכול ליצור שדה מגנטי מרוכז. שימוש בקרניים חשמליות יכול לשנות את מבנה השדה המגנטי של מערכת המכשיר, ולהשפיע על כיוון זרימת החלקיקים. לאחר מחקר מדוקדק, הקבוצה הגיעה למסקנה כי שטף חום גבוה מופחת משמעותית על פני המתכת בעת שימוש בקרניים חשמליות.

חללית Crew Dragon משתמשת בחומרים מתקדמים כדי להגן על פני השטח שלה. צילום: SpaceX.

ד"ר טראנג מאמינה כי תוצאות המחקר ממלאות תפקיד חשוב ויכולות להפוך למועמד פוטנציאלי בהפחתת זרימת חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה למשטחי מתכת, ובכך למלא תפקיד בהגנה על פני השטח של לוויינים וחלליות מפני זרימת יונים ואלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה. היא אופטימית ששיטת מחקר זו תיושם בקרוב בפועל. "הקבוצה תמשיך לחקור את היתכנות השיטה המוצעת בעת יישומה הלכה למעשה", אמרה ד"ר טראנג.

מדענים רבים חוקרים חומרים חדשים ופתרונות להגנה על פני השטח עבור חלליות ולוויינים. נאס"א השתמשה במגן חום מצופה בחומר סיבי פחמן מתקלף כדי למנוע מחלליות הנושאות בני אדם למאדים להישרף בעת חזרתן לכדור הארץ.

בשנת 2021, חוקרים סינים פיתחו סוג חדש של סרט ננו-קומפוזיט דו-שכבתי מפוליאימיד, שניתן להשתמש בו כדי להגן בצורה יעילה יותר על המשטחים החיצוניים של חלליות.

vnexpress.net