As atmosferas mais densas de Vênus, Júpiter e outros planetas do sistema solar exigirão novos escudos de calor para proteger as sondas e o equipamento científico a bordo da sonda. As ferramentas tradicionais de exploração de materiais são pouco úteis na simulação das condições de entrada nas atmosferas planetárias. Mas os cientistas descobriram um instrumento novo e incomum para o tokamak DIII-D. O plasma gerado na instalação simula idealmente as condições de entrada na atmosfera.
Amostras de carbono antes do tratamento de plasma (esquerda) e depois (direita). Fonte da imagem: General Atomics
O tokamak DIII-D na General Atomics foi lançado no final dos anos 1980. Um dos objetivos da instalação é testar materiais promissores para reatores termonucleares. A instalação está equipada com uma plataforma DiMES com um conjunto de instrumentos de medição. Com base nessa plataforma, os cientistas podem expor amostras de teste a várias condições de plasma, bem como lançar grânulos do material de teste através do plasma. É esta plataforma que cientistas da Universidade da Califórnia em San Diego e outras instituições científicas nos Estados Unidos adaptaram para estudar materiais para escudos térmicos de espaçonaves de reentrada.
«Algumas regiões do plasma de fusão DIII-D estão muito próximas das condições obtidas quando os escudos de calor colidem com a atmosfera do planeta em velocidades extremas, disse o Dr. Dmitry Orlov, da Universidade da Califórnia, San Diego, que liderou a equipe de pesquisa. “Nossos objetivos nesses experimentos são usar essas condições e o rico conjunto de ferramentas de diagnóstico DIII-D para desenvolver um modelo preciso do comportamento do escudo térmico.”
O grupo de Orlov realizou uma série de experimentos para medir a taxa de ablação (remoção de partículas sólidas da superfície do material) de amostras de carbono e para refinar os modelos de comportamento do escudo térmico à base de carbono. Experimentos mostraram que o teste de plasma em um tokamak é mais preciso do que o teste com laser, projéteis hipersônicos e jatos de plasma. Outros experimentos ajudarão a selecionar os materiais ideais para os escudos de calor de espaçonaves para futuras missões a Vênus, Júpiter e outros planetas de nosso sistema com uma atmosfera mais densa e agressiva.