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Le réacteur plasma en fibre de carbone permet une adaptabilité extrême sans compromis recherche

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Le réacteur plasma en fibre de carbone permet une adaptabilité extrême sans compromis  recherche

La production de céramiques et d’alliages à point de fusion extrêmement élevé pour les applications de moteurs et de corps de fusée nécessite souvent des températures non seulement très élevées, mais également parfaitement soutenues et uniformes. Un nouveau réacteur prétend pouvoir répondre à ces normes strictes grâce à une configuration à base de fibre de carbone qui produit du plasma avec des températures allant jusqu’à 8 000 K sur plusieurs centimètres cubes et qui est également stable pendant 10 minutes.

Le plasma stable, familier des enseignes au néon et des téléviseurs, exploite des pressions extrêmement basses, où la tension appliquée enlève les électrons du gaz, qui se précipitent ensuite vers l’électrode positive. Cependant, la faible masse des électrons signifie que même à des vitesses élevées, ils n’ont pas l’impulsion nécessaire pour influencer les réactions chimiques. Comme la vitesse des ions restants change peu, la température du gaz lui-même reste basse.

Pour générer un plasma à haute température, des pressions plus élevées sont nécessaires, de sorte que les collisions entre ions étroitement emballés augmentent leur vitesse. À l’aide d’une pointe pointue autour de laquelle focaliser un champ électrique, des filaments de plasma peuvent être créés à la pression atmosphérique en fournissant un chemin privilégié aux électrons – le principe derrière les paratonnerres. Cependant, ici, la température n’augmente que sur la longueur du filament. La différence de température entre les filaments du plasma et le gaz environnant rend ce plasma très instable.

« Ce que nous faisons ici, c’est une combinaison des deux », explique Liangping Hu, de l’Université du Maryland. « Nous avons des pointes donc nous avons une température élevée, mais elles se soutiennent donc nous avons de la stabilité. »

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Avantage carbone

Les chercheurs ont utilisé des fibres de carbone de chaque côté d’une cavité à plasma à pression atmosphérique. Certaines fibres de carbone tissées dans le feutre sont naturellement plates tandis que d’autres tiennent debout. Ces faisceaux de fibres courtes et droites sont essentiels à la stabilité du plasma, fournissant efficacement un réseau de paratonnerres afin que les filaments de plasma de chacun d’eux convergent, donnant une température très uniforme et élevée.

«Nous avons eu de la chance», déclare Ji-Cheng Zhao, également du Maryland. Monde de la chimie, qui met en valeur l’excellente conductivité thermique de la fibre de carbone, qui évacue efficacement la chaleur. « Même si la température du plasma est de 8 000 degrés Celsius, nous ne brûlons pas la pointe comme un fou : nous pouvons garder le plasma allumé pendant 10 minutes. »

Comme il le souligne, les gens savent depuis longtemps que les conseils sont utiles lors de la création de plasma. Les scientifiques ont également tenté de créer des sous-structures dans l’espoir de produire l’effet que l’équipe américaine a désormais obtenu. Cependant, force est de constater qu’aucun d’entre eux n’a tenté d’utiliser le carbone, qui s’est avéré être l’élément magique. Le carbone retient beaucoup moins étroitement les électrons que les métaux, de sorte que le potentiel d’émission est plus faible et qu’il présente l’une des températures de fusion les plus élevées parmi les matériaux connus – même si le carbone doit être brûlé à des températures de plasma extrêmement élevées, il survit grâce à sa chaleur élevée. Livraison. Même les longues fibres rebelles perpendiculaires à la surface du feutre jouent un rôle utile lors du démarrage du plasma. « L’essentiel est d’utiliser ces matrices de carbone », explique Hu. « Cela a pratiquement résolu tous les problèmes. »

