Редактор Geektimes
741,5
рейтинг
8 июля 2014 в 11:10

NASA финансирует разработку «парашютов» из плазмы


При попадании в атмосферу космические аппараты нагреваются очень сильно

Космическое агентство NASA заказало разработку парашютов из плазмы сразу у двух компаний, полностью профинансировав свой заказ (само собой). Теперь при попадании космического аппарата в атмосферу специальный агрегат будет создавать магнитное поле вокруг спутника.

При выбросе плазмы аппаратом, плазма будет улавливаться магнитным полем, и в результате будет образовываться нечто вроде защитного пузыря, предотвращающим столкновение аппарата с воздухом, с последующим нагревом обшивки до очень высокой температуры. Такой пузырь, во-первых, снижает скорость падения аппарата, во-вторых, предотвращает значительный нагрев корпуса аппарата, попавшего в атмосферу.

В настоящее время на разного рода зондах и космических кораблях устанавливается термоизоляция, которая позволяет предохранить аппарат от перегрева. Нагревается обычно только обшивка, которая и принимает на себя максимальный «тепловой удар». При выходе какой-либо части обшивки (даже очень незначительной) из строя кораблю грозит полное уничтожение в результате перегрева и выхода всех систем из строя. Тут можно вспомнить катастрофу шаттла «Колумбия», причиной которой стало разрушение наружного теплозащитного слоя на левой плоскости крыла челнока. При старте 16го января этот участок теплозащиты был поврежден падением на него куска теплоизоляции кислородного бака.

Испытание новой системы пройдет в 2015 году, с микроспутником CubeSat (компания MSNW). Устройство будет оснащено медной катушкой, которая будет создавать достаточно мощное магнитное поле вокруг аппарата (необходимая для работы энергия будет поставляться литиевым аккумулятором, также установленным в устройстве). При снижении аппарат должен выбросить небольшое количество плазмы, которая будет улавливаться магнитным полем, и в результате, будет создан защитный «пузырь», предохраняющий столкновение молекул воздуха с аппаратом. В 2015 году спутник будет доставлен на МКС, а оттуда его отправят на Землю. Успехом миссии будет только один результат: при приземлении аппарат не сгорит в атмосфере.

Теперь молекулы воздуха, попадая в облако плазмы, будут ионизироваться, что позволит магнитному полю улавливать ионизированные молекулы. В итоге за короткое время у аппарата будет собственный защитный пузырь, который можно назвать газовым парашютом. Такой «парашют» выполняет сразу две важные задачи: тормозит падение аппарата и значительно снижает нагрев корпуса.

Если все пройдет хорошо, то такой способ защиты корабля при снижении будет использован и в намного более крупных космических аппаратов, включая посадочные модули с командой космонавтов, которые возвращаются из космоса.

Via newscientist
marks @marks
карма
169,7
рейтинг 741,5
Редактор Geektimes
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (48)

  • 0
    По началу можно самые уязвимые для прогарания точки магнитным полем от плазмы защитить.
    Лет десять назад я эту идею продвигал, но знакомые инженеры сказали, что это слишком увеличит вес…
    • +8
      Нельзя плазмой защитить точки. Или всё или ничего. Магнитное поле закольцовывется, если защищать точки то под удар попадут соседние площади. И все что не попало на защищенную область попадёт туда.
      • +1
        Если это крыло шатла (они когда еще летали), то часть плазмы с него улетит. Да и то, что нагрузка размажется уже хорошо.
        На самом деле я предлагал немного более сложную схему. Там кроме магнитного поля создавалось еще и электрическое. Магнитное разделяло бы набегающую плазму на заряды, а электрическое их бы отталкивало. Это бы снизило температуру.
        • +1
          Как раз плазма будет уплотнять поток газа по поверхности пузыря, как я понимаю. Если газ обтекает плазму, то на границе плазмы будет собираться нечто подобное ударной волне у сверхзвукового самолета.
          Если я прав, то такое кусочное покрытие моежт привести к разрезанию корпуса по границам плазмы. Потому и говорят — «все либо ничего».
  • –1
    Странно, а на самолётах плазму наоборот используют для уменьшения лобового сопротивления, как бы и со спутником такого не вышло… прилетит на землю не сгоревшим но со скоростью раз в 5 выше…

