แพทย์ชาวเวียดนามค้นพบวิธีลดความร้อนของวัสดุเพื่อปกป้องยานอวกาศ

ดร. เล ทิ กวีญ ตรัง และ นักวิทยาศาสตร์ ในญี่ปุ่นได้ค้นพบวิธีการที่จะช่วยลดการไหลของความร้อนบนวัสดุเพื่อช่วยปกป้องพื้นผิวของยานอวกาศและดาวเทียม

งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ใน วารสาร Nature โดย ดร. Trang จากสถาบันวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีขั้นสูง มหาวิทยาลัย Duy Tan และอาจารย์จากประเทศญี่ปุ่น นักวิจัยกล่าวว่าการลดความร้อนของฟลักซ์อิเล็กตรอนและไอออนเป็นหนึ่งในประเด็นสำคัญที่ช่วยปกป้องพื้นผิวของดาวเทียมและยานอวกาศ

ดร. ตรัง ให้สัมภาษณ์กับ VnExpress ว่า เมื่ออิเล็กตรอนและไอออนมีอุณหภูมิสูง พวกมันจะเคลื่อนที่และชนกับพื้นผิวโลหะได้ง่าย ส่งผลให้พื้นผิวโลหะถูกทำลายได้ ทีมวิจัยใช้สนามแม่เหล็กภายนอกที่สร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านลวดความร้อน แบบจำลองการไหลของพลาสมาซึ่งประกอบด้วยอิเล็กตรอนและไอออนในพื้นที่ขนาดเล็ก ถูกสร้างขึ้นโดยใช้มิติเชิงพื้นที่สองมิติและพิกัดความเร็วสามพิกัด เพื่อประเมินผลกระทบของลวดความร้อนต่ออนุภาคและฟลักซ์ความร้อน

การจำลองพลาสมาที่ถูกจำกัดด้วยสุญญากาศ ภาพ: ทีมวิจัย

ดร. ตรัง กล่าวว่า เมื่อจำลองการเคลื่อนที่ของอนุภาคพลาสมาที่ขอบของโทคาแมก ทีมวิจัยพบว่าสนามแม่เหล็กสามารถเปลี่ยนทิศทางและความเข้มของการไหลของความร้อนได้ เนื่องจากอิเล็กตรอนและไอออนเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ เส้นแม่เหล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มข้นสูง (สนามแม่เหล็กที่มีขนาดสูงสุดในบริเวณใจกลางและลดลงอย่างรวดเร็วในบริเวณที่อยู่ห่างจากจุดศูนย์กลาง) มีความสามารถในการสร้างกระจกแม่เหล็ก กระจกเหล่านี้ช่วยกักเก็บอนุภาคพลาสมาส่วนใหญ่ไว้ในขณะที่เคลื่อนที่ผ่าน และอนุญาตให้อนุภาคที่มีความเร็วสูงพอที่จะหลุดออกจากกระจกได้เท่านั้นที่จะเคลื่อนที่ออกไปด้านนอก ดังนั้น การไหลของอนุภาคพลังงานสูงจึงลดลงก่อนที่จะกระทบกับพื้นผิวโลหะ

คณะนักวิจัยได้อธิบายการใช้ลวดความร้อนในการศึกษานี้ว่า สนามแม่เหล็กที่เกิดจากลวดความร้อนจะแปรผกผันกับระยะห่างจากลวด ยิ่งลวดความร้อนอยู่ห่างมากเท่าใด สนามแม่เหล็กก็จะยิ่งเล็กลงเท่านั้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง ลวดความร้อนสามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มข้นสูงได้ การใช้รังสีไฟฟ้าสามารถเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของสนามแม่เหล็กในระบบอุปกรณ์ ซึ่งส่งผลต่อทิศทางการไหลของอนุภาค หลังจากการวิจัยอย่างละเอียดถี่ถ้วน คณะนักวิจัยสรุปว่าฟลักซ์ความร้อนสูงบนพื้นผิวโลหะจะลดลงอย่างมากเมื่อใช้รังสีไฟฟ้า

ยานอวกาศครูว์ดรากอนใช้วัสดุขั้นสูงเพื่อปกป้องพื้นผิว ภาพ: SpaceX

ดร. ตรัง เชื่อว่าผลการวิจัยมีบทบาทสำคัญและสามารถเป็นแนวทางที่มีศักยภาพในการลดการไหลของอนุภาคพลังงานสูงสู่พื้นผิวโลหะ จึงมีบทบาทในการป้องกันพื้นผิวของดาวเทียมและยานอวกาศจากการไหลของไอออนและอิเล็กตรอนพลังงานสูง เธอคาดการณ์ด้วยความหวังดีว่าวิธีการวิจัยนี้จะถูกนำไปประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติในเร็วๆ นี้ “คณะทำงานจะศึกษาความเป็นไปได้ของวิธีการที่เสนอนี้เพิ่มเติมเมื่อนำไปปฏิบัติจริง” ดร. ตรัง กล่าว

นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากกำลังศึกษาค้นคว้าหาวัสดุใหม่ๆ และโซลูชันการปกป้องพื้นผิวสำหรับยานอวกาศและดาวเทียม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง NASA ได้ใช้แผ่นป้องกันความร้อนที่หุ้มด้วยวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งสามารถลอกออกได้ เพื่อป้องกันไม่ให้ยานอวกาศที่บรรทุกมนุษย์ไปยังดาวอังคารเผาไหม้เมื่อเดินทางกลับมายังโลก

ในปี 2021 นักวิจัยชาวจีนได้พัฒนาฟิล์มนาโนคอมโพสิตโพลีอิไมด์แบบสองชั้นชนิดใหม่ซึ่งสามารถใช้ปกป้องพื้นผิวภายนอกของยานอวกาศได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

วีเอ็นเอ็กซ์เพรส.เน็ต