แพทย์ชาวเวียดนามพบวิธีลดความร้อนของวัสดุเพื่อปกป้องยานอวกาศ

ดร. เล ทิ กวีญ ตรัง และนักวิทยาศาสตร์ในญี่ปุ่นได้ค้นพบวิธีที่จะช่วยลดการไหลของความร้อนบนวัสดุเพื่อช่วยปกป้องพื้นผิวของยานอวกาศและดาวเทียม

ผลงานนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature โดยดร. Trang จากสถาบันวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีชั้นสูง มหาวิทยาลัย Duy Tan และศาสตราจารย์จากญี่ปุ่น นักวิจัยเชื่อว่าการลดความร้อนของฟลักซ์อิเล็กตรอนและไอออนเป็นประเด็นสำคัญประการหนึ่งที่มีส่วนในการปกป้องพื้นผิวดาวเทียมและยานอวกาศ

ในการพูดคุยกับ VnExpress ดร. Trang กล่าวว่า เมื่ออิเล็กตรอนและไอออนอยู่ที่อุณหภูมิสูง พวกมันจะเคลื่อนที่และชนกับพื้นผิวโลหะได้อย่างง่ายดาย ส่งผลให้พื้นผิวโลหะถูกทำลายได้ ทีมงานได้ใช้สนามแม่เหล็กภายนอกที่สร้างขึ้นจากกระแสไฟฟ้าที่ผ่านลวดความร้อน แบบจำลองการไหลของพลาสมาซึ่งประกอบด้วยอิเล็กตรอนและไอออนในบริเวณเล็กๆ ได้รับการสร้างขึ้นโดยใช้มิติเชิงพื้นที่สองมิติและพิกัดสามพิกัดสำหรับความเร็วเพื่อกำหนดผลของเส้นใยต่ออนุภาคและฟลักซ์ความร้อน

การจำลองพลาสมาถูกจำกัดด้วยสุญญากาศ ภาพ: คณะนักวิจัย

ดร. ตรัง กล่าวว่า เมื่อจำลองการเคลื่อนที่ของอนุภาคพลาสมาที่ขอบโทคาแมก กลุ่มวิจัยพบว่าสนามแม่เหล็กสามารถเปลี่ยนทิศทางและความเข้มข้นของการไหลของความร้อนได้ เนื่องจากอิเล็กตรอนและไอออนเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ เส้นสนามแม่เหล็ก โดยเฉพาะสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มข้น (สนามแม่เหล็กที่มีขนาดสูงสุดในบริเวณใจกลางและลดลงอย่างรวดเร็วในบริเวณที่อยู่ห่างจากศูนย์กลาง) มีศักยภาพในการสร้างกระจกแม่เหล็กได้ กระจกเหล่านี้ช่วยรักษาอนุภาคพลาสมาส่วนใหญ่ไว้ขณะที่เคลื่อนผ่าน และยอมให้อนุภาคที่มีความเร็วสูงพอที่จะผ่านกระจกออกไปได้เท่านั้น ด้วยเหตุนี้กระแสของอนุภาคพลังงานสูงจึงลดลงก่อนที่จะกระทบกับพื้นผิวโลหะ

เมื่ออธิบายการใช้ลวดความร้อนในการศึกษา กลุ่มได้กล่าวว่าสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นจากลวดจะแปรผกผันกับระยะห่างจากลวด ยิ่งห่างจากลวดมากเท่าไหร่ สนามแม่เหล็กก็จะยิ่งเล็กลงเท่านั้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง ลวดสามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่เข้มข้นได้ การใช้รังสีไฟฟ้าสามารถเปลี่ยนโครงสร้างสนามแม่เหล็กของระบบอุปกรณ์ได้ ส่งผลต่อทิศทางการไหลของอนุภาค หลังจากศึกษาอย่างรอบคอบ ทีมงานได้สรุปว่าการไหลของความร้อนสูงลดลงอย่างมีนัยสำคัญที่พื้นผิวโลหะเมื่อใช้ประกายไฟฟ้า

ยานอวกาศ Crew Dragon ใช้วัสดุขั้นสูงเพื่อปกป้องพื้นผิวของมัน ภาพ: SpaceX

ดร. ตรัง กล่าวว่าผลงานวิจัยมีบทบาทสำคัญและสามารถเป็นปัจจัยสำคัญในการลดการไหลของอนุภาคพลังงานสูงสู่พื้นผิวโลหะ จึงมีบทบาทในการป้องกันพื้นผิวดาวเทียมและยานอวกาศจากการไหลของไอออนและอิเล็กตรอนพลังงานสูงได้ เธอคาดการณ์ด้วยความมั่นใจว่าวิธีการวิจัยนี้มีศักยภาพที่จะถูกนำไปใช้ในทางปฏิบัติในเร็วๆ นี้ “คณะทำงานจะศึกษาความเป็นไปได้ของวิธีการที่เสนอต่อไปเพื่อนำไปปฏิบัติจริง” ดร.ตรัง กล่าว

นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากกำลังทำการวิจัยเพื่อค้นหาวัสดุใหม่ๆ และโซลูชันการปกป้องพื้นผิวสำหรับยานอวกาศและดาวเทียม ครั้งหนึ่ง NASA ได้ใช้โล่ป้องกันความร้อนที่หุ้มด้วยวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ที่สามารถลอกออกได้ เพื่อป้องกันไม่ให้ยานอวกาศที่บรรทุกมนุษย์ไปยังดาวอังคารถูกเผาไหม้ขณะเดินทางกลับมายังโลก

ในปี 2021 นักวิจัยชาวจีนได้พัฒนาฟิล์มนาโนคอมโพสิตโพลิอิไมด์สองชั้นชนิดใหม่ที่ใช้ในการปกป้องพื้นผิวภายนอกของยานอวกาศได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

วีเอ็นเอ็กซ์เพรส.เน็ต