Новый симулятор низкой гравитации открывает новые возможности для космических исследований и подготовки к полетам

Исследователи из инженерного колледжа FAMU-FSU и Национальной лаборатории высокого магнитного поля со штаб-квартирой в Университете штата Флорида разработали новый инструмент, который поможет решить эту проблему - новый дизайн симулятора низкой гравитации, который обещает открыть новые почву для будущих исследований космоса и жилья.

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. Работа опубликована в журнале NPJ Microgravity.

«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 исследования. «Космические эксперименты часто ограничиваются высокой стоимостью, небольшими размерами и массой полезной нагрузки. Поэтому важна разработка наземных симуляторов с низкой гравитацией».

Существующие симуляторы, такие как параболические вышки и параболические самолеты, используют свободное падение для создания почти нулевой гравитации. Но у этих установок обычно короткая 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.

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

Чтобы увеличить функциональный объем MLS, исследователям понадобился магнит, который позволил создать равномерную силу левитации, которая уравновесила 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 более 4000 микролитров может быть достигнут в компактном змеевике диаметром всего 8 сантиметров», - сказал соавтор статьи докторант Хамид Санаванди. «Когда ток в MLS уменьшается, чтобы имитировать гравитацию на Марсе, функциональный объем может превышать 20 000 микролитров, или около 20 кубических сантиметров».

Исследователи также показали, как MLS может быть изготовлен с использованием существующих высокотемпературных сверхпроводящих материалов, что позволяет ему работать с минимальным потреблением энергии.

Эта работа может оказаться особенно полезной при подготовке к будущим космическим полетам, направленным на долгосрочное заселение Луны и Марса.

«Тот факт, что наша конструкция MLS предлагает функциональный объем примерно на 3 порядка больше, чем у обычных соленоидных MLS, делает ее потенциальным переломным моментом в области исследований с низкой гравитацией», - сказал Гуо. «Когда эта конструкция MLS используется для имитации пониженной гравитации во внеземных средах, полученный функциональный объем достаточно велик, чтобы вместить даже небольшие растения, что делает его полезным инструментом для медицинских и биологических исследований».