Dr Le Thi Quynh Trang i naukowcy z Japonii odkryli metodę ograniczania przepływu ciepła przez materiały, co pomaga chronić powierzchnie statków kosmicznych i satelitów.
Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature przez dr. Tranga z Instytutu Badań i Rozwoju Zaawansowanych Technologii Uniwersytetu Duy Tan oraz profesorów z Japonii. Naukowcy uważają, że redukcja strumienia cieplnego elektronów i jonów jest jednym z ważnych aspektów ochrony powierzchni satelitów i statków kosmicznych.
W rozmowie z VnExpress dr Trang wyjaśnił, że w wysokich temperaturach elektrony i jony łatwo się przemieszczają i zderzają z powierzchniami metalu. W rezultacie powierzchnia metalu może ulec uszkodzeniu. Zespół badawczy wykorzystał zewnętrzne pole magnetyczne, wytwarzane przez prąd 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 cieplny.
Symulacje plazmowe są ograniczone przez próżnię. Zdjęcie: Zespół badawczy
Dr Trang wyjaśnił, że symulując ruch cząstek plazmy na krawędzi tokamaka, zespół odkrył, że pole magnetyczne może zmieniać kierunek i natężenie strumienia ciepła, ponieważ elektrony i jony obracają się wokół linii pola magnetycznego. W szczególności skoncentrowane pole magnetyczne (o maksymalnej wartości w centrum i szybko malejącej od środka) może tworzyć zwierciadła magnetyczne. Zwierciadła te pomagają zatrzymywać większość cząstek plazmy podczas ich ruchu, pozwalając jedynie cząstkom o wystarczającej prędkości na ucieczkę z zwierciadła i ruch na zewnątrz. W związku z tym strumień cząstek o wysokiej energii ulega redukcji przed uderzeniem w powierzchnię metalu.
Wyjaśniając zastosowanie drutu grzejnego w swoich badaniach, zespół stwierdził, że pole magnetyczne generowane przez przewodnik jest odwrotnie proporcjonalne do odległości od drutu; im dalej od przewodnika, tym mniejsze pole magnetyczne. Innymi słowy, przewodnik może wytwarzać skoncentrowane pole magnetyczne. Wykorzystanie wyładowań elektrycznych może zmieniać strukturę pola magnetycznego układu, wpływając na kierunek przepływu cząstek. Po wnikliwych badaniach zespół doszedł do wniosku, że wysoki strumień ciepła na powierzchni metalu ulega znacznemu zmniejszeniu podczas stosowania wyładowań elektrycznych.
Statek kosmiczny Crew Dragon wykorzystuje zaawansowane materiały do ochrony swojej powierzchni. Zdjęcie: SpaceX.
Dr Trang uważa, że wyniki badań są istotne i mogą stać się potencjalnym kandydatem do ograniczenia przepływu cząstek wysokoenergetycznych do powierzchni metalowych, chroniąc w ten sposób powierzchnie satelitów i statków kosmicznych przed strumieniami jonów i elektronów o wysokiej energii. Z optymizmem przewiduje, że ta metoda badawcza wkrótce znajdzie zastosowanie w praktyce. „Zespół będzie dalej badał wykonalność naszej proponowanej metody podczas jej testowania” – powiedziała dr Trang.
Wielu naukowców prowadzi badania nad nowymi materiałami i rozwiązaniami ochrony powierzchni statków kosmicznych i satelitów. Na przykład, NASA zastosowała kiedyś samozłuszczającą się osłonę termiczną pokrytą włóknem węglowym, aby zapobiec spaleniu się statku kosmicznego przewożącego ludzi na Marsa po powrocie na Ziemię.
W 2021 roku chińscy naukowcy opracowali nowy typ dwuwarstwowej poliimidowej membrany nanokompozytowej, która może być wykorzystywana do skuteczniejszej ochrony zewnętrznych powierzchni statków kosmicznych.
vnexpress.net
Komentarz (0)