برای بازنویسی مجدد این مقاله، از نمایه من دیدن کنید، سپس داستان‌های ذخیره شده را مشاهده کنید .
برای بازنویسی مجدد این مقاله، از نمایه من دیدن کنید، سپس داستان‌های ذخیره شده را مشاهده کنید .

برای بازنویسی مجدد این مقاله، از نمایه من دیدن کنید، سپس داستان‌های ذخیره شده را مشاهده کنید .
برای بازنویسی مجدد این مقاله، از نمایه من دیدن کنید، سپس داستان‌های ذخیره شده را مشاهده کنید .
در 7 دسامبر 1995، یک کاوشگر ناسا وارد جو مشتری شد و بلافاصله شروع به سوختن کرد. شش ماه قبل از آن توسط مأموریت گالیله در حال گردش از تخم بیرون آمده بود و اکنون، 80 میلیون مایل بعد، آماده نمونه برداری از لایه های ضخیم هیدروژن و هلیوم اطراف بزرگترین سیاره منظومه شمسی است.
این فضاپیما که کاوشگر جوی مشتری نام دارد، به دقت طراحی شده بود تا در برابر دمای سرسام آوری که در تماس با هوای جووین با آن مواجه می شود، مقاومت کند. این یک سپر حرارتی عظیم مبتنی بر کربن داشت که حدود 50 درصد از وزن کل کاوشگر را تشکیل می‌داد، که برای دفع گرما با فرسودگی هنگام فرود کاوشگر طراحی شده بود. این فرآیند کنترل‌شده که فرسایش نامیده می‌شود، با دقت بر روی زمین مدل‌سازی شده بود – ناسا حتی یک آزمایشگاه آزمایشی ویژه به نام تأسیسات سیاره غول پیکر در تلاش برای ایجاد مجدد شرایط و آزمایش طرح ساخته بود.
هنگامی که کاوشگر با سرعت بیش از 100000 مایل در ساعت از میان ابرها فرود آمد، اصطکاک هوای اطراف آن را تا بیش از 28000 درجه فارنهایت گرم کرد و اتم ها را به ذرات باردار تقسیم کرد و یک سوپ الکتریکی به نام پلاسما ایجاد کرد.پلاسما پدیده های طبیعی مانند رعد و برق یا شفق را به حساب می آورد. خورشید یک توپ سوزان غول پیکر از آن است. اغلب از آن به عنوان حالت چهارم ماده یاد می شود، اما در واقع اولین حالت است: در لحظات پس از انفجار بزرگ، پلاسما تمام چیزی بود که وجود داشت.
پلاسما از سپر حرارتی کاوشگر مشتری بسیار سریعتر از آنچه در ناسا پیش بینی کرده بود عبور کرد. هنگامی که مهندسان آژانس داده‌های حسگرهای تعبیه‌شده در سپر حرارتی را تجزیه و تحلیل کردند، متوجه شدند که مدل‌های دقیق آنها بسیار دور از انتظار بوده است. سپر در برخی مناطق بسیار بیشتر از حد انتظار متلاشی شد و در برخی دیگر بسیار کمتر. کاوشگر به سختی جان سالم به در برد، و تنها دلیل آن این بود که با ضخامت بیشتر، حاشیه ای برای خطا در طراحی ایجاد کرده بودند. اوا کوستادینوا، کارشناس پلاسما از دانشگاه آبرن، می‌گوید: «این به عنوان یک سؤال باز باقی ماند. اما اگر می‌خواهید مأموریت‌های جدیدی طراحی کنید، باید بتوانید آنچه را که در حال وقوع است مدل‌سازی کنید.»
پس از مأموریت گالیله، دانشمندان از داده‌های کاوشگر برای اصلاح مدل‌های فرسایش خود استفاده کردند، اما همچنان با یک مشکل بزرگ روبرو بودند: ایجاد مجدد دقیق شرایط ورود با سرعت بالا به جوی متراکم بسیار دشوار است، بنابراین تست دقیق آن مدل ها سخت است. این همچنین مانعی برای مواد جدید محافظ حرارتی است که می‌توانند سبک‌تر یا بهتر از مواد مبتنی بر کربنی باشند که در حال حاضر استفاده می‌شوند. اگر نتوانید آنها را آزمایش کنید، بسیار سخت است که مطمئن باشید وقتی به یک فضاپیمای میلیارد دلاری متصل می شوند، کار می کنند.
