来自圣彼得堡国立大学和图波列夫喀山国立研究技术大学-KAI的一组俄罗斯科学家开发了一种理论模型来描述分子气体中微波放电等离子体形成的条件，这为在地球和其他行星的大气中以超音速受控空气动力学飞行开辟了道路。
图片来源：AI一代康定斯基3.0/3D新闻
当在大气层的密集层中移动时，超音速飞机或太空下降飞行器会以超高速被气流冲刷。显然，沿船舶航向的气体密度的受控变化将导致其向一个方向或另一个方向偏转。使这个过程易于管理意味着能够控制飞行方向，或者至少增加其稳定性，从而提高安全性。
如您所知，在以超音速运动的飞机附近，存在点加热和气体密度变化的区域。为了控制设备的运动，必须能够控制加热气体的流动。这可以在带电气体区域的帮助下完成，即等离子体结构，这些等离子体结构将在超高频 （SHF） 放电的帮助下在距飞机表面一定距离处形成。
同时，微波放电可以以两种模式发生：以带电粒子的弥漫云的形式，或以丝状放电的形式。不难猜测，丝状放电导致气体的最大加热，作为更密集的形成，这反过来又对进入气流的密度产生最大的影响。航天器前方的空气密度降低，这使得它更容易在大气层中移动。
科学家们创建了一个模型来描述这种现象的物理特性。 “模拟表明，扩散放电首先以带电和激发粒子的'云'形式伸展，然后变成丝状等离子体，更密集的'团块'。随着这种转变，带电粒子的浓度急剧增加，主要是沿着等离子体的中心轴，“发表在《等离子体来源科学与技术》杂志上的一份工作报告说。
根据该模型，等离子体的温度在 10 到 15 μs 内从 185 °C 增长到 830 °C 时会升高。这是因为当激发的氮粒子相互作用时，会释放出大量能量，用于加热气体，这也降低了其密度。之所以选择氮气进行模拟，是因为氮气是地球大气层的主要成分之一。顺便说一句，当氧分子包含在模型中时，该过程又加速了 4 μs。未来，科学家们将更仔细地研究氧分子对微波放电形成的影响。
仿真结果：微波天线中的电场分布。图片来源：Saifutdinov 和 Kustova / Plasma Sources Science and Technology，2023 年。
“从基本的角度来看，所提出的模型很有趣，因为它允许我们描述微波放电的参数如何变化和再现它们的各种形式，并且从应用的角度来看，因为它有助于预测降低超音速流中气体密度的最佳条件。这将使控制飞机的运动速度和方向成为可能，从而降低坠毁的可能性，“参与该项目的项目参与者Almaz Sayfutdinov解释说，物理和数学科学博士，喀山国立研究技术大学普通物理系副教授，以A.N. 图波列夫-凯。
总有一天，超音速飞机将拥有等离子体形成垫，可以节省燃料并提高船舶的可控性，这在今天似乎是未来的形象。剩下唯一要做的就是想出反重力。但那是另一回事了。
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