Японцы провели испытания магнитных тормозов для входа космических аппаратов в атмосферу

Исследователи из Токийского городского университета создали новую систему для испытания магнитогидродинамического аэроторможения (МГД) космических аппаратов при входе в атмосферу. Их установка генерирует интенсивные магнитные поля с помощью мощного электромагнита, при этом на миниатюрный аппарат воздействует ударная волна, распространяющаяся со скоростью более семи километров в секунду.

Когда космические аппараты входят в атмосферу, на них воздействуют ударные волны, которые нагревают воздух у поверхности аппарата до нескольких тысяч градусов. Для противодействия такому интенсивному нагреву в современных технологиях используются жаростойкие плитки и защитные материалы, которые помогают рассеивать тепло и защищают аппарат. Вопреки свою надежность, такой подход имеет серьезные ограничения, приводящие к увеличению веса, износу поверхности, стоимости и времени ремонта.

Многообещающей технологией для преодоления этих проблем является МГД. При воздействии магнитного поля на слабоионизированную плазму в зоне ударной волны сверхгорячий ударный слой можно расширить и оттолкнуть от поверхности аппарата. Это не только снижает поступление тепла в аппарат, но и может увеличить аэродинамическое сопротивление, замедляя аппарат.

Хотя предыдущие исследования убедительно подтверждают эффективность этого метода, тестирование таких систем само по себе представляет собой серьезную проблему. Эксперименты обычно заключаются в размещении постоянного магнита внутри небольшой испытательной модели и воздействии на него ударной волной, тем не менее их конструкция затрудняет систематическое тестирование различных значений напряженности и форм магнитного поля.

Чтобы инженеры могли испытывать более широкий диапазон магнитных полей, команда под руководством доцента Кохэя Симамуры из Токийского городского университета разработала новую систему с использованием мощного электромагнита, установленного внутри небольшой модели; электромагнит состоит из настраиваемого набора катушек и питается от импульсообразующей сети, которая подает на него интенсивный импульс тока, создавая сильное поле ввода в течение короткого промежутка времени.

В ходе испытания на модель воздействует ударная волна, распространяющаяся со скоростью более семи километров в секунду в течение десятков микросекунд в гиперзвуковой расширительной трубе — наземном объекте для испытаний летательных и космических аппаратов в экстремальных условиях.

Чтобы увидеть систему в действии, команда разработала две разные модели, каждая из которых имела конфигурацию катушек, специально адаптированную к их различной форме. Исследователи подтвердили, что были созданы поля напряженностью 1,24 и 1,58 тесла, причем последнее превышало напряженность поля обычных неодимовых магнитов свыше в два раза. Также было отмечено, что при включенном поле ввода толщина слоя самоизлучения увеличивалась более чем на 15 процентов.