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Lakshminarayana Rao de l’Institut indien des sciences, qui a également étudié les moyens d’exploiter le plasma mais n’a pas participé à ces recherches, a souligné l’utilité de ce développement. « Les plasmas thermiques ont une densité d’énergie élevée qui facilite les processus et le traitement des matériaux à des températures extrêmement élevées, conduisant à l’invention et aux tests de nouveaux matériaux. »

apparence

Les chercheurs ont déjà utilisé cette configuration pour fabriquer du carbonitrure de hafnium – « le matériau au point de fusion le plus élevé prévu à partir des premiers principes », souligne Zhao, et donc utile pour divers moteurs hautes performances et même des fusées. Les chercheurs ont également pu activer et désactiver le plasma, ce qui leur a permis d’exploiter cette configuration pour fabriquer un verre amorphe d’oxyde de magnésium, malgré son point de fusion très élevé de 2 850 degrés Celsius.

Ils étudient actuellement si le réacteur pourrait être utilisé pour détruire ce que l’on appelle les « produits chimiques éternels » ou PFAS. Bien que la taille de leur réacteur soit limitée par l’alimentation électrique du laboratoire, les chercheurs pensent qu’avec plus de puissance, ils pourraient l’augmenter de plusieurs centimètres carrés de largeur et de plusieurs dizaines de millimètres de profondeur.

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L'atterrisseur lunaire japonais dort après avoir survécu à la nuit lunaire – journal

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L'atterrisseur lunaire japonais dort après avoir survécu à la nuit lunaire – journal

TOKYO : L'atterrisseur japonais est revenu en mode veille après avoir étonnamment survécu à une nuit lunaire glaciale de deux semaines, a annoncé l'agence spatiale japonaise, avec une autre tentative pratique prévue pour la fin du mois.

L'atterrisseur intelligent d'exploration lunaire (SLIM) sans pilote a atterri en janvier sous un angle bancal qui a laissé ses panneaux solaires pointés dans la mauvaise direction.

Au fur et à mesure que l'angle du soleil changeait, il reprenait vie pendant deux jours et effectuait des observations scientifiques du cratère avec une caméra performante. Cette semaine, la sonde SLIM, qui « n'a pas été conçue pour les dures nuits lunaires », lorsque les températures descendent jusqu'à moins 133 degrés, a encore créé la surprise en se réveillant deux semaines plus tard.

« SLIM s'est rendormi au coucher du soleil juste après 3 heures du matin (heure japonaise) le 1er », a déclaré vendredi l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale (JAXA) sur X, anciennement connue sous le nom de Twitter, à côté d'une photo de la surface rocheuse de la lune capturée par le vaisseau spatial. Mars ». L'enquête.

« Bien que la probabilité d'échec augmente en raison des cycles de chaleur extrêmes, nous essaierons de faire fonctionner SLIM à nouveau lorsque la lumière du soleil reviendra fin mars », a déclaré l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale.

Cette annonce intervient après que l'atterrisseur américain sans pilote Odysseus soit devenu le premier vaisseau spatial privé à se rendre sur la Lune. L'atterrisseur a transmis sa dernière image jeudi avant que ses réserves d'énergie ne soient épuisées.

Le rover SLIM, surnommé « Moon Sniper » en raison de sa technique d'atterrissage précise, a atterri à l'intérieur de la zone d'atterrissage cible le 20 janvier.

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Publié dans Al-Fajr, le 3 mars 2024

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Podcast de cette semaine dans l'espace : Épisode 100 – À bord de Virgin Galactic dans l'espace

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Podcast de cette semaine dans l'espace : Épisode 100 – À bord de Virgin Galactic dans l'espace

sur Épisode 100 de Cette semaine dans l'espaceTarek Woroud accueille à nouveau le Dr Alan Stern du Southwest Research Institute pour partager son expérience de vol à bord d'un avion spatial privé.

Alan, planétologue et chercheur principal de la mission New Horizons de la NASA vers Pluton et au-delà, effectuera un vol spatial suborbital en novembre 2023 à bord de l'avion spatial VSS Unity de Virgin Galactic. Il explique à quoi ressemble cette expérience, ce qu'elle promet pour la future science spatiale, et bien plus encore.

