Вместо тяжелой теплозащиты — электромагнит: в Японии испытали «магнитный щит» для многоразовых космических кораблей
iXBT.com ·
Японские физики изменили плазменный слой вокруг модели космического аппарата магнитным полем
Исследователи Токийского университета создали экспериментальную установку для изучения магнитогидродинамического торможения космических аппаратов при входе в атмосферу. В лабораторном эксперименте мощный электромагнит изменил структуру раскаленного ударного слоя вокруг модели аппарата, что потенциально может снизить тепловую нагрузку на его поверхность.
При входе в атмосферу на гиперзвуковой скорости перед космическим аппаратом формируется ударная волна, а окружающий газ нагревается до нескольких тысяч градусов и частично превращается в плазму. Сейчас от этого нагрева аппараты защищают теплостойкими плитками или абляционными материалами, которые принимают на себя огромные температуры. Такая защита увеличивает массу конструкции и требует обслуживания, что особенно важно для многоразовых космических систем.
Магнитогидродинамический подход предполагает воздействие непосредственно на ионизированный газ. Сильное магнитное поле должно расширять слой горячей плазмы и отодвигать его от поверхности аппарата. Теоретически это может одновременно уменьшить нагрев корпуса и увеличить аэродинамическое сопротивление, помогая быстрее снижать скорость.
Ранее подобные эксперименты в основном проводили с постоянными магнитами, установленными внутри небольших моделей. Это ограничивало возможность менять силу и конфигурацию магнитного поля. Японские ученые использовали вместо них компактный импульсный электромагнит с настраиваемой системой катушек.
В экспериментах на модель воздействовала ударная волна со скоростью более 7 км/с. Она существовала всего несколько десятков микросекунд, поэтому исследователям пришлось синхронизировать возникновение ударной волны, импульс электромагнита и съемку высокоскоростной камерой с очень высокой точностью.
В двух конфигурациях удалось получить магнитное поле напряженностью 1,24 и 1,58 Тл. Максимальное значение более чем вдвое превысило возможности неодимовых постоянных магнитов, использовавшихся в предыдущих установках.
После включения электромагнита наблюдаемый светящийся слой нагретого газа стал на 15% толще. Это указывает на то, что магнитное поле действительно изменило положение и структуру ударного плазменного слоя — именно на таком эффекте основана концепция магнитогидродинамической теплозащиты.
Пока речь идет только о лабораторном эксперименте, а не о готовом «магнитном щите» для космических кораблей. Следующим этапом станут более реалистичные испытания, а в перспективе — проверка технологии в условиях настоящего входа аппарата в атмосферу. Если подход подтвердит свою эффективность, он потенциально позволит снизить требования к традиционной теплозащите будущих многоразовых космических систем.