Недавно проведенный эксперимент показал, что построение углеродных наноматериалов в различных условиях гипергравитации протекает совершенно по-иному. Результаты проведенного исследования чрезвычайно полезны для понимания синтеза углеродных наноструктур и поведения скользящих дуговых разрядов.
Экспертом «GRAVARC» руководят два аспиранта из Masaryk University (Масариков университет), который по количеству студентов занимает в Чешкой республике второе место. Они изучают поведение скользящих дуг электрического разряда при различных уровнях гравитации.
Эксперимент проводился в Large Diameter Centrifuge, установленной в ESTEC Европейского космического агентства. Центрифуга, диаметром 8 метров, способна моделировать условия гравитации, более чем в 20 раз превышающие земные.
В аппарате «GRAVARC» скользящая электрическая дуга образуется между двумя расходящимися (отклоняющимися) электродами. Она зарождается там, где расстояние меду электродами минимально, после чего скользит вдоль к более широкой части. Когда скользящие дуги достигают максимальной длины, разряд гаснет и цикл повторяется заново. Цель эксперимента заключалась в том, чтобы выяснить, как эффекты гравитации отражаются на форме, интенсивности, цвете и спектрах излучения разряда.
Они также хотели изучить влияние углеродного наноматериала, произведённого в разряде. По словам Jiri Sperka, одного из инициаторов эксперимента, толчком к проведению эксперимента послужило простое любопытство, так как проводилось очень много исследований с электрическими дугами, но ни разу со скользящими разрядами.
В ходе эксперимента было установлено, что дуга в условиях более высоких уровней гравитации, скользила быстрее. Электрические дуги могут возникать в технологических системах, таких, что установлены на самолётах и космических аппаратах. Зная о условиях, в которых происходит образование дуги, и том, как именно она развивается, можно предупредить много проблем, связанных с безопасностью.
Кроме того, во время запусков, направленных на выведение космических аппаратов на орбиту, могут преобладать самые различные гравитационные условия. Эксперименты, такие как «GRAVARC», позволяют продемонстрировать, как скользящие электрические дуги ведут себя в таких ситуациях.
Команда в настоящее время работает над компьютерными моделями, которые позволят описать поведение скользящих дуг. Это крайне сложная задача, потому что плазма от дуги смешивается с окружающим газом, создавая сложную смесь.
Вторая часть эксперимента была направлена на изучение наноструктур, которые формируются в газе, окружающем дугу. Дуга нагревает газ, превращая его в плазму, в которой электронные частицы «покидают» атомы. При помещении электродов в богатый метаном газ, происходит формирование углеродных наноструктур.
Такие методы широко распространены в синтетическом производстве углеродных наноматериалов. Команда исследовала, как на этот процесс влияет гравитация. Аспиранты обнаружили, что структуры, построенные в 1g, 6g и 15g отличаются друг от друга. Было установлено, что при более высоких уровнях гравитации наблюдался как поверхностный, так и объемный рост структур.
Команда опубликовала результаты исследований в «Materials Research Bulletin», также использовала их для написания своих диссертаций.
