Die dichteren Atmosphären von Venus, Jupiter und anderen Planeten im Sonnensystem erfordern neue Hitzeschilde, um Sonden und wissenschaftliche Ausrüstung an Bord des Landers zu schützen. Herkömmliche Werkzeuge zur Materialerkundung sind wenig hilfreich bei der Simulation der Eintrittsbedingungen in planetarische Atmosphären. Doch Wissenschaftler haben mit dem Tokamak DIII-D ein neues und ungewöhnliches Instrument gefunden. Das in der Anlage erzeugte Plasma simuliert idealerweise die Eintrittsbedingungen in die Atmosphäre.
Der Tokamak DIII-D bei General Atomics wurde Ende der 1980er Jahre auf den Markt gebracht. Die Anlage soll unter anderem vielversprechende Materialien für thermonukleare Reaktoren testen. Das Gerät ist mit einer DiMES-Plattform mit einer Reihe von Messgeräten ausgestattet. Basierend auf dieser Plattform können Wissenschaftler Testproben verschiedenen Plasmabedingungen aussetzen sowie Granulate des Testmaterials durch das Plasma schleudern. Es ist diese Plattform, die Wissenschaftler der University of California in San Diego und anderer wissenschaftlicher Einrichtungen in den Vereinigten Staaten angepasst haben, um Materialien für Hitzeschilde von Wiedereintrittsraumfahrzeugen zu untersuchen.
„Bestimmte Regionen des DIII-D-Fusionsplasmas sind den Bedingungen sehr nahe, die entstehen, wenn Hitzeschilde mit extremer Geschwindigkeit mit der Atmosphäre des Planeten kollidieren“, sagte Dr. Dmitry Orlov von der University of California in San Diego, der das Forschungsteam leitete. "Unser Ziel bei diesen Experimenten ist es, sowohl diese Bedingungen als auch die umfangreichen DIII-D-Diagnosewerkzeuge zu nutzen, um ein genaues Modell des Hitzeschildverhaltens zu entwickeln."
Orlovs Gruppe führte eine Reihe von Experimenten durch, um die Ablationsrate (Abtrag von Feststoffpartikeln von der Materialoberfläche) von Kohlenstoffproben zu messen und die Verhaltensmodelle des kohlenstoffbasierten Hitzeschildes zu verfeinern. Experimente haben gezeigt, dass Plasmatests in einem Tokamak genauer sind als Tests mit einem Laser, Hyperschallprojektilen und Plasmastrahlen. Weitere Experimente werden helfen, die optimalen Materialien für die Hitzeschilde von Raumfahrzeugen für zukünftige Missionen zu Venus, Jupiter und anderen Planeten unseres Systems mit einer dichteren und aggressiveren Atmosphäre auszuwählen.
2021-08-21 09:47:30
Autor: Vitalii Babkin