تلاش‌های آزمایشی گذشته از لیزر، جت‌های پلاسما و پرتابه‌های پرسرعت برای شبیه‌سازی گرمای ورودی استفاده کرده‌اند، اما هیچ‌کدام از آنها کاملاً درست نیستند. کوستادینووا می‌گوید: «هیچ تأسیسات هوافضایی روی زمین نمی‌تواند به شرایط گرمایی بالایی برسد که هنگام ورود جو به چیزی مانند مشتری تجربه می‌کنید.
اکنون، تحقیقات جدید کوستادینووا و همکارش دیمیتری اورلوف از دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو، یک جایگزین بالقوه را نشان داده است – درون آتشین یک راکتور همجوشی هسته ای آزمایشی.
چند صد راکتور از این دست، معروف به توکامک، در تأسیسات تحقیقاتی دولتی در سرتاسر جهان، از جمله Joint European Torus در بریتانیا، و ITER، راکتور آزمایشی حرارتی هسته‌ای بین‌المللی، با همکاری 35 کشور در جنوب فرانسه وجود دارد. برای دهه‌ها، محققان از آن‌ها برای مقابله با چالش‌های همجوشی هسته‌ای استفاده کرده‌اند، یک فناوری بالقوه انقلابی که می‌تواند اساساً قدرت نامحدودی ارائه دهد. در داخل یک توکامک، از آهنرباهای قدرتمندی برای نگه داشتن پلاسمای چرخان با فشار بالا استفاده می‌شود که آن را قادر می‌سازد تا به ده‌ها میلیون درجه مورد نیاز برای جوش خوردن اتم‌ها و آزاد شدن انرژی برسد. بدبین ها استدلال می کنند که همجوشی هسته ای محکوم به این است که برای همیشه منبع انرژی آینده باقی بماند – در حال حاضر، آزمایش های همجوشی همچنان بیشتر از تولید برق مصرف می کنند.
اما کوستادینووا و همکارش دیمیتری اورلوف بیشتر به پلاسمای داخل این راکتورها علاقه داشتند، زیرا آنها متوجه شدند که می تواند محیطی عالی برای شبیه سازی یک فضاپیما در حال ورود به جو یک غول گازی باشد. اورلوف روی راکتور همجوشی DIII-D، یک توکاماک آزمایشی در تأسیسات وزارت انرژی ایالات متحده در سن دیگو کار می کند، اما پیشینه او در زمینه مهندسی هوافضا است.
آنها با هم از امکانات DIII-D برای اجرای یک سری آزمایش در مورد فرسایش استفاده کردند. آنها با استفاده از یک پورت در پایین توکامک، یک سری میله های کربنی را در جریان پلاسما قرار دادند و از دوربین ها و طیف سنج های پرسرعت و مادون قرمز برای ردیابی نحوه تجزیه آنها استفاده کردند . اورلوف و کوستادینوا همچنین گلوله‌های کربنی کوچکی را با سرعت بالا به درون رآکتور شلیک کردند و در مقیاس کوچک از آنچه سپر حرارتی کاوشگر گالیله در جو مشتری با آن مواجه می‌شد، تقلید کردند.
شرایط داخل توکامک از نظر دمای پلاسما، سرعت جریان بر روی مواد و حتی ترکیب آن به طرز قابل ملاحظه‌ای مشابه بود: جو جوین عمدتاً هیدروژن و هلیوم است، توکامک DIII-D از دوتریوم استفاده می‌کند. ایزوتوپ هیدروژن اورلوف می‌گوید: «به‌جای پرتاب چیزی با سرعت بسیار بالا، یک جسم ثابت را در جریانی بسیار سریع قرار می‌دهیم».
این آزمایش‌ها که در نشست انجمن فیزیک آمریکا در پیتسبورگ در ماه جاری ارائه شد، به اعتبارسنجی مدل‌های فرسایش که توسط دانشمندان ناسا با استفاده از داده‌های ارسال شده از کاوشگر گالیله ساخته شده بود، کمک کرد. اما آنها همچنین به عنوان یک اثبات مفهوم برای نوع جدیدی از آزمایش عمل می کنند. اورلوف می گوید: «ما در حال باز کردن این زمینه جدید تحقیقاتی هستیم. "هیچ کس قبلا این کار را نکرده است."
این چیزی است که در صنعت به شدت مورد نیاز است. یانی بارگوتی، بنیانگذار Cosmic Shielding Corporation ، استارتاپی که سپرهای تشعشعی برای فضاپیماها می سازد، می گوید: «در روش های آزمایشی جدید تاخیر وجود دارد. «این به شما امکان می‌دهد خیلی سریع‌تر و ارزان‌تر نمونه‌سازی کنید—یک حلقه بازخورد وجود دارد.»
