В'єтнамський доктор філософії прагне знизити температуру матеріалів для захисту космічних кораблів.

Доктор Ле Тхі Куїнь Транг та вчені з Японії відкрили метод зменшення теплового потоку через матеріали, що допомагає захистити поверхні космічних кораблів та супутників.

Дослідження було опубліковано в журналі Nature доктором Трангом з Інституту досліджень та розробок передових технологій Університету Дуй Тан разом із професорами з Японії. Дослідники вважають, що зменшення теплового потоку електронів та іонів є одним із важливих питань, що сприяють захисту поверхонь супутників та космічних апаратів.

В інтерв'ю VnExpress доктор Транг пояснив, що коли електрони та іони перебувають за високих температур, вони легко рухаються та стикаються з металевими поверхнями. В результаті металева поверхня може бути пошкоджена. Дослідницька група використовувала зовнішнє магнітне поле, створене струмом, що протікає через нагрівальний дріт. Модель плазмового потоку, що включає електрони та іони в невеликій області, була створена з використанням двох просторових вимірів та трьох координат швидкості, щоб визначити вплив нагрівального дроту на частинки та тепловий потік.

Моделювання плазми обмежене вакуумом. Зображення: Дослідницька група

Доктор Транг пояснив, що під час моделювання руху частинок плазми на краю токамака команда виявила, що магнітне поле може змінювати напрямок та інтенсивність теплового потоку, оскільки електрони та іони обертаються навколо ліній магнітного поля. Зокрема, концентроване магнітне поле (яке має максимальну величину в центрі та швидко зменшується від центру) може утворювати магнітні дзеркала. Ці дзеркала допомагають утримувати більшість частинок плазми, коли вони рухаються вздовж них, дозволяючи лише частинкам з достатньою швидкістю вирватися з дзеркала та рухатися назовні. Таким чином, потік високоенергетичних частинок зменшується до зіткнення з металевою поверхнею.

Пояснюючи використання нагрівального дроту у своєму дослідженні, команда заявила, що магнітне поле, що генерується провідником, обернено пропорційне відстані від дроту; чим далі від провідника, тим менше магнітне поле. Іншими словами, провідник може створювати концентроване магнітне поле. Використання електричних розрядів може змінити структуру магнітного поля системи, впливаючи на напрямок потоку частинок. Після ретельного дослідження команда дійшла висновку, що високий тепловий потік значно зменшується на поверхні металу при використанні електричних розрядів.

Космічний корабель Crew Dragon використовує передові матеріали для захисту своєї поверхні. Фото: SpaceX.

Доктор Транг вважає результати дослідження важливими та можуть стати потенційним кандидатом для зменшення потоку високоенергетичних частинок до металевих поверхонь, тим самим захищаючи поверхні супутників та космічних апаратів від потоків високоенергетичних іонів та електронів. Вона оптимістично прогнозує, що цей метод дослідження незабаром може бути застосований на практиці. «Команда додатково дослідить доцільність запропонованого нами методу під час його експериментального впровадження», – сказала доктор Транг.

Багато вчених проводять дослідження нових матеріалів та рішень для захисту поверхонь космічних апаратів і супутників. Наприклад, NASA колись використовувало самовідшаровувальний тепловий екран з вуглецевого волокна, щоб запобігти згорянню космічного корабля, який перевозив людей на Марс, після повернення на Землю.

У 2021 році китайські дослідники розробили новий тип двошарової поліімідної нанокомпозитної мембрани, яку можна використовувати для ефективнішого захисту зовнішніх поверхонь космічних кораблів.

vnexpress.net