Японские ученые протестировали инновационный «магнитный щит» для космических кораблей

Японские ученые модифицировали плазменный слой вокруг модели космического аппарата с помощью магнитного поля

Исследователи из Токийского университета разработали экспериментальную установку для изучения магнитогидродинамического торможения космических аппаратов при входе в атмосферу. В ходе лабораторного эксперимента мощный электромагнит изменил конфигурацию раскаленного ударного слоя вокруг модели аппарата, что может потенциально уменьшить тепловую нагрузку на его поверхность.

Когда космический аппарат входит в атмосферу на гиперзвуковой скорости, перед ним образуется ударная волна, а окружающий газ разогревается до нескольких тысяч градусов и частично превращается в плазму. В настоящее время защиту от этого нагрева обеспечивают теплостойкие плитки или абляционные материалы, которые выдерживают экстремальные температуры. Такая защита увеличивает массу конструкции и требует регулярного обслуживания, что особенно критично для многоразовых космических систем.

Магнитогидродинамический метод предполагает воздействие непосредственно на ионизированный газ. Сильное магнитное поле должно расширять слой горячей плазмы и удалять его от поверхности аппарата. Теоретически это может одновременно снижать нагрев корпуса и увеличивать аэродинамическое сопротивление, что способствует более быстрому снижению скорости.

Ранее подобные эксперименты в основном проводились с использованием постоянных магнитов, установленных внутри небольших моделей. Это ограничивало возможность варьирования силы и конфигурации магнитного поля. Японские ученые применили компактный импульсный электромагнит с настраиваемой системой катушек.

В ходе экспериментов на модель воздействовала ударная волна со скоростью более 7 км/с. Она существовала всего несколько десятков микросекунд, поэтому исследователям пришлось синхронизировать появление ударной волны, импульс электромагнита и съемку с высокоскоростной камеры с высокой точностью.

В двух конфигурациях удалось достичь магнитного поля с напряженностью 1,24 и 1,58 Тл. Максимальное значение более чем в два раза превысило возможности неодимовых постоянных магнитов, использовавшихся в предыдущих установках.

После активации электромагнита наблюдаемый светящийся слой нагретого газа увеличился на 15%. Это указывает на то, что магнитное поле действительно изменило положение и структуру ударного плазменного слоя — именно на этом эффекте основана концепция магнитогидродинамической теплозащиты.

На данный момент 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 реального входа аппарата в атмосферу. Если метод подтвердит свою эффективность, он потенциально позволит снизить требования к традиционной теплозащите будущих многоразовых космических систем.