    Кстати, а как определят подгорел спутник или нет? Ведь даже если он целым(да хотябы останки!) бухнется на землю найти его будет еще та задачка.
    • +2
      Подозреваю, что какой-никакой парашют обычный на нем будет как и маячок для пеленгации. Судя по размерам CubeSat без защиты он должен выгореть в атмосфере весь. Так что если упадет хоть что-то — это уже прогресс.
      • 0
        Если спутник наберет скорость по сравнению с классическим падением, то парашют не поможет…
        К тому же, аппарат надо как-то стабилизировать чтобы он не начал вращаться от неравномерности тормозящих сил. Это должен быть довольно технологичный поток плазмы, как минимум похожий на обычный зонтик.
        Да и маячок поможет только если известны координаты падения с точностью +-10км
        • 0
          Я так понимаю, что плазмоэкран от перегрева нужен будет недолго. Быть может спускаемому аппарату хватит времени затормозиться обычным парашютом после отключения плазмы.
          Стабилизация наверное будет серьезным вопросом. Хотя несерьезных вопросов в таких вещах не бывает.
    • 0
      Магнитное поле хорошо тормозит о проводники. Есть видео, как магнит падает в медной трубе — в плазме эффект будет аналогичен.
      • 0
        Причину со следствием видимо попутали… Магнит напрямую взаимодействует либо с магнитным полем, либо с ферромагнетиками. Медь к ним не относится.
        • +3
          Ага, вот только Фарадей и Максвелл этого не знали, и придумали какую-то там «индкуцию»…
          • +2
            Индукция это не проводник а эффект. Спидометры в автомобилях работают на этом эффекте — взаимодействие подпружиненной рамки с вращающимся магнитом — чем быстрее вращается магнит, тем больше сила магнитного взаимодействия магнитного поля с наведенным магнитным полем в электрически замкнутой алюминиевой рамке и тем сильнее отклоняется подпружиненная стрелка. Но силы эти на маленьких скоростях не такие уж и большие.

            Падающий магнит в трубке — это взаимодействие магнитных полей. А не магнита с трубкой.
            • 0
              Правильно меня поправили… Взаимодействует с ферромагнетиками магнит не напрямую, а именно с полем, создаваемым их магнитными доменами.
              • +2
                Все же индукция а не домены. откуда они у алюминия? Там с тем же успехом сработает любой другой токопроводящий материал и даже абсолютно не магнитный. Суть ведь в наведении тока в замкнутом контуре, к магнитным доменам это явление не имеет никакого отношения.
            • 0
              Попробуйте держать магнит, а двигать трубку — будет то же самое.
              В трубке наводятся токи, которые превращают ее в электромагнит. А два магнита (трубка и исходный) с полями друг друга.
              • 0
                Попробовал. нифига не выходит как в ролике. толи неодимовый магнитик не такой сильный, толи трубка не та… но ведет он себя точно так же как кусок камня. Похоже в ролике трубка медная не так проста как кажется.
                • 0
                  Сопротивление будет пропорционально квадрату силы магнита и линейно зависеть от толщины трубки.
                  И расти вместе со скоростью. Попробуйте резко его дернуть (соблюдая технику безопастности).
        • +5
          Всё potan правильно сказал, незачем его минусовать.
          При движения проводника через магнитное поле в проводнике наводятся токи, которые в совю очередь генерируют магнитное поле, которое в свою очередь взаимодействует с начальным полем.

          И про полет магнита сквозь медную трубку — тоже верно.
          Пруф:


