Wietnamski lekarz znalazł sposób na redukcję ciepła materiału, aby chronić statek kosmiczny

Dr Le Thi Quynh Trang i naukowcy z Japonii znaleźli metodę, która pomaga ograniczyć przepływ ciepła przez materiały, co pomaga chronić powierzchnię statków kosmicznych i satelitów.

Praca została opublikowana w czasopiśmie Nature przez dr. Tranga z Instytutu Badań i Rozwoju Zaawansowanych Technologii Uniwersytetu Duy Tan oraz profesorów z Japonii. Naukowcy stwierdzili, że redukcja ciepła strumienia elektronów i jonów jest jednym z ważnych zagadnień, przyczyniającym się do ochrony powierzchni satelitów i statków kosmicznych.

W rozmowie z VnExpress dr Trang powiedział, że elektrony i jony w wysokich temperaturach łatwo się przemieszczają i zderzają z powierzchnią metalu. W rezultacie powierzchnia metalu może ulec zniszczeniu. Zespół badawczy wykorzystał zewnętrzne pole magnetyczne, wytworzone przez prąd elektryczny przepływający przez drut grzejny. Model przepływu plazmy, obejmujący elektrony i jony w małym obszarze, został opracowany z wykorzystaniem dwóch wymiarów przestrzennych i trzech współrzędnych prędkości, aby określić wpływ drutu grzejnego na cząstki i strumień ciepła.

Symulacja plazmy uwięzionej w próżni. Zdjęcie: Zespół badawczy

Dr Trang powiedział, że symulując ruch cząstek plazmy na krawędzi tokamaka, zespół odkrył, że pola magnetyczne mogą zmieniać kierunek i natężenie przepływu ciepła, ponieważ elektrony i jony poruszają się po liniach magnetycznych. W szczególności skoncentrowane pola magnetyczne (pola magnetyczne o maksymalnej amplitudzie w obszarze centralnym i szybko malejące w obszarze oddalonym od środka) mają zdolność tworzenia zwierciadeł magnetycznych. Zwierciadła te pomagają zatrzymywać większość cząstek plazmy podczas ich ruchu i pozwalają na wydostanie się na zewnątrz tylko tym cząsteczkom, których prędkość jest wystarczająco duża, aby uciec z zwierciadła. W związku z tym przepływ cząstek o wysokiej energii ulega zmniejszeniu przed uderzeniem w powierzchnię metalu.

Wyjaśniając zastosowanie drutu grzejnego w badaniu, grupa stwierdziła, że ​​pole magnetyczne wytwarzane przez drut jest odwrotnie proporcjonalne do odległości od drutu – im dalej drut się znajduje, tym mniejsze jest pole magnetyczne. Innymi słowy, drut może wytwarzać skoncentrowane pole magnetyczne. Użycie promieni elektrycznych może zmienić strukturę pola magnetycznego układu urządzenia, wpływając na kierunek przepływu cząstek. Po dokładnych badaniach grupa doszła do wniosku, że wysoki strumień ciepła na powierzchni metalu ulega znacznemu zmniejszeniu podczas stosowania promieni elektrycznych.

Statek kosmiczny Crew Dragon wykorzystuje zaawansowane materiały do ​​ochrony swojej powierzchni. Zdjęcie: SpaceX.

Dr Trang uważa, że ​​wyniki badań odgrywają istotną rolę i mogą stać się potencjalnym kandydatem do ograniczenia przepływu cząstek wysokoenergetycznych do powierzchni metalowych, a tym samym do ochrony powierzchni satelitów i statków kosmicznych przed przepływami jonów i elektronów o wysokiej energii. Z optymizmem przewiduje, że ta metoda badawcza wkrótce znajdzie zastosowanie w praktyce. „Grupa będzie dalej badać wykonalność proponowanej metody podczas jej praktycznego zastosowania” – powiedziała dr Trang.

Wielu naukowców prowadzi badania nad nowymi materiałami i rozwiązaniami w zakresie ochrony powierzchni statków kosmicznych i satelitów. W szczególności NASA zastosowała osłonę termiczną pokrytą materiałem z włókna węglowego, który można zdemontować, aby zapobiec spaleniu się statków kosmicznych przewożących ludzi na Marsa podczas powrotu na Ziemię.

W 2021 roku chińscy naukowcy opracowali nowy rodzaj dwuwarstwowej folii nanokompozytowej z poliimidu, która może być wykorzystywana do skuteczniejszej ochrony zewnętrznych powierzchni statków kosmicznych.

vnexpress.net