דוקטור וייטנאמי מבקש להפחית את טמפרטורת החומר כדי להגן על חלליות.

ד"ר לה טי קווין טראנג ומדענים ביפן גילו שיטה להפחתת זרימת חום דרך חומרים, ובכך מסייעים בהגנה על פני השטח של חלליות ולוויינים.

המחקר פורסם בכתב העת Nature על ידי ד"ר טראנג מהמכון למחקר ופיתוח טכנולוגי מתקדם באוניברסיטת דוי טאן ופרופסורים מיפן. החוקרים מאמינים כי הפחתת שטף התרמי של אלקטרונים ויונים היא אחת הסוגיות החשובות התורמות להגנה על משטחי לוויינים וחלליות.

בשיחה עם VnExpress , ד"ר טראנג הסביר שכאשר אלקטרונים ויונים נמצאים בטמפרטורות גבוהות, הם נעים בקלות ומתנגשים במשטחי מתכת. כתוצאה מכך, פני המתכת עלולים להינזק. צוות המחקר השתמש בשדה מגנטי חיצוני, שנוצר על ידי הזרם הזורם 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 החלקיקים ועל השטף התרמי.

סימולציות פלזמה מוגבלות על ידי ואקום. תמונה: צוות המחקר

ד"ר טראנג הסביר כי בעת הדמיה של תנועת חלקיקי פלזמה בקצה הטוקאמאק, הצוות גילה שהשדה המגנטי יכול לשנות את כיוון ועוצמת שטף החום מכיוון שאלקטרונים ויונים מסתובבים סביב קווי השדה המגנטי. בפרט, שדה מגנטי מרוכז (שדה בעל עוצמה מקסימלית במרכז ויורד במהירות הרחק מהמרכז) יכול ליצור מראות מגנטיות. מראות אלו עוזרות לשמור על רוב חלקיקי הפלזמה כשהם נעים על פניהן, ומאפשרות רק לחלקיקים בעלי מהירות מספקת להימלט מהמראה ולנוע החוצה. לכן, שטף החלקיקים בעל האנרגיה הגבוהה מצטמצם לפני הפגיעה במשטח המתכת.

בהסבר השימוש בחוט חימום במחקרם, קבע הצוות כי השדה המגנטי הנוצר על ידי מוליך הוא ביחס הפוך למרחק מהחוט; ככל שהמוליך רחוק יותר, כך השדה המגנטי קטן יותר. במילים אחרות, המוליך יכול ליצור שדה מגנטי מרוכז. שימוש בפריקות חשמליות יכול לשנות את מבנה השדה המגנטי של המערכת, ולהשפיע על כיוון זרימת החלקיקים. לאחר מחקר מדוקדק, הצוות הגיע למסקנה כי שטף חום גבוה מצטמצם משמעותית על פני המתכת בעת שימוש בפריקות חשמליות.

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

ד"ר טראנג מאמינה שתוצאות המחקר חשובות ויכולות להפוך למועמד פוטנציאלי להפחתת זרימת חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה למשטחי מתכת, ובכך להגן על משטחי לוויינים וחלליות מפני זרמי יונים ואלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה. היא צופה באופטימיות ששיטת מחקר זו תוכל להיות מיושמת בקרוב בפועל. "הצוות ימשיך לחקור את היתכנות השיטה המוצעת שלנו בעת ביצוע ניסויים", אמרה ד"ר טראנג.

מדענים רבים מנהלים מחקר על חומרים חדשים ופתרונות להגנה על פני השטח עבור חלליות ולוויינים. לדוגמה, נאס"א השתמשה פעם במגן חום מצופה סיבי פחמן מתקלף מעצמו כדי למנוע מחללית שנשאה בני אדם למאדים להישרף עם שובה לכדור הארץ.

בשנת 2021, חוקרים סינים פיתחו סוג חדש של ממברנת ננו-קומפוזיט דו-שכבתית מפוליאימיד שניתן להשתמש בה להגנה יעילה יותר על המשטחים החיצוניים של חלליות.

vnexpress.net