Вместо тяжелой теплозащиты — электромагнит: в Японии испытали «магнитный щит» для многоразовых космических кораблей
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.
Изображение сгенерировано Gemini // Источник изображения: Gemini
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.