Yeni yöntem, daha güvenli, daha tekrar kullanılabilir uzay aracı girişi için mıknatısla çalışan frenlemeyi test ediyor

Tokyo Metropolitan Üniversitesi’nden araştırmacılar, atmosfere yeniden giren uzay aracı için manyetohidrodinamik aerofrenlemeyi test etmek için yeni bir sistem oluşturdular. Minyatür bir gemi, saniyede yedi kilometreden fazla (saniyede 4,3 mil) hızla ilerleyen bir şok dalgasıyla vurulduğunda, platformları güçlü bir elektromıknatısla yoğun manyetik alanlar üretiyor. Mıknatıslar, kalıcı mıknatıslarla yapılan önceki çalışmalardan çok daha yüksek alanlara ulaştı ve atmosferdeki gerçek gemilerle yapılan testlere doğru önemli bir basamak oluşturuyor.

Uzay aracı atmosfere yeniden girdiğinde, saniyede birkaç kilometreyi aşan şok dalgalarıyla çarpıyor ve bu dalgalar, gemi yüzeyindeki havayı birkaç bin dereceye kadar ısıtıyor. Bu yoğun ısınmaya karşı koymak için mevcut teknolojiler, ısıyı dağıtmaya ve gemiyi korumaya yardımcı olan ısıya dayanıklı fayanslar ve kurban malzemeler kullanıyor. Güvenilir olmasına rağmen bu yaklaşımın ciddi sınırlamaları, artan ağırlığı, yüzey aşınması, maliyeti ve onarım süreleri vardır. Bu, özellikle yeniden kullanılabilir kaplara olan talebin artması nedeniyle sınırlayıcıdır.

Bu zorlukların üstesinden gelmek için umut verici bir teknoloji, manyetohidrodinamik aerofrenlemedir (MHD). Şok dalgasındaki zayıf iyonize plazmaya manyetik alan uygulanarak ultra sıcak şok katmanı genişletilebilir ve aracın yüzeyinden uzağa itilebilir. Bu sadece gemiye ısı akışını azaltmakla kalmaz, aynı zamanda aerodinamik sürtünmeyi artırarak gemiyi yavaşlatabilir. Önceki çalışmalar bu yöntemi güçlü bir şekilde desteklerken, bu tür sistemleri test etmek büyük bir zorluktur. Deneyler genellikle küçük bir test modelinin içine kalıcı bir mıknatıs yerleştirmeyi ve ona bir şok dalgasıyla vurmayı içerir, ancak bu tasarım, farklı alan güçlerini ve şekillerini sistematik olarak test etmeyi zorlaştırır.

Tokyo Metropolitan Üniversitesi’nden Doçent Kohei Shimamura liderliğindeki bir ekip, mühendislerin daha geniş bir manyetik alan yelpazesini test etmesini sağlamak için küçük bir modelin içine monte edilmiş güçlü bir elektromıknatıs kullanarak yeni bir sistem tasarladı. Elektromıknatıs, özelleştirilebilir bir bobin seti tarafından oluşturulmakta ve kendisine yoğun bir akım darbesi ile çarpan ve kısa bir süre için güçlü bir alan oluşturan bir darbe oluşturan ağ (PFN) tarafından çalıştırılmaktadır.

Bir testte model, uçakları ve uzay araçlarını zorlu ortamlarda test etmek için yer tabanlı bir tesis olan hipersonik genişleme tüpünde onlarca mikrosaniye boyunca saniyede yedi kilometreden (saniyede 4,3 mil) fazla bir hızla hareket eden bir şok dalgasıyla vurulur. Ekip, sistemi şok dalgasının gelişini izleyecek ve manyetik alanı süresine göre hassas bir şekilde senkronize edecek şekilde tasarladı; böylece kalıcı bir neodimyum mıknatısla mümkün olanın çok üzerinde alan kuvvetlerine ulaştı. Isıtılmış şok dalgası katmanının (veya “kendi kendine emisyon” katmanının) verdiği ışığı kaydetmek için yüksek hızlı bir kamera da şok dalgasıyla senkronize edildi.

Bunu çalışırken görmek için ekip, her biri kendi şekline göre özel olarak tasarlanmış bobin konfigürasyonlarına sahip iki farklı model tasarladı. 1,24 ve 1,58 Tesla’lık alanların oluşturulduğunu doğruladılar; ikincisi, geleneksel neodimyum mıknatısların alan gücünün iki katından fazlaydı. Kendi kendine yayılan katmanın, alan açıkken %15’ten daha kalın olduğu da gözlemlendi.

Ekibin çalışması, gerçek yeniden giriş deneylerinin planlı testlerine ve atmosfere yeniden girişi içeren gelecekteki herhangi bir uzay görevi için temel teknolojinin geliştirilmesine yönelik hayati bir adımdır.