          Ниже верно приводят пример со спидометром.
          • –1
            Тут какой-то другой эффект, индукция на такой маленькой скорости не может так сильно сопротивляться движению магнита. Или может?
            • +2
              Электрическое сопротивление медной трубки мало, и слабое индуцироемое электрическое поле создает достаточно большой ток.
              • +1
                Где бы взять такую трубку?
              • +1
                Плюс неодимовый магнит — не из самых слабых)))
                • –1
                  Неодимовые магниты свободно продаются. И не запредельно дорого.
    • 0
      Нагрев будут смотреть по датчикам, скорее всего.
      • 0
        Плазма вокруг, никакой телеметрии. Да и скорей всего все уже давно измерено на земле, проверять будут как в реальных а не лабораторных условиях система себя поведёт.
    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
      • 0
        Вот я тоже давно смотрел научно-популярную передачу про то, что плазма как раз приводит к тому, что газ «обтекает» пузырь плазмы без диффузии молеку, а сталобыть без аэродинамического трения (дэмпфирования). Значит это не парашют, а скорее аэродинамическая смазка или волнорез. Корпус будет труднее остановить, но зато меньше нагрев.
      • 0
        Важный эффект будет в том, что мощность начинает рассеиваться в основном не на поверхности, а в плазме, и нагреваться будет она, а не оболочка аппарата.
        Сопротивления движению на большой высоте с разряженны воздухом скорее всего заметно увеличится — магнитное поле будет взаимодействовать с большим объемом плазмы. То есть торможение начнется раньше.
        Что будет происходить в плотных слоях предсказать не берусь — там будут эффекты и увеличивающие, и уменьшающие сопротивление.
  • +4
    Добро пожаловать в будущее. Силовые поля на космических кораблях)
    • –1
      Это не силовое поле. Плазма не создает Действия и Противодействия. Просто она как водоотталкивающее покрытие.
      • –1
        В школе физику уже отменили?
        Движение в магнитном поле создает электрическое поле. Электрическое поле в проводнике (а плазма неплохой проводник) вызывает ток. Ток создает магнитное поле, которое действует на магнит, создавший первое поле.
        • +1
          Опять причина со следствием попутаны…
          Физику никто не отменял. Да.

          «Движение в магнитном поле создает электрическое поле.» — Я как-то двигал валенком в магнитном поле… так ничего и не создалось. Это шутка. Конечно, речь шла о движении заряженных частиц или проводника в магнитном поле.

          Так, магнитное поле на летательном аппарате создает силовое воздействие на ионы в плазме, которые стремятся разлететься в разные стороны, например, из-за ион-ионого отталкивания. И тут именно летательный аппарат воздействует на плазму через магнитное поле. Однако масса плазмы по отношению к массе ЛА пренебрежимо мала. Настолько мала, что силой противодействия можно пренебречь, если я не ошибаюсь.

          "(а плазма неплохой проводник)" — плазма, можно сказать, сама есть ток. Она не является средой распространения заряженных частиц, а вместо этого только из заряженных частиц и состоит полностью.

          П.С.: кстати, еще на физическом практикуме в школе рассматривалась задача силового воздействия полем НА заряженную частицу, а не наоборот. Так задача была поставлена именно по причине того, что каждая частица в отдельности очень мала по величине своего противодействия.
          • 0
            Любое движение (переход в другую инерциальную систему) в магнитном поле создает электрическое. Даже если эта инерциальная система привязана к валенку. Это принцип относительности для электродинамики.

            П.С. Магнитное поле на покоряющуюся заряженную частицу с нулевым магнитным моментом не действует. Действует только на движущуюся. (Если перейти в систему где частица покоится, то на нее будет действовать создавшееся электрическое поле и принцип относительности будет продолжать работать.) Но движущаяся заряженная частица — это электрический ток. А ток создает магнитное поле, которое действует на магнит. За счет этого продолжает работать третий закон Ньютона — действие равно противодействию (с небольшой поправкой, что само поле имеет массу и на него тоже действуют силы — но в нашем случае это не важно).
            • 0
              Оттуда
              «Нейтральные частицы (например, фотоны) пересекают магнитное поле, не замечая его.»

              Из Вашего комментария:
              "Любое движение (переход в другую инерциальную систему) в магнитном поле создает электрическое."
              Переход в другую систему координат является чисто математической операцией. Движение физического тела одновременно может быть описано в великом множестве систем координат: инерциальных, неинерциальных.
              Кроме того, в этой фразе опять же не указано четко движение какого объекта имеется в виду. Ссылку дайте, пожалуйста, а то я чувствую, что неправильно понимаю о чем Вы толкуете. Может и вправду неправ в чем-то.

              "П.С. Магнитное поле на покоряющуюся заряженную частицу с нулевым магнитным моментом не действует. "
              У частицы отдельной магнитный момент существует (по крайней мере у многих). На Википедии написано про наличие магнитного момента у частиц. Еще написано на Википедии, что у желез нулевой магнитный момент обусловлен случайным распределение ориентаций магнитных доменов.

              "(Если перейти в систему где частица покоится, то на нее будет действовать создавшееся электрическое поле и принцип относительности будет продолжать работать.)" — опять же я могу описать движение частицы в разных системах отсчета одновременно. Действие магнитного поля при этом «вдруг не выключится».

