По мере того, как человечество продолжает свое исследование Вселенной, космическая среда с низкой гравитацией создает необычные проблемы для ученых и инженеров.
Исследователи из Инженерного колледжа FAMU-FSU и Национальной лаборатории высоких магнитных полей Университета штата Флорида разработали новый инструмент для решения этой задачи — новый дизайн симулятора с низкой гравитацией, который обещает открыть новые возможности для будущих космических исследований и подготовки к полетам.
Их новая конструкция для симулятора низкой гравитации на основе магнитной левитации может создать область низкой гравитации с объемом примерно в 1000 раз больше, чем у существующих симуляторов того же типа. Работа была опубликована в журнале npj Microgravity.
Слева: Схема магнитной системы, разработанной Санаванди и Го. Справа: Контурный график энергии захвата образца воды, помещенного в предлагаемый магнит, который показывает размер и форму области, где сила тяжести составляет один процент от силы тяжести Земли.
Вэй Го/Инженерный колледж FAMU-FSU
«Низкая гравитация оказывает глубокое влияние на поведение биологических систем, а также влияет на многие физические процессы, от динамики и теплопередачи жидкостей до роста и самоорганизации материалов, — поясняет Вэй Го, доцент кафедры машиностроения и ведущий научный сотрудник исследования, — однако эксперименты в космических полетах часто ограничены высокой стоимостью и небольшими размерами и массой полезной нагрузки. Поэтому разработка наземных тренажеров с низкой гравитацией имеет важное значение».
Существующие тренажеры, такие как вышки и параболические самолеты, используют свободное падение для создания почти нулевой гравитации. Но эти установки, как правило, имеют короткую продолжительность при низкой гравитации — от нескольких секунд до нескольких минут, что делает их непригодными для экспериментов, требующих длительного времени наблюдения. С другой стороны, тренажеры на основе магнитной левитации (MLS) могут предложить уникальные преимущества, включая низкую стоимость, легкую доступность, регулируемую гравитацию и практически неограниченное время работы.
Но обычный MLS может создавать только небольшой объем с низкой гравитацией. Когда типичный симулятор имитирует среду, составляющую около 1 процента земной гравитации, функциональный объем составляет всего несколько микролитров, что слишком мало для практических космических исследований и применений.
Чтобы увеличить функциональный объем MLS, исследователям понадобился магнит, который позволил бы генерировать равномерную силу левитации, которая уравновесила бы гравитационную силу в большом объеме. Они обнаружили, что могут достичь этого, объединив сверхпроводящий магнит с градиентной катушкой Максвелла — конфигурация катушки, которая была впервые предложена в 1800-х годах физиком Джеймсом Кларком Максвеллом. Когда ток в MLS уменьшается, чтобы имитировать гравитацию на Марсе, функциональный объем может превышать 20 000 микролитров, или около 20 кубических сантиметров.
Эта работа может оказаться особенно полезной при подготовке к будущим космическим полетам, направленным на долгосрочное заселение Луны и Марса.
Константин Тимофеев
29.10.2021
Нет комментариев