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Un accident spatial signifie que les tardigrades pourraient avoir pollué la Lune : ScienceAlert

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Un accident spatial signifie que les tardigrades pourraient avoir pollué la Lune : ScienceAlert

Il y a un peu plus de cinq ans, le 22 février 2019, une sonde spatiale sans pilote était placée en orbite autour de la Lune.

Le nom de la chose Beresheet Il a été construit par SpaceIL et Israel Aerospace IndustriesIl était censé être le premier vaisseau spatial privé à effectuer un atterrissage en douceur. Parmi la cargaison de la sonde se trouvaient des tardigrades, célèbres pour leur capacité à survivre même dans les climats les plus rigoureux.

la mission Il a eu un problème depuis le débutAvec l'échec des caméras de « suivi stellaire » chargées de déterminer la direction de l'engin spatial et ainsi contrôler correctement ses moteurs. Les contraintes budgétaires ont dicté une conception raccourcie et, même si le centre de commandement a pu surmonter certains problèmes, les choses sont devenues plus difficiles le 11 avril, jour du débarquement.

En route vers la Lune, le vaisseau spatial voyageait à grande vitesse et a dû ralentir pour effectuer un atterrissage en douceur. Malheureusement, lors de la manœuvre de freinage, le gyroscope est tombé en panne, bloquant le moteur principal.

A 150 m d'altitude, Beresheet Il roulait toujours à 500 km/h, trop rapide pour être arrêté à temps. La collision a été violente puisque la sonde s'est brisée et ses restes ont été dispersés sur une distance d'une centaine de mètres. Nous le savons car le site a été photographié par le satellite LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) de la NASA le 22 avril.

Des animaux capables de (presque) tout gérer

Alors qu'est-il arrivé à tardigrades Qui voyageait à bord de la sonde ? Compte tenu de leur remarquable capacité à survivre à des situations qui tueraient presque n’importe quel autre animal, est-il possible qu’ils aient pollué la Lune ? Pire encore, peuvent-ils le reproduire et le coloniser ?

Les tardigrades sont des animaux microscopiques mesurant moins d'un millimètre de long. Ils possèdent tous des cellules nerveuses, une bouche s'ouvrant au bout d'une trompe rétractable, un intestin contenant des organismes microscopiques et quatre paires de pattes non articulées terminées par des griffes, dont la plupart sont dotées d'yeux. Malgré leur petite taille, ils partagent un ancêtre commun avec les arthropodes comme les insectes et les araignées.

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La plupart des tardigrades vivent dans des milieux aquatiques, mais on peut les trouver dans n'importe quel environnement, même dans les zones urbaines. Emmanuel Delagotchercheur au Centre national de la recherche scientifique, les récolte dans les mousses et les lichens du Jardin des Plantes à Paris.

Pour être actifs, se nourrir de microalgues comme la chlorelle, et se déplacer, croître et se reproduire, les tardigrades ont besoin d'être entourés d'une couche d'eau. Ils se reproduisent de manière sexuée ou asexuée par parthénogenèse (à partir d'un œuf non fécondé) ou même par hermaphrodisme, lorsqu'un individu (ayant à la fois des gamètes mâles et femelles) s'autoféconde.

Une fois l'œuf éclos, la vie active du tardigrade dure de 3 à 30 mois. Un total de 1265 espèces ont été décritesdont deux fossiles.

Les tardigrades sont réputés pour leur résistance à des conditions qui n’existent ni sur Terre ni sur la Lune. Ils peuvent arrêter le métabolisme en perdant jusqu’à 95 % de l’eau corporelle. Certaines espèces fabriquent du sucre, le tréhalose, qui Agit comme un antigelD’autres synthétisent des protéines censées intégrer les composants cellulaires dans un réseau de « verre » amorphe qui assure la résistance et la protection de chaque cellule.

