Vietnamesischer Arzt findet Weg, Materialhitze zu reduzieren, um Raumfahrzeuge zu schützen

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 for Advanced Technology Research and Development der Duy Tan University und Professoren aus Japan in Nature veröffentlicht. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass die Reduzierung der Wärme durch Elektronen- und Ionenfluss ein wichtiges Thema ist und zum Schutz der Oberfläche von Satelliten und Raumfahrzeugen beiträgt.

Im Gespräch mit VnExpress erklärte Dr. Trang, dass sich Elektronen und Ionen bei hohen Temperaturen leicht bewegen und mit der Metalloberfläche kollidieren. Dadurch könne die Metalloberfläche zerstört werden. Das Forschungsteam nutzte ein externes Magnetfeld, das durch einen elektrischen Strom durch den Heizdraht erzeugt wurde. Ein Plasmaflussmodell, das Elektronen und Ionen in einem kleinen Bereich umfasst, wurde mit zwei räumlichen Dimensionen und drei Koordinaten für die Geschwindigkeit erstellt, um die Auswirkungen des Heizdrahts auf Partikel und Wärmefluss zu bestimmen.

Simulation eines durch Vakuum eingeschlossenen Plasmas. Foto: Forschungsteam

Dr. Trang sagte, das Team habe bei der Simulation der Bewegung von Plasmateilchen am Rand des Tokamaks festgestellt, dass das Magnetfeld die Richtung und Intensität des Wärmeflusses verändern kann, da sich Elektronen und Ionen entlang der Magnetfeldlinien bewegen. Insbesondere das konzentrierte Magnetfeld (es hat im zentralen Bereich seine maximale Stärke und nimmt im Bereich weit vom Zentrum entfernt schnell ab) kann magnetische Spiegel bilden. Diese Spiegel halten die meisten Plasmateilchen auf ihrem Weg zurück und lassen nur diejenigen Teilchen nach außen, deren Geschwindigkeit groß genug ist, um den Spiegel zu passieren. Dadurch wird der Strom energiereicher Teilchen reduziert, bevor sie auf die Metalloberfläche treffen.

Zur Verwendung von Heizdrähten in der Studie erklärte die Gruppe, dass das von einem Draht erzeugte Magnetfeld umgekehrt proportional zur Entfernung vom Draht sei. Je weiter der Draht entfernt sei, desto kleiner sei das Magnetfeld. Mit anderen Worten: Der Draht könne ein konzentriertes Magnetfeld erzeugen. Durch den Einsatz von elektrischen Strahlen könne die Magnetfeldstruktur des Gerätesystems verändert und so die Richtung des Partikelflusses beeinflusst werden. Nach sorgfältiger Untersuchung kam die Gruppe zu dem Schluss, dass der hohe Wärmefluss auf der Metalloberfläche durch den Einsatz von elektrischen Strahlen deutlich reduziert werde.

Das Raumschiff Crew Dragon verwendet fortschrittliche Materialien zum Schutz seiner Oberfläche. Foto: SpaceX.

Dr. Trang ist überzeugt, dass die Forschungsergebnisse eine wichtige Rolle spielen und ein potenzieller Kandidat für die Reduzierung des Flusses hochenergetischer Teilchen auf Metalloberflächen sein könnten. Dadurch könnten sie die Oberfläche von Satelliten und Raumfahrzeugen vor hochenergetischen Ionen- und Elektronenströmen schützen. Sie ist optimistisch, dass diese Forschungsmethode bald in der Praxis Anwendung finden wird. „Die Gruppe wird die Machbarkeit der vorgeschlagenen Methode bei der Umsetzung in die Praxis weiter untersuchen“, sagte Dr. Trang.

Viele Wissenschaftler forschen an neuen Materialien und Oberflächenschutzlösungen für Raumfahrzeuge und Satelliten. Die NASA hat einen Hitzeschild mit abziehbarem Kohlefasermaterial eingesetzt, um zu verhindern, dass Raumfahrzeuge, 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.

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