Специалисты Токийского столичного университета разработали установку для испытаний магнитогидродинамического торможения космических аппаратов при входе в атмосферу. Такой подход рассматривается как альтернатива традиционным теплозащитным экранам, которые частично разрушаются при возвращении на Землю. Их ремонт увеличивает время подготовки техники к следующему запуску и снижает полезную нагрузку.
При движении аппарата через атмосферу воздух перед ним превращается в слабоионизированную светящуюся плазму. Магнитогидродинамическая система создает магнитное поле, которое взаимодействует с этой плазмой за счет силы Лоренца. В результате между аппаратом и потоком возникает магнитная прослойка, уменьшающая нагрев и одновременно повышающая аэродинамическое сопротивление.
Одной из проблем остаются постоянные неодимовые магниты, мощность которых ограничена примерно 0,8 тесла. Кроме того, их жесткая форма не всегда подходит для аппаратов с разной геометрией. Для решения этой задачи исследователи применили импульсную формирующую сеть — электрическую схему из конденсаторов и катушек индуктивности, способную за короткое время отдать большой запас энергии.
Для экспериментов была создана восьмиметровая установка MX-6.0, формирующая ударные волны со скоростью до 7,7 километра в секунду. Ученые испытали два модуля диаметром 20 миллиметров с различными магнитными характеристиками. Первый образец создавал поле около 1,24 тесла, а второй, выполненный по мотивам аппарата MUSES-C для доставки образцов с астероида, — до 1,58 тесла.
Импульсная система смогла синхронизироваться с ударной волной и поддерживать устойчивое магнитное поле от 110 до 148 микросекунд. Это более чем вдвое увеличило эффективное время испытаний. Камеры высокой скорости зафиксировали рост области светящегося ударного излучения на 15,7% у первой модели и увеличение ее толщины на 16,2% у второй, что указывает на усиление защитного барьера и торможения.
Разработка пока не предназначена для установки на полноразмерные космические аппараты. Ее создали для исследований в условиях, близких к аэродинамической трубе. Новая установка должна помочь инженерам точнее оценивать работу магнитогидродинамических систем при моделировании входа в атмосферу.
