Доктор Ле Тхи Куинь Транг и ученые из Японии нашли метод, позволяющий уменьшить тепловой поток на материалах для защиты поверхности космических аппаратов и спутников.
Работа была опубликована в журнале Nature доктором Трангом из Института передовых технологических исследований и разработок Университета Зуй Тан и профессорами из Японии. Исследователи установили, что снижение тепловыделения от электронных и ионных потоков является одной из важных задач, способствующих защите поверхности спутников и космических аппаратов.
В интервью VnExpress доктор Транг рассказал, что при высоких температурах электроны и ионы легко перемещаются и сталкиваются с поверхностью металла. В результате металлическая поверхность может быть разрушена. Исследовательская группа использовала внешнее магнитное поле, создаваемое электрическим током, протекающим через нагревательный провод. Модель потока плазмы, включающая электроны и ионы в небольшой области, была создана с использованием двух пространственных измерений и трёх координат скорости для определения влияния нагревательного провода на частицы и тепловой поток.
Моделирование плазмы, удерживаемой вакуумом. Фото: Исследовательская группа
Доктор Транг сообщил, что при моделировании движения частиц плазмы на краю токамака команда обнаружила, что магнитное поле может изменять направление и интенсивность теплового потока, поскольку электроны и ионы движутся вокруг линий магнитного поля. В частности, концентрированное магнитное поле (магнитное поле имеет максимальную величину в центральной области и быстро убывает в области, удаленной от центра) способно формировать магнитные зеркала. Эти зеркала помогают удерживать большую часть частиц плазмы при их движении поперек и позволяют выходить наружу только тем частицам, скорость которых достаточно велика для прохождения сквозь зеркало. Таким образом, поток высокоэнергетических частиц ослабевает перед тем, как они достигнут металлической поверхности.
Объясняя использование нагревательных проводов в исследовании, группа отметила, что магнитное поле, создаваемое проводом, обратно пропорционально расстоянию от провода: чем дальше провод, тем меньше магнитное поле. Другими словами, провод может создавать концентрированное магнитное поле. Использование электрических лучей может изменить структуру магнитного поля системы устройства, влияя на направление потока частиц. После тщательного исследования группа пришла к выводу, что при использовании электрических лучей высокий тепловой поток на поверхности металла значительно снижается.
Поверхность космического корабля Crew Dragon защищена передовыми материалами. Фото: SpaceX.
Доктор Транг считает, что результаты исследования играют важную роль и могут стать потенциальным кандидатом на снижение потока высокоэнергетических частиц к металлическим поверхностям, тем самым способствуя экранированию поверхности спутников и космических аппаратов от потоков высокоэнергетических ионов и электронов. Она с оптимизмом смотрит на то, что этот исследовательский метод вскоре будет применён на практике. «Группа продолжит изучение осуществимости предлагаемого метода после его практического применения», — сказала доктор Транг.
Многие учёные занимаются исследованиями новых материалов и решений по защите поверхности космических аппаратов и спутников. НАСА использовало теплозащитный экран, покрытый легко снимаемым углеродным волокном, чтобы предотвратить возгорание космических аппаратов, доставляющих людей на Марс, при возвращении на Землю.
В 2021 году китайские исследователи разработали новый тип двухслойной полиимидной нанокомпозитной пленки, которую можно использовать для более эффективной защиты внешних поверхностей космических аппаратов.
vnexpress.net
Комментарий (0)