Возвращение аппарата из космоса всегда сопровождается колоссальным нагревом: кинетическая энергия превращается в тепло, а сжатый перед кораблем газ ионизируется и превращается в плазму. Традиционные керамические плитки и сгорающие абляционные экраны имеют серьезные недостатки. Они сильно утяжеляют аппарат, требуют дорогого обслуживания и быстро изнашиваются, что мешает развитию многоразовой космонавтики.
Прошли испытание магнитных тормозов для замедления космических кораблей при возвращении на Землю
Ученые из Токийского университета сделали важный шаг к созданию магнитных тормозов для космических кораблей. Исследователи разработали специальный стенд, на котором можно тестировать модель аппарата при входе в атмосферу на скорости свыше 7 км/с. Импульсный электромагнит создает мощное поле, которая отталкивает раскаленную плазму от стенок корабля увеличивает площадь сечения, снижает скорость падения, и в тоже время защищает стенки аппарата от перегрева.
Художественное изображение распада транспортного аппарата ATV-5 ESA при вхождении в атмосферу Земли в 2015 году. ESA
При входе в атмосферу со сверхзвуковой скоростью вокруг корабля образуется оболочка из плотной плазмы, которая полностью блокирует радиоволны. Это явление называют «периодом молчания». В течение нескольких критических минут экипаж и автоматика остаются без связи с Землей и сигналов GPS. Использование магнитных полей в перспективе может не только защищать корпус от прогара, но и «раздвигать» плазменный кокон, создавая окно для бесперебойной передачи данных.
Космический корабль входит в атмосферу. Иллюстрация.
Метод магнитогидродинамического торможения предлагает изящную альтернативу. Поскольку плазма проводит ток, магнитное поле создает силу Лоренца, которая отталкивают ионизированный газ от корпуса. В результате раскаленный слой отодвигается от поверхности, существенно снижая тепловую нагрузку и одновременно увеличивая тормозящее аэродинамическое сопротивление. Работа опубликована в журнале Journal of Spacecraft and Rockets.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Управление плазмой
Магнитные тормоза, прошедшие лабораторные испытания для замедления возвращения высокоскоростных космических аппаратов в атмосферу.
Главным прорывом японских инженеров стало использование импульсного электромагнита вместо жестко заданных постоянных неодимовых магнитов. Системы формирования импульсов позволили генерировать поле напряженностью до 1,58 Тесла, что более чем вдвое превышает показатели прошлых опытов.
В ходе тестов в гиперзвуковой трубе высокоскоростная съемка зафиксировала, что при включении поля слой светящейся плазмы утолщается более чем на 15%. Это подтверждает реальное отталкивание раскаленного потока от стенок модели. Успех эксперимента открывает путь к натурным испытаниям в атмосфере. В перспективе технология позволит облегчить теплозащиту многоразовых кораблей, сократить время их подготовки к новым стартам и упростить посадку аппаратов на Марс и особенно на Венеру с ее сверхплотной атмосферой.
«Магнитогидродинамическое торможение является кандидатом на роль ключевой технологии для любой будущей космической миссии, предполагающей вход в атмосферу», — подчеркивают авторы исследования.
Загружаем