Dr. Le Thi Quynh Trang und Wissenschaftler in Japan haben eine Methode gefunden, um den Wärmefluss auf Materialien zu reduzieren und so die Oberfläche von Raumfahrzeugen und Satelliten zu schützen.
Die Arbeit wurde von Dr. Trang vom Institute of High Technology Research and Development der Duy Tan University und Professoren aus Japan in Nature veröffentlicht. Forscher sind davon überzeugt, dass die Reduzierung der Wärme des Elektronen- und Ionenflusses ein wichtiger Beitrag zum Schutz der Oberflächen von Satelliten und Raumfahrzeugen ist.
Im Gespräch mit VnExpress sagte Dr. Trang, dass sich Elektronen und Ionen bei hohen Temperaturen leicht bewegen und mit Metalloberflächen kollidieren. Dadurch kann es zur Zerstörung der Metalloberfläche kommen. Das Team verwendete ein externes Magnetfeld, das durch einen elektrischen Strom erzeugt wurde, der durch einen Heizdraht fließt. Ein Plasmaflussmodell, bestehend aus Elektronen und Ionen in einem kleinen Bereich, wird unter Verwendung von zwei räumlichen Dimensionen und drei Koordinaten für die Geschwindigkeit erstellt, um die Wirkung des Filaments auf die Partikel und den Wärmefluss zu bestimmen.
Die Plasmasimulation wird durch das Vakuum begrenzt. Foto: Forschungsteam
Dr. Trang sagte, dass die Gruppe bei der Simulation der Bewegung von Plasmapartikeln am Rand des Tokamaks festgestellt habe, dass das Magnetfeld die Richtung und Intensität des Wärmeflusses ändern könne, weil sich Elektronen und Ionen um die magnetischen Feldlinien bewegen. Insbesondere konzentrierte Magnetfelder (Magnetfelder mit maximaler Stärke im zentralen Bereich und schnell abnehmender Stärke in den vom Zentrum entfernten Bereichen) können magnetische Spiegel bilden. Diese Spiegel helfen dabei, die meisten Plasmapartikel auf ihrem Weg zurückzuhalten und lassen nur Partikel nach außen gelangen, deren Geschwindigkeit hoch genug ist, um die Spiegel zu passieren. Dadurch wird der Strom energiereicher Partikel reduziert, bevor er auf die Metalloberfläche trifft.
Zur Erklärung der Verwendung von Heizdrähten in der Studie sagte die Gruppe, dass das von einem Draht erzeugte Magnetfeld umgekehrt proportional zur Entfernung vom Draht sei; je weiter man vom Draht entfernt sei, desto kleiner sei das Magnetfeld. Mit anderen Worten: Der Draht kann ein konzentriertes Magnetfeld erzeugen. Durch die Verwendung elektrischer Strahlen kann die Magnetfeldstruktur des Gerätesystems verändert werden, wodurch die Richtung des Partikelflusses beeinflusst wird. Nach sorgfältiger Untersuchung kam das Team zu dem Schluss, dass der hohe Wärmefluss an Metalloberflächen bei der Verwendung elektrischer Funken deutlich reduziert wurde.
Das Raumschiff Crew Dragon verwendet fortschrittliche Materialien zum Schutz seiner Oberfläche. Foto: SpaceX.
Dr. Trang sagte, dass die Forschungsergebnisse eine wichtige Rolle spielen und ein potenzieller Kandidat für die Reduzierung des Flusses hochenergetischer Partikel auf Metalloberflächen werden könnten. Dadurch könnten sie dazu beitragen, die Oberflächen von Satelliten und Raumfahrzeugen vor hochenergetischen Ionen- und Elektronenströmen abzuschirmen. Sie ist optimistisch, dass diese Forschungsmethode das Potenzial hat, bald in der Praxis angewendet zu werden. „Die Gruppe wird die Durchführbarkeit der vorgeschlagenen Methode bei der praktischen Umsetzung weiter erforschen“, sagte Dr. Trang.
Viele Wissenschaftler forschen nach neuen Materialien und Lösungen zum Oberflächenschutz für Raumfahrzeuge und Satelliten. Die NASA verwendete einst einen Hitzeschild, der mit abziehbarem Kohlefasermaterial bedeckt war, um zu verhindern, dass Raumschiffe, die Menschen zum Mars transportieren, bei der Rückkehr zur Erde verbrennen.
Im Jahr 2021 entwickelten chinesische Forscher einen neuen Typ doppelschichtiger Polyimid-Nanokompositfolie, mit der die Außenflächen von Raumfahrzeugen wirksamer geschützt werden können.
vnexpress.net
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