Вьетнамский врач нашел способ снизить тепловыделение материала для защиты космического корабля

Доктор Ле Тхи Куинь Транг и ученые из Японии нашли метод, позволяющий уменьшить тепловой поток на материалах, чтобы защитить поверхность космических аппаратов и спутников.

Работа была опубликована в журнале Nature доктором Трангом, Институтом передовых технологических исследований и разработок, Университетом Дуй Тан и профессорами из Японии. Исследователи определили, что снижение тепла электронного и ионного потока является одним из важных вопросов, способствующих защите поверхности спутников и космических аппаратов.

В беседе с VnExpress доктор Транг сказал, что когда электроны и ионы находятся при высоких температурах, они легко перемещаются и сталкиваются с поверхностью металла. В результате поверхность металла может быть разрушена. Исследовательская группа использовала внешнее магнитное поле, созданное электрическим током через нагревательную проволоку. Модель потока плазмы, включающая электроны и ионы в небольшой области, была создана с использованием двух пространственных измерений и трех координат для скорости, чтобы определить воздействие нагревательной проволоки на частицы и тепловой поток.

Моделирование плазмы, удерживаемой вакуумом. Фото: Исследовательская группа

Доктор Транг сказал, что при моделировании движения плазменных частиц 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 уменьшается в области, удаленной от центра) имеет способность образовывать магнитные зеркала. Эти зеркала помогают удерживать большую часть плазменных частиц по мере их перемещения и позволяют только частицам со скоростью, достаточно большой для прохождения через зеркало, двигаться наружу. Таким образом, поток высокоэнергетических частиц уменьшается перед ударом о металлическую поверхность.

Объясняя использование нагревательных проводов в исследовании, группа заявила, 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 на поверхности металла значительно снижается высокий тепловой поток.

Космический корабль Crew Dragon использует передовые материалы для защиты своей поверхности. Фото: SpaceX.

Доктор Транг считает, что результаты исследования играют важную роль и могут стать потенциальным кандидатом на снижение потока высокоэнергетических частиц на металлические поверхности, тем самым играя роль в экранировании поверхности спутников и космических аппаратов от высокоэнергетических ионных и электронных потоков. Она оптимистично настроена, что этот метод исследования вскоре будет применен на практике. «Группа продолжит изучение осуществимости предлагаемого метода при его практическом применении», — сказала доктор Транг.

Многие ученые занимаются исследованиями новых материалов и решений по защите поверхности космических аппаратов и спутников. NASA использовало тепловой экран, покрытый отслаивающимся углеродным волокном, чтобы предотвратить возгорание космических аппаратов, перевозящих 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