              Наиболее запутанная часть комментария:
              "Но движущаяся заряженная частица — это электрический ток. А ток создает магнитное поле, которое действует на магнит. За счет этого продолжает работать третий закон Ньютона — действие равно противодействию (с небольшой поправкой, что само поле имеет массу и на него тоже действуют силы — но в нашем случае это не важно)."

              Закон Ньютона о противодействии наоборот в данном случае является причиной того, что толкая какой-либо предмет мы одновременно отталкиваем себя самих.
              Про массу поля дайте ссылку, а то мои познания в физике говорят, что у поля магнитного нет массы.
              Только пожалуйста не такие вот ссылки, где пытаются одарить поле массой только потому, что по закону Относительности можно массу пересчитать в энергию и наоборот.
              • 0
                Нейтральные частицы и электрического поля не замечают.
                Поле, и электрическое, и магнитное, изменяются какими-то приборами. И эти приборы могут двигаться — то есть с ними можно связать систему отсчета. Так вот показание этого прибора будет зависеть от его системы отсчета, приборы в разных системах отсчета одно и то же поле измерят по разному.

                Магнитным моментом в физике плазмы обычно пренебрегают. Потому что силы, связанные с движением частиц в магнитных полях и электростатические силы при температуре плазмы значительно больше.

                «Действие магнитного поля при этом «вдруг не выключится».» — выключится. При переходе из системы в систему меняются и электрическое, и магнитное поля. Иначе элетродинамика не будет согласована со Специальной Теорией Относительности. Можно считать, что есть единое электромагнитное поле не зависимое от системы отсчета, которое в проекции на конкретные системы отсчета распадается на доступные измерению электрическое и магнитное.

                Закон Ньютона сформулирован для механических систем. То, что он продолжает действовать в электродинамике вообще говоря не очевидно. Более того, в первом приближении не верно — силы взаимодействия скрещивающихся токов (текущих по не параллельным и не пересекающимся прямым в пространстве) по закону Био-Савара не уравновешиваются. Что бы их уравновесить надо ввести наличие импульса и энергии у магнитного поля. Тогда к нему тоже можно применить законы Ньютона (в формулировке с импульсами, а не координатами и скоростями).

                Наличие массы действительно следует из наличия у поля энергии, а наличие энергии — из электродинамики Максвелла. В прочем, проще рассуждать об импульсе (наличие которого опять же следует из электродинамики), так как понятие скорости к полю применить не просто.

                В качестве ссылок посоветую том «Электродинамика» из Феймановских лекций. Из всего, что мне попадалось, они наиболее доходчивы и требуют минимальных исходных знаний.
                • 0
                  Не пойму каким образом из наличия энергии следует наличие массы. Если я не ошибаюсь, то известная формула E=mc^2 лишь дает ответ на вопрос сколько энергии выделится при коллапсе материи данной массы в чистую энергию, а не то, что передав дополнительну энергию телу, мы увеличим его массу.

                  Насчет системы отсчета я видимо подразумеваю под ней нечто иное. В моем понимании система отсчета это введенный математиками инструмент для «выполнения отсчетов» некоторых параметров физ. процессов. Не процесс или являение зависит от системы отсчета (которая вообще не физический объект, а математическая абстракция), а наоборот под конкретный процесс выбирается наиболее удобная СО.
                  • 0
                    Например, при увеличении скорости массивного тела в СТО его масса растет на массу кинетической энергии. Это не дает разогнать тело до скорости света. То есть получается что масса тела зависит от выбранной СО ;-).

                    Ну да. Только надо заметить что многие физические величины в разных СО имеют разное значение. Очевидно, что такой величиной является скорость и связанные с ней величины (импульс, кинетическая энергия). К таким величинам так же относятся и значения напряженности электрического и магнитного полей.
                    • 0
                      «Например, при увеличении скорости массивного тела в СТО его масса растет на массу кинетической энергии. Это не дает разогнать тело до скорости света. То есть получается что масса тела зависит от выбранной СО ;-).»
                      Имеется в виду увеличение скорости тела в инерциальной системе отсчета. При этом скорость тела относительно любой инерциальной системы будет одинакова. Скажем, буду я рассматривать две инерциальные системы (находящиеся в покое), отличающиеся расположением в пространстве начала отсчета. Сколько бы мы не выбирали их (а это явно мысленный процесс, о котором тело то ничего и не подозревает), скорость и масса будут постоянны.

