Термоядерный реактор помогает создавать тепловые экраны для миссий на Венеру, Юпитер и другие планеты

Более плотные атмосферы Венеры, Юпитера и других планет Солнечной системы потребуют новых тепловых экранов для защиты зондов и научного оборудования на борту спускаемых аппаратов. Традиционные средства исследования материалов плохо помогают в моделировании условий входа в планетарные атмосферы. Но учёные нашли новый и необычный инструмент в лице токамака DIII-D. Создаваемая в установке плазма идеально имитирует условия входа в атмосферу.

Углеродные образцы до обработки плазмой (слева) и после (справа). Источник изображения: General Atomics

Токамак DIII-D в компании General Atomics запустили в конце 80-х годов прошлого столетия. Одно из назначений установки — это испытание перспективных материалов для термоядерных реакторов. В установку вмонтирована платформа DiMES с комплектом измерительных приборов. На базе этой платформы учёные могут подвергать тестовые образцы воздействию различных условий плазмы, а также запускать гранулы тестового материала через плазму. Именно эту платформу учёные из Калифорнийского университета в Сан-Диего и других научных учреждений США приспособили для изучения материалов для тепловых экранов спускаемых космических аппаратов.

«Некоторые области термоядерной плазмы DIII-D очень близки к условиям, получаемым, когда тепловые экраны сталкиваются с атмосферой планеты с экстремальной скоростью, — сказал доктор Дмитрий Орлов из Калифорнийского университета в Сан-Диего, возглавивший группу исследователей. — Наши цели в этих экспериментах состоят в том, чтобы использовать как эти условия, так и богатый набор диагностических инструментов DIII-D для разработки точной модели поведения теплового экрана».

Группа Орлова провела серию экспериментов по измерению скорости абляции (уносу твёрдых частиц с поверхности материала) углеродных образцов и уточнению моделей поведения теплозащитного экрана на основе углерода. Опыты показали, что тестирование плазмой в токамаке превышает по точности моделирования испытания лазером, гиперзвуковыми снарядами и плазменными струями. Дальнейшие эксперименты помогут выбрать оптимальные материалы для тепловых экранов космических аппаратов будущих миссий на Венеру, Юпитер и другие планеты нашей системы, обладающие более плотной и агрессивной атмосферой.