طبيب فيتنامي يتوصل إلى طريقة لتقليل حرارة المواد لحماية المركبات الفضائية

توصلت الدكتورة لي ثي كوينه ترانج وعلماء في اليابان إلى طريقة تساعد على تقليل تدفق الحرارة على المواد للمساعدة في حماية سطح المركبات الفضائية والأقمار الصناعية.

تم نشر العمل في مجلة Nature بواسطة الدكتور ترانج، ومعهد أبحاث وتطوير التكنولوجيا العالية، بجامعة دوي تان، وأساتذة من اليابان. يعتقد الباحثون أن تقليل حرارة تدفق الإلكترونات والأيونات يعد من القضايا المهمة التي تساهم في حماية أسطح الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية.

وفي حديثه لموقع VnExpress ، قال الدكتور ترانج إنه عندما تكون الإلكترونات والأيونات في درجات حرارة عالية، فإنها تتحرك بسهولة وتتصادم مع الأسطح المعدنية. نتيجة لذلك، قد يتم تدمير سطح المعدن. استخدم الفريق مجالًا مغناطيسيًا خارجيًا، تم إنشاؤه بواسطة تيار كهربائي يمر عبر سلك تسخين. يتم إنشاء نموذج تدفق البلازما، المكون من الإلكترونات والأيونات في منطقة صغيرة، باستخدام بعدين مكانيين وثلاثة إحداثيات للسرعة لتحديد تأثير الخيط على الجسيمات وتدفق الحرارة.

تقتصر محاكاة البلازما على الفراغ. الصورة: فريق البحث

وقال الدكتور ترانج إنه عند محاكاة حركة جسيمات البلازما على حافة التوكاماك، وجدت المجموعة أن المجال المغناطيسي يمكن أن يغير اتجاه وشدة تدفق الحرارة لأن الإلكترونات والأيونات تتحرك حول خطوط المجال المغناطيسي. وعلى وجه الخصوص، تتمتع المجالات المغناطيسية المركزة (الحقول المغناطيسية ذات القيمة القصوى في المنطقة المركزية والتي تتناقص بسرعة في المناطق البعيدة عن المركز) بالقدرة على تكوين مرايا مغناطيسية. تساعد هذه المرايا على الاحتفاظ بمعظم جزيئات البلازما أثناء مرورها ولا تسمح إلا للجسيمات ذات السرعات العالية بما يكفي للمرور عبر المرايا بالتحرك إلى الخارج. وبهذه الطريقة يتم تقليل تدفق الجزيئات ذات الطاقة العالية قبل اصطدامها بسطح المعدن.

وفي شرح استخدام سلك التسخين في الدراسة، قالت المجموعة إن المجال المغناطيسي الناتج عن السلك يتناسب عكسياً مع المسافة من السلك؛ كلما ابتعدنا عن السلك، كان المجال المغناطيسي أصغر. وبعبارة أخرى، يمكن للسلك توليد مجال مغناطيسي مركّز. يمكن أن يؤدي استخدام الأشعة الكهربائية إلى تغيير بنية المجال المغناطيسي لنظام الجهاز، مما يؤثر على اتجاه تدفق الجسيمات. وبعد دراسة متأنية، خلص الفريق إلى أن تدفق الحرارة العالية انخفض بشكل ملحوظ على الأسطح المعدنية عند استخدام الشرارات الكهربائية.

تستخدم مركبة الفضاء كرو دراغون مواد متطورة لحماية سطحها. الصورة: سبيس إكس.

وقال الدكتور ترانج إن نتائج البحث تلعب دورًا مهمًا ويمكن أن تصبح مرشحًا محتملاً في تقليل تدفق الجسيمات عالية الطاقة إلى الأسطح المعدنية، وبالتالي لعب دور في حماية أسطح الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية من تدفقات الأيونات والإلكترونات عالية الطاقة. وتتوقع بتفاؤل أن يكون لهذه الطريقة البحثية القدرة على التطبيق العملي قريبًا. وأضاف الدكتور ترانج أن "المجموعة ستواصل دراسة جدوى الطريقة المقترحة عند تطبيقها عمليًا".

يواصل العديد من العلماء إجراء البحوث لإيجاد مواد جديدة وحلول لحماية الأسطح للمركبات الفضائية والأقمار الصناعية. استخدمت وكالة ناسا ذات مرة درعًا حراريًا مغطى بمادة ألياف الكربون القابلة للتقشير لمنع احتراق المركبات الفضائية التي تحمل البشر إلى المريخ عند العودة إلى الأرض.

في عام 2021، طور باحثون صينيون نوعًا جديدًا من فيلم النانو المركب من البولي إيميد مزدوج الطبقة والذي يمكن استخدامه لحماية الأسطح الخارجية للمركبات الفضائية بشكل أكثر فعالية.

vnexpress.net