レ・ティ・クイン・トラン博士と日本の科学者たちは、宇宙船や衛星の表面を保護するために材料の熱流を減らす方法を発見した。
この研究は、ドゥイタン大学先端技術研究開発研究所のトラン博士と日本の教授陣によってネイチャー誌に掲載されました。研究者たちは、電子およびイオンフラックスの熱を低減することが重要な課題の一つであり、衛星や宇宙船の表面保護に貢献すると判断しました。
VnExpressの取材に対し、トラン博士は、電子とイオンは高温になると容易に移動して金属表面に衝突し、その結果、金属表面が破壊される可能性があると述べた。研究チームは、電熱線を流れる電流によって発生する外部磁場を利用した。2次元の空間と3つの速度座標を用いて、小さな領域における電子とイオンを含むプラズマ流モデルを構築し、電熱線が粒子と熱流束に与える影響を調べた。
真空に閉じ込められたプラズマのシミュレーション。写真：研究チーム
トラン博士によると、トカマクの縁部におけるプラズマ粒子の運動をシミュレーションした結果、電子とイオンが磁力線の周りを運動するため、磁場によって熱流の方向と強度が変化することが分かったという。特に、集中磁場（中心領域で磁場が最大強度となり、中心から離れた領域では急激に減少する）は、磁気ミラーを形成する能力を持つ。これらのミラーは、移動するプラズマ粒子の大部分を保持し、ミラーを通過するのに十分な速度を持つ粒子のみを外側へ移動させる。そのため、高エネルギー粒子の流れは金属表面に衝突する前に減少する。
研究チームは、本研究における電熱線の使用について、電熱線によって生成される磁場は電熱線からの距離に反比例し、電熱線からの距離が遠いほど磁場は小さくなると説明した。つまり、電熱線は集中した磁場を生成できる。電熱線を用いることで、装置システムの磁場構造を変化させ、粒子の流れの方向に影響を与えることができる。綿密な研究の結果、研究チームは電熱線を用いることで金属表面における高熱流束が大幅に減少することを結論付けた。
クルードラゴン宇宙船は表面を保護するために先進的な素材を使用している。写真：SpaceX。
トラン博士は、この研究成果が重要な役割を果たし、金属表面への高エネルギー粒子の流れを低減し、ひいては衛星や宇宙船の表面を高エネルギーイオンや電子の流れから遮蔽する役割を果たす可能性のある候補となると考えています。彼女は、この研究方法がまもなく実用化されることに楽観的です。「研究グループは、提案された方法を実用化する際に、その実現可能性をさらに検討します」とトラン博士は述べています。
多くの科学者が、宇宙船や衛星のための新しい素材や表面保護ソリューションの研究に取り組んでいます。NASAは、火星へ人類を運ぶ宇宙船が地球への帰還時に燃え尽きるのを防ぐため、剥離可能な炭素繊維素材でコーティングされた熱シールドを使用しています。
2021年、中国の研究者らは、宇宙船の外面をより効果的に保護するために使用できる新しいタイプの二重層ポリイミドナノ複合フィルムを開発した。
vnexpress.net
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