Исследователи Токийского столичного университета создали наземную установку для проверки магнитогидродинамического аэроторможения (MHD) космических аппаратов при входе в атмосферу. Идея — использовать магнитное поле корабля для защиты от нагрева и дополнительного торможения, словно силовое поле из фантастики, и это работает.
Пока речь идёт о лабораторных испытаниях с миниатюрными моделями. Электромагнит с управляемым полем до 1,58 Тл авторы рассматривают как шаг к экспериментам с более крупными моделями и, в перспективе, к испытаниям на настоящих кораблях при возвращении в атмосферу.
Для возвращаемого аппарата разработка потенциально даёт двойной эффект: магнитное поле увеличивает расстояние между корпусом и самой горячей частью ударного слоя, снижая поток тепла на поверхность, и одновременно усиливает сопротивление, перенаправляя часть кинетической энергии на нагрев атмосферы.
В отличие от традиционной теплозащиты на тяжёлых керамических плитках и абляционных материалах, MHD-аэроторможение теоретически позволяет снизить массу и износ теплозащиты, что особенно интересно для многоразовых аппаратов.
Испытательная платформа синхронизировала включение магнита с прохождением ударной волны. Модель корабля помещали в гиперзвуковую аэродинамическую трубу с потоком воздуха свыше 7 км/с — это соответствует скорости газов вокруг корабля при реальном входе в атмосферу. Воздействие потока длилось десятки микросекунд, но этого хватило для выявления тенденций.
Ранее для имитации магнитного поля учёные использовали постоянные неодимовые магниты внутри моделей. Это ограничивало диапазон полей и не позволяло быстро менять их конфигурацию. Группа под руководством Коэи Симамуры заменила постоянный магнит импульсным электромагнитом из набора катушек, питаемым импульсной цепью с коротким мощным током.
Две модели с разной геометрией получили разные конфигурации катушек. Электромагнит сформировал поля напряжённостью 1,24 и 1,58 Тл — последнее значение более чем вдвое превышает поле обычных неодимовых магнитов, что расширяет диапазон параметров экспериментов.
Синхронно с ударной волной работала высокоскоростная камера, фиксировавшая свечение нагретого ударного слоя. При включённом поле толщина светящегося слоя увеличивалась более чем на 15% — это подтверждает, что область плазмы действительно отдалялась от поверхности модели.
При входе в атмосферу перед аппаратом формируется ударная волна, а воздух в слое нагревается до тысяч градусов и частично ионизируется. Магнитное поле корабля взаимодействует со слабоионизированной плазмой, оттесняя горячий слой от поверхности и увеличивая сопротивление.
Это снижает требования к тепловому экрану возвращаемых аппаратов и создаёт дополнительный ресурс для торможения без лишних затрат массы.