Lors de la déshydratation, le corps d'un tardigrade peut réduire de moitié sa taille normale. Les pattes disparaissent et seules les griffes restent visibles. Cet état, connu sous le nom Cryptobiosese poursuit jusqu'à ce que les conditions de vie active redeviennent favorables.

Selon le type de tardigrade, les individus ont besoin de plus ou moins de temps pour se déshydrater et tous les spécimens d'une même espèce ne sont pas capables de reprendre une vie active. Les adultes déshydratés survivent quelques minutes à des températures aussi basses que -272°C ou jusqu'à 150°C, et à long terme à des doses gamma élevées de 1 000 ou 4 400 Gy.

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En comparaison, une dose de 10 Gy est mortelle pour l’homme, et 40 à 50 000 Gy stérilisent tous types de matériaux. Cependant, quelle que soit la dose, les radiations tuent les œufs tardigrades. De plus, la protection conférée par la cryptobiose n’est pas toujours claire, comme dans le cas de Melnésium tardigradeumLes radiations affectent de la même manière les animaux actifs et déshydratés.

Les types Melnésium tardigradeum Dans son état actif. (n'importe lequel. Shukrai, Yu. Warnken, A. Hotz-Wagenblatt, MA Groehme, S. Henger et coll. (2012)., CC par)

La vie lunaire ?

Alors, qu’est-il arrivé aux tardigrades après leur collision avec la lune ? Certains d’entre eux sont-ils encore viables, enterrés sous la lune ? Le richeDes poussières allant de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres de profondeur ?

Tout d’abord, ils doivent avoir survécu à l’impact. Tests de laboratoire Il a été démontré que des échantillons congelés de… Hypsibius Dujardini Les espèces se déplaçant à 3 000 km/h dans le vide ont subi des dommages mortels lorsqu'elles ont heurté le sable. Cependant, ils ont survécu à des impacts de 2 600 kilomètres par heure ou moins, et leurs « atterrissages durs » sur la Lune, qu’ils soient indésirables ou non, ont été beaucoup plus lents.

La surface de la Lune n’est pas protégée des particules solaires et des rayons cosmiques, notamment gamma, mais là aussi, les tardigrades seraient capables de résister.

En fait, Robert Wimmer-Schoengruber, professeur à l'Université de Kiel en Allemagne, et son équipe ont montré que… Les doses de rayons gamma frappant la surface de la Lune étaient constantes mais faibles Par rapport aux doses ci-dessus, 10 ans d’exposition aux rayons gamma lunaires équivalent à une dose totale d’environ 1 Gy.

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Mais se pose ensuite la question de la « vie » sur la Lune. L'ours d'eau devra supporter des pénuries d'eau ainsi que des températures allant de -170 à -190°C la nuit lunaire et de 100 à 120°C le jour.

Le jour ou la nuit lunaire dure longtemps, un peu moins de 15 jours terrestres. La sonde elle-même n’a pas été conçue pour résister à des conditions aussi extrêmes, et même si elle ne s’était pas écrasée, elle aurait cessé toute activité après seulement quelques jours sur Terre.

Malheureusement pour les tardigrades, ils ne peuvent pas surmonter le manque d’eau liquide, d’oxygène et de microalgues – et ne pourront jamais se réactiver, encore moins se reproduire. Leur colonisation de la Lune est donc impossible.

Cependant, des échantillons inactifs existent sur le sol lunaire, et leur présence soulève des questions éthiques, telles que : Matthieu Soie» souligne un écologiste de l'université d'Edimbourg. De plus, alors que l’exploration spatiale prend son essor dans toutes les directions, polluer d’autres planètes pourrait nous faire manquer la découverte de la vie extraterrestre.

L'auteur remercie Emmanuel Delagot et Cédric Houbas du Musée de Paris, ainsi que Robert Wimmer-Schoengruber de l'Université de Kiel, pour leur lecture critique du texte et leurs conseils.Conversation

Laurent Palkadirecteur de conférences, Muséum National d'Histoire Naturelle (MNHN)

Cet article a été republié à partir de Conversation Sous licence Creative Commons. Lis le Article original.

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