Табдил додани гази карбон (CO₂), ки тақрибан %95 атмосфераи Миррихро ташкил медиҳад, ба маҳсулоти дорои оксиген ва карбон дар доираи истифодаи захираҳо дар маҳал (In Situ Resource Utilization, ISRU) яке аз самтҳои муҳими таҳқиқот барои миссияҳои ояндаи инсонӣ ва роботии Миррих мебошад. Плазмаҳои ғайриҳароратии радио-басомадӣ (RF) имкон медиҳанд, ки бидуни баланд кардани ҳарорати тамоми газ, молекулаҳои CO₂ тавассути электронҳои энергиявӣ аз ҷиҳати ларзишӣ барангехта, ионизатсия ва диссотсиатсия карда шаванд. Аммо дар моделҳои баланддақиқи плазма, ки даҳҳо навъи химиявӣ ва садҳо реаксияро дар бар мегиранд, ҳалли дубораи ҳар як геометрияи нави реактор метавонад соатҳо ва ҳатто даҳҳо соат талаб кунад. Ин таҳқиқот барои пешгӯии фаврии рафтори пурраи фазо-вақтии плазмаи RF CO₂ дар шароити Миррих ҳангоми тағйир ёфтани фосилаи байни электродҳо модели surrogate-и асосёфта ба Deep Operator Network (DeepONet)-ро таҳия мекунад. DeepONet аз фосилаи электродҳо зичии 26 навъи зарра, майдони барқӣ ва ҳарорати электронро, яъне дар маҷмӯъ 28 майдони физикиро меомӯзад. Маълумоти омӯзишӣ аз модели ҷараёнӣ, ки дар шароити 4.5 Torr, 210 K, 13.56 MHz ва 10 W/cm² тасдиқ шудааст, тавлид шудааст. Дар ҳоле ки ҳалли анъанавии ҷараёнӣ барои геометрияи нав соатҳо/даҳҳо соат талаб мекунад, модели омӯзонидашуда метавонад ҳамон майдонҳои физикиро дар камтар аз як сония пешгӯӣ кунад. Барои зичии электрон, хатогиҳо дар минтақаи омӯзиш тақрибан \(10^{-5}\), дар экстраполятсияҳои наздик бошад дар тартиби \(10^{-4}\) мебошанд. Таҳлили физикӣ нишон медиҳад, ки бо зиёд шудани фосилаи электродҳо зичии электрон ва истеҳсоли CO/O/O₂ зиёд мешаванд; майдони максималии барқӣ ва ҳарорати электрон коҳиш меёбанд; сохтори sheath ва популятсияҳои CO₂-и аз ҷиҳати ларзишӣ барангехташуда тағйир меёбанд. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки DeepONet барои сканкунии босуръати геометрӣ ва оптимизатсияи реакторҳои табдили CO₂ бо ёрии плазма барои Миррих абзори surrogate-и тезеро пешниҳод мекунад, ки метавонад дар як ҳамсоягии муайяни параметрӣ ҷойгузини ҳалли баланддақиқи плазма шавад; аммо экстраполятсияҳои дур ва тағйири ҳамзамони фишор, қувва, басомад ё шароити ҷараён ҳанӯз тасдиқ нашудаанд.

Яке аз роҳҳои кам кардани миқдори оксиген ва сӯзишворие, ки аз Замин ба Миррих бурда мешавад, истифода бурдани атмосфераи мавҷудаи сайёра ҳамчун ашёи хом мебошад. Тибқи таҳқиқоти манбаъ, тақрибан %95 атмосфераи Миррих аз рӯи ҳаҷм CO₂ мебошад. Аз ин рӯ, табдили CO₂ ба маҳсулоте монанди O₂ ва CO аз нигоҳи таъмини ҳаёт, истеҳсоли оксидкунанда ва синтезҳои минбаъдаи сӯзишворӣ яке аз номзