Магнітне поле може створювати невелику, але відчутну тягу. Це означає, що його можна використовувати для гальмування космічних кораблів перед входженням в атмосферу нашої планети. Вчені кажуть, що найнебезпечніший маневр повернення можна зробити значно спокійнішим.
Проблеми захисту від теплового навантаження
Як повідомляє сайт phys.org, дослідники з Токійського столичного університету створили нову систему для випробування магнітогідродинамічного аерогальмування для космічних апаратів, що повертаються в атмосферу. Їхня платформа генерує потужні магнітні поля за допомогою сильного електромагніта, коли мініатюрне судно вражає ударна хвиля, що рухається зі швидкістю понад 7 км/с. Магніти досягли значно вищих полів, ніж попередні експерименти з постійними магнітами, й це важливий крок до випробувань справжніх апаратів у атмосфері.
Коли космічні апарати повертаються в атмосферу, на них діють ударні хвилі, що перевищують кілька кілометрів на секунду і нагрівають повітря на поверхні корабля до кількох тисяч градусів. Щоб витримати таке інтенсивне теплове навантаження, сучасні технології використовують жароміцні плитки та теплозахисні матеріали, які допомагають відводити тепло й захищати корабель.
Хоча це надійно, такий підхід має серйозні обмеження: він збільшує вагу, зношування поверхні, витрати та час на ремонт. Це особливо проблематично, коли зростає потреба в багаторазових кораблях.
Технологія уповільнення електромагнітним полем
Перспективною технологією для подолання цих проблем є магнітогідродинамічне аерогальмування (MHD). Застосовуючи магнітне поле до слабоконденсованої плазми в ударній хвилі, ультрагаряча ударна оболонка може розширюватися і відштовхуватися від поверхні апарата. Це не лише зменшує потік тепла в судно, а й може збільшити аеродинамічний опір, уповільнюючи апарат. Хоча попередні дослідження сильно підтримують цей метод, тестування таких систем є серйозним викликом. Експерименти зазвичай передбачають розташування постійного магніту всередині невеликої тестової моделі та вплив на неї ударною хвилею, але такий дизайн ускладнює систематичне випробування різних сил та форм полів.
Щоб інженери могли тестувати ширший спектр магнітних полів, команда під керівництвом доцента Кохея Шімамури з Токійського столичного університету створила нову систему з потужним електромагнітом, встановленим всередині маленької моделі. Електромагніт складається з налаштовуваного набору котушок і живиться від мережі формування імпульсів (PFN), яка подає на нього інтенсивний імпульс струму, створюючи сильне поле на короткий час.
Точна синхронізація магнітного поля з тривалістю ударної хвилі
Під час тесту модель піддають ударній хвилі, яка рухається зі швидкістю понад 7 км/с (4,3 милі на секунду) протягом десятків мікросекунд у гіперзвуковій трубі розширення — наземному комплексі для випробування літаків і космічних апаратів в екстремальних умовах. Команда розробила систему так, щоб відстежувати прихід ударної хвилі та точно синхронізувати магнітне поле з її тривалістю, досягаючи сили поля, що значно перевищує можливу за допомогою постійного неодимового магніту. Високошвидкісна камера також була синхронізована з ударною хвилею, щоб зафіксувати світло, яке випромінюється нагрітою хвилею (або шаром «самовипромінювання»).
Щоб побачити це в дії, команда розробила дві різні моделі, кожна з котушками, спеціально підібраними під її форму. Вони підтвердили, що були створені поля силою 1,24 і 1,58 тесла, причому друге більше ніж удвічі перевищує силу поля звичайних неодимових магнітів. Дослідники також виявили, що за ввімкненого магнітного поля шар власної емісії ставав більш ніж на 15 % товщим.
Робота команди є важливим кроком до планованих тестів реальних експериментів літальних апаратів під час входження в атмосферу та розвитку базових технологій для будь-яких майбутніх космічних місій, що передбачають входження в атмосферу.
