TS Lê Thị Quỳnh Trang cùng các nhà khoa học tại Nhật Bản đã tìm ra phương pháp giúp làm giảm dòng nhiệt trên vật liệu giúp bảo vệ bề mặt cho tàu vũ trụ và vệ tinh.

 

Công trình được TS Trang, Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ cao Đại học Duy Tân và các giáo sư đến từ Nhật Bản công bố trên Nature. Các nhà nghiên cứu nhận định việc giảm nhiệt thông điện tử và ion là một trong những vấn đề quan trọng, góp phần bảo vệ bề mặt vệ tinh và tàu vũ trụ.

 

Trao đổi với VnExpress, TS Trang cho biết, khi hạt electron và ion ở nhiệt độ cao, chúng dễ dàng dịch chuyển và va chạm vào bề mặt kim loại. Hậu quả là bề mặt của kim loại có thể bị phá hủy. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một từ trường bên ngoài, được tạo ra bởi dòng điện qua dây đốt. Một mô hình dòng plasma, bao gồm các electron và ion trong một vùng nhỏ được thành lập bằng cách sử dụng hai chiều không gian và ba tọa độ cho vận tốc để xác định tác động của dây đốt lên các hạt và nhiệt thông.

 

Mô phỏng plasma được giới hạn bởi chân không. Ảnh: Nhóm nghiên cứu

 

TS Trang cho biết, khi mô phỏng chuyển động của hạt plasma ở vùng rìa tokamak, cả nhóm nhận thấy từ trường có thể thay đổi hướng và cường độ của dòng nhiệt vì các hạt electron và ion di chuyển xoay quanh các đường sức từ. Đặc biệt, từ trường dạng tập trung (từ trường có độ lớn cực đại ở vùng trung tâm và giảm nhanh ở vùng xa trung tâm) có khả năng tạo thành các gương từ trường (magnetic mirror). Các gương này giúp giữ lại phần lớn các hạt plasma khi chúng di chuyển ngang qua và chỉ cho phép hạt mang vận tốc đủ lớn để vượt ra khỏi gương để di chuyển ra bên ngoài. Do đó, dòng hạt mang năng lượng cao được giảm trước khi va vào bề mặt kim loại.

 

Giải thích về việc sử dụng dây đốt trong nghiên cứu, nhóm cho hay từ trường được tạo ra từ một sợi dây dẫn tỷ lệ nghịch với khoảng cách tới sợi dây, càng xa sợi dây dẫn thì từ trường càng nhỏ. Hay nói cách khác, sợi dây dẫn có thể tạo ra từ trường tập trung. Sử dụng các tia điện có thể làm thay đổi cấu trúc từ trường của hệ thống thiết bị, ảnh hưởng đến hướng di chuyển của dòng hạt. Sau khi nghiên cứu kỹ, cả nhóm kết luận dòng nhiệt cao được giảm đáng kể ở bề mặt kim loại khi sử dụng tia điện.

 

Tàu vũ trụ Crew Dragon được sử dụng vật liệu tiên tiến để bảo vệ bề mặt. Ảnh:SpaceX.

 

TS Trang nhận định kết quả nghiên cứu đóng vai trò quan trọng và có thể trở thành một ứng viên tiềm năng trong việc giảm tải dòng hạt năng lượng cao tới bề mặt kim loại, qua đó đóng vai trò che chắn bề mặt các vệ tinh và tàu vũ trụ khỏi các dòng ion và electron năng lượng cao. Cô lạc quan dự đoán phương pháp nghiên cứu này có khả năng sớm được áp dụng trong thực tiễn. "Nhóm sẽ nghiên cứu thêm về tính khả thi của phương pháp mình đề ra khi đưa vào thực nghiệm" TS Trang nói.

 

Các nghiên cứu tìm vật liệu mới và giải pháp bảo vệ bề mặt cho tàu vũ trụ và vệ tinh đang được nhiều nhà khoa học theo đuổi. Trong đó NASA từng sử dụng tấm chắn nhiệt phủ vật liệu sợi carbon có thể tự bong để ngăn tàu vũ trụ đưa người lên sao Hỏa, khỏi bốc cháy khi trở lại Trái Đất.

 

Năm 2021 các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã phát triển một màng phức hợp nano polyimide 2 lớp kiểu mới, có thể sử dụng bảo vệ hiệu quả hơn các bề mặt bên ngoài của tàu vũ trụ.