                      «Ну да. Только надо заметить что многие физические величины в разных СО имеют разное значение. Очевидно, что такой величиной является скорость и связанные с ней величины (импульс, кинетическая энергия). К таким величинам так же относятся и значения напряженности электрического и магнитного полей. „
                      Разные значения имеют не просто величины, а их проекции на выбранные системы отсчета. Вы сами себя путаете.

                      Например, пудовая гиря. Положите ее на весы, находящиеся на земле (неподвижные), весы покажут 16 кг. А положите ту же гирю движущуюся, например, вверх с ускорением 1 g, то весы покажут двойной вес. При этом весы мы всегда использовали как измеритель массы, коим они и являются, если их система отсчета неподвижна относительно земли.

                      Ваши манипуляции системами отсчета суть Ваши личные мыслительные эксперименты, а не “телекинетические манипуляции» с физическим объектом.
                      • 0
                        Инвариантен неизмеримый тензор электромагнитного поля. Его проекциями будут вектора электрического и магнитного полей, значения которых зависят от выбранной СО.

                        Движущаяся ускоренно СО не инерциональна. Их надо описывать с помощью ОТО, в которой я разбираюсь очень поверхностно.
                    • 0
                      Следуя Вашей логике, если космический корабль смог бы двигаться со скоростью, скажем, в 0.5 скорости света, то излучаемый им свет двигался бы с полуторной скоростью.
                      • 0
                        В СТО скорости складываются по более сложному закону, не как обычные вектора.
                  • –1
                    Да, еще. Если у нас не все, но некоторые формы энергии имеют массу, то мы легко можем сделать вечный двигатель. Передаем с первого этажа безмассовую энергию на семнадцатый, там синтезируем частицу и античастицу, которые спускаем на лифте и анигилируем на первом этаже с возвратом затраченной на синтез энергии.
                    • –1
                      Наконец-то пошел явный троллинг. Че так долго ждал-то?
        • 0
          В любом случае, говоря о теме, с которой тред начался, никакого фантастического силового поля (защищающего от любых снарядов и прочего негатива извне) здесь нет. Есть лишь магнитная ловушка для заряженных частиц.

          П.С.: а в карму плевать по таким пустякам смешно, ей богу :)
          • +1
            под силовым полем я не имел в виду защиту от снарядов и пр.
            это были общие слова, о том как развитие технологий приближает нас к тому, что мы видим в кино.
            • 0
              «под силовым полем я не имел в виду защиту от снарядов и пр.
              это были общие слова, о том как развитие технологий приближает нас к тому, что мы видим в кино.»

              Вот как раз с этого противоречия и начался данный тред.

              Перечитайте Ваш комментарий иными словами: «Я не имел в виду защиту от снарядов… прогресс приближает то, что мы видим в кино».
              В кино силовым полем часто называют как раз защиту от снарядов. В Дюне Ф. Герберта, например, силовое поле ассоциировалось с фразой «Быстрая защита. Медленная атака.» Т.е. быстрые снаряды останавливаются (демпфирующее поле), но при этом воткнуть нож сквозь поле несложно. Т.е. именно защита от быстрых снарядов, пуль и т.д.

              Если рассматривать поток частиц как шквал очень маленьких снарядов, то Ваше утверждение как раз и будет прочитано людьми, что описанная в статье технология Вами воспринимается именно как фантастическое защитное поле от снарядов.
  • 0
    Простите за ламерский вопрос. Но мне интересно, а не похоже ли это на ситуацию с защитой КА от космических лучей? Критика магнитного поля в качестве эффективной защиты от космических лучей была в мощности магнита. Как возможности достаточного напряжения поля, так и безопасности оного. Понятно что данный эксперимент не говорит о том, что сверхпроводники выдержат такое напряжение, но вопрос безопасности я так понимаю снят? Или тут совсем другие энергии, и это ничего не поможет? Подскажите вообще насколько эти эксперименты приближают нас к защите?
    • +1
      Похоже, с поправкой на скорости. Космический корабль летит примерно 10 с небольшим км/с, а скорости частиц космического излучения изменяют в долях от скорости света.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.