Desain simulator gravitasi rendah membuka jalan baru untuk eksplorasi ruang angkasa dan pelatihan misi

Ketika umat manusia melanjutkan eksplorasi alam semesta, lingkungan ruang dengan gravitasi rendah menimbulkan tantangan yang tidak biasa bagi para ilmuwan dan insinyur.

Para peneliti di FAMU-FSU College of Engineering dan National High Magnetic Field Laboratory, yang berbasis di Florida State University, telah mengembangkan alat baru untuk memenuhi tantangan ini – sebuah desain baru untuk gravitasi rendah simulator yang menjanjikan untuk membuka jalan baru bagi penelitian dan kehidupan luar angkasa di masa depan.

Desain baru Anda untuk simulator gravitasi rendah berbasis levitasi magnetik dapat menciptakan area gravitasi rendah dengan volume kira-kira 1.000 kali lebih besar dari simulator sejenis yang ada saat ini. Karya tersebut diterbitkan dalam jurnal gravitasi mikro npj.

“Gravitasi rendah memiliki dampak besar pada perilaku sistem biologis dan juga mempengaruhi banyak proses fisik dari dinamika dan perpindahan panas cairan hingga pertumbuhan dan pengorganisasian diri bahan,” kata Wei Guo, profesor teknik mesin dan ilmuwan senior. pada Studi. “Namun, eksperimen ruang angkasa seringkali dibatasi oleh biaya tinggi dan ukuran serta massa muatan yang kecil. Oleh karena itu, penting untuk mengembangkan simulator gravitasi rendah berbasis darat.”

Simulator yang ada seperti menara jatuh dan pesawat parabola menggunakan jatuh bebas untuk membuat hampir tanpa bobot. Namun, sistem ini biasanya memiliki durasi gravitasi rendah yang pendek, yaitu beberapa detik hingga beberapa menit, yang membuatnya tidak cocok untuk eksperimen dengan waktu pengamatan yang lama. Di samping itu, Teknologi levitasi magnetiksimulator berbasis (MLS) dapat menawarkan manfaat unik termasuk biaya rendah, aksesibilitas mudah, gravitasi yang dapat disesuaikan, dan waktu kerja yang hampir tidak terbatas.

Tetapi MLS konvensional hanya dapat membuat volume kecil dengan gravitasi rendah. Jika simulator tipikal meniru lingkungan sekitar 1 persen dari gravitasi bumi, volume fungsional hanya beberapa mikroliter, terlalu kecil untuk eksplorasi dan aplikasi ruang angkasa praktis.

Untuk meningkatkan volume fungsional MLS, para peneliti membutuhkan magnet yang dapat menghasilkan gaya levitasi yang seragam, yang menyeimbangkan gaya gravitasi dalam volume besar. Mereka menemukan bahwa mereka dapat melakukan ini dengan memasukkan magnet superkonduktor ke dalam kumparan Maxwell gradien – konfigurasi kumparan yang pertama kali diusulkan pada abad ke-19 oleh fisikawan James Clark Maxwell.

“Analisis kami menunjukkan bahwa volume fungsional lebih dari 4.000 mikroliter yang belum pernah terjadi sebelumnya dapat dicapai dalam kumparan kompak dengan diameter hanya delapan sentimeter,” kata mahasiswa PhD Hamid Sanavandi, rekan penulis karya tersebut. “Jika arus di MLS dikurangi untuk meniru gravitasi di Mars, volume fungsional dapat melebihi 20.000 mikroliter, atau sekitar 20 sentimeter kubik.”

Para peneliti juga menunjukkan bagaimana MLS dapat dibuat dengan bahan superkonduktor suhu tinggi yang ada untuk menjalankannya dengan konsumsi energi minimal.

Pekerjaan ini terbukti sangat berguna dalam mempersiapkan misi luar angkasa masa depan yang ditujukan untuk kolonisasi jangka panjang Bulan dan Mars.

“Fakta bahwa desain MLS kami menawarkan volume fungsional yang kira-kira tiga kali lipat lebih besar daripada MLS magnetik tradisional, menjadikannya pengubah permainan potensial di kelas rendah.Berat Area penelitian, “kata Guo.” Ketika desain MLS ini digunakan untuk meniru pengurangan gravitasi di lingkungan luar bumi seperti Bulan atau Mars, hasilnya volume cukup besar untuk menampung bahkan tanaman kecil, yang menjadikannya alat yang menarik untuk penelitian medis dan biologi.”