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 исследований и разработок высоких технологий, Университетом Зуй Тан и профессорами из Японии. Исследователи полагают, что снижение тепла потока электронов и ионов является одним из важных вопросов, способствующих защите поверхностей спутников и космических аппаратов.

В интервью VnExpress доктор Транг рассказал, что когда электроны и ионы находятся при высоких температурах, они легко движутся и сталкиваются с металлическими поверхностями. В результате поверхность металла может быть разрушена. Команда использовала внешнее магнитное поле, создаваемое электрическим током, проходящим через нагревательный провод. Модель потока плазмы, состоящая из электронов и ионов в небольшой области, создается с использованием двух пространственных измерений и трех координат для скорости, чтобы определить влияние нити на частицы и тепловой поток.

Моделирование плазмы ограничено вакуумом. Фото: Исследовательская группа

Доктор Транг сообщил, что при моделировании движения частиц плазмы на краю токамака группа обнаружила, что магнитное поле может изменять направление и интенсивность теплового потока, поскольку электроны и ионы движутся вокруг линий магнитного поля. В частности, концентрированные магнитные поля (магнитные поля с максимальной величиной в центральной области и быстро убывающие в областях, удаленных от центра) обладают способностью образовывать магнитные зеркала. Эти зеркала помогают задерживать большую часть проходящих мимо частиц плазмы и позволяют выходить наружу только тем частицам, скорость которых достаточно высока, чтобы пройти сквозь зеркала. Таким образом, поток частиц высокой энергии ослабевает перед ударом о поверхность металла.

Объясняя использование нагревательного провода в исследовании, группа заявила, что магнитное поле, создаваемое проводом, обратно пропорционально расстоянию от провода; чем дальше от провода, тем меньше магнитное поле. Другими словами, провод может генерировать концентрированное магнитное поле. Использование электрических лучей может изменить структуру магнитного поля системы устройств, влияя на направление потока частиц. После тщательного исследования группа пришла к выводу, что при использовании электрических искр на металлических поверхностях значительно снижается высокий тепловой поток.

Для защиты поверхности космического корабля Crew Dragon используются современные материалы. Фото: SpaceX.

Доктор Транг сказал, что результаты исследования играют важную роль и могут стать потенциальным кандидатом на снижение потока высокоэнергетических частиц к металлическим поверхностям, тем самым играя роль в защите поверхностей спутников и космических аппаратов от потоков высокоэнергетических ионов и электронов. Она с оптимизмом прогнозирует, что этот метод исследования может вскоре найти практическое применение. «Группа продолжит изучение возможности реализации предлагаемого метода при его практическом применении», — сказал доктор Транг.

Многие ученые занимаются исследованиями по поиску новых материалов и решений по защите поверхности космических аппаратов и спутников. НАСА когда-то использовало тепловой экран, покрытый отслаивающимся углеродным волокном, чтобы предотвратить возгорание космического корабля, перевозящего 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