اینکه آیا راکتورهای همجوشی هسته‌ای یک میدان آزمایش عملی خواهند بود یا خیر، باید دید – آنها دستگاه‌های فوق‌العاده حساسی هستند که کاملاً برای هدف دیگری طراحی شده‌اند. اورلوف و کوستادینوف در DIII-D به عنوان بخشی از تلاش ویژه برای استفاده از راکتور برای گسترش دانش علمی، با استفاده از یک پورت ساخته شده در توکاماک به منظور آزمایش ایمن مواد جدید، وقت گرفتند. اما این یک فرآیند گران است. یک روز آنها در دستگاه نیم میلیون دلار هزینه داشت. در نتیجه، این نوع آزمایش احتمالاً در آینده، زمانی که فرصت پیش بیاید، برای بهینه سازی و بهبود شبیه سازی های رایانه ای، به مقدار کم انجام خواهد شد.
با آزمایش‌های بیشتر، Orlov و Kostadinova امیدوارند که این مدل‌ها را بتوان بهبود بخشید و برای بهینه‌سازی طراحی سپر حرارتی برای مأموریت‌های آینده استفاده کرد – مواد بیشتری را در جایی که لازم است قرار داد، اما همچنین آن‌ها را از جایی که نیست حذف کرد. ماموریت +DAVINCI ناسا که قرار است نزدیک به پایان دهه به سمت زهره پرتاب شود، می تواند اولین موردی باشد که از این مزیت استفاده می کند. این شامل یک مدارگرد و یک کاوشگر فرود است که هنگام سقوط در جو گرم و غلیظ زهره ، به محافظ قدرتمندی نیاز دارد. کاوشگر گالیله در مورد شکل گیری منظومه شمسی چیزهای زیادی به دانشمندان آموخت، اما با داشتن یک سپر حرارتی بهتر، می توانست کارهای بسیار بیشتری انجام دهد. کوستادینوا می گوید: «نیمی از محموله چیزی است که می سوزد. "شما تعداد ابزارهای علمی را که واقعاً می توانید در آنها جا دهید، محدود می کنید."
فراتر از آن، این تکنیک می تواند برای آزمایش مواد جدید مانند کاربید سیلیکون، یا اشکال جدید محافظ حرارتی که از مخلوطی از مواد غیرفعال که فرسوده می شوند و سایر اجزایی که این کار را نمی کنند، استفاده شود. مهندسان برای مأموریت‌های آینده به آن‌ها نیاز خواهند داشت – کاوشگر گالیله آهسته‌ترین و مسطح‌ترین مسیر ممکن را برای محدود کردن فرسایش طی کرد، و همچنان محدودیت‌هایی را که در آن زمان ممکن بود گسترش داد.
این تحقیق همچنین می تواند به طراحی خود راکتورهای همجوشی کمک کند. تا به حال، بیشتر تحقیقات به طور قابل درک بر واکنش‌های پلاسمای هسته درون یک توکامک متمرکز شده‌اند. اما از آنجایی که همجوشی هسته‌ای به سمت تجاری‌سازی می‌رود، باید توجه بیشتری به ساخت راکتورها و طراحی موادی شود که می‌توانند واکنش همجوشی را در خود داشته باشند و در صورت اشتباه، انرژی را به طور ایمن اتلاف کنند.
کوستادینووا و اورلوف خواستار همکاری بیشتر بین جوامع تحقیقاتی همجوشی و فضایی هستند که هر دو به درک واکنش‌های پلاسما علاقه مند هستند – و در تولید موادی که می‌توانند آنها را دربر گیرند. کوستادینووا می گوید: «آینده ساخت مواد بهتر و مواد جدید است.


© 2021 Condé Nast. تمامی حقوق محفوظ است. استفاده از این سایت به منزله پذیرش ماست توافقنامه کاربر و خط مشی رازداری و بیانیه کوکی و حقوق حریم خصوصی کالیفرنیا شما. Wired ممکن است بخشی از فروش را از محصولاتی که از طریق سایت ما به عنوان بخشی از شراکت‌های وابسته با خرده‌فروشان خریداری می‌شوند، کسب کند. مطالب موجود در این سایت را نمی توان تکثیر کرد، توزیع کرد، انتقال داد، ذخیره کرد یا از آن استفاده کرد، مگر با اجازه قبلی کتبی Condé Nast. انتخاب های تبلیغاتی

source

توسط techkhabari