Дизайн симулятора с низкой гравитацией открывает новые возможности для космических исследований

Исследователи из инженерного колледжа FAMU-FSU и Национальной лаборатории сильного магнитного поля со штаб-квартирой в Университете штата Флорида разработали новый инструмент, который поможет решить эту задачу — новый дизайн симулятора низкой гравитации, который обещает открыть новые возможности для будущего космоса. исследования и жилье.

Слева: схематическое изображение магнитной системы, разработанной Санаванди и Го. Справа: контурный график энергии захвата образца воды, помещенного в предлагаемый магнит, который показывает размер и форму области, в которой сила тяжести составляет один процент от силы тяжести Земли. (Предоставлено Вэй Го / Инженерный колледж FAMU-FSU)

Их новая конструкция симулятора низкой гравитации на основе магнитной левитации может создать зону с низкой гравитацией, объем которой примерно в 1000 раз больше, чем у существующих симуляторов того же типа.

«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», — сказал Вэй Го, доцент кафедры машиностроения и ведущий ученый. на исследование. «Однако космические эксперименты часто ограничиваются высокой стоимостью, небольшими размерами и массой полезной нагрузки. Поэтому разработка наземных тренажеров с малой гравитацией важна ».

Существующие симуляторы, такие как параболические вышки и параболические самолеты, используют свободное падение для создания почти нулевой гравитации. Но эти установки обычно имеют короткую продолжительность работы в условиях низкой гравитации, то есть от нескольких секунд до нескольких минут, что делает их непригодными для экспериментов, требующих длительного времени наблюдения. С другой стороны, имитаторы на основе магнитной левитации (MLS) могут предложить уникальные преимущества, включая низкую стоимость, легкий доступ, регулируемую гравитацию и практически неограниченное время работы.

Но обычная MLS может создать только небольшой объем с низкой гравитацией. Когда типичный симулятор имитирует среду, в которой гравитация Земли составляет около 1 процента, функциональный объем составляет всего несколько микролитров, что слишком мало для практических космических исследований и приложений.

Чтобы увеличить функциональный объем MLS, исследователям понадобился магнит, который позволил бы создать равномерную силу левитации, которая уравновешивала 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.

«Наш анализ показывает, что беспрецедентный функциональный объем, превышающий 4000 микролитров, может быть достигнут в компактном змеевике с диаметром всего восемь сантиметров», — сказал докторант Хамид Санаванди, соавтор статьи. «Когда ток в MLS уменьшается, чтобы имитировать гравитацию на Марсе, функциональный объем может превышать 20 000 микролитров, или около 20 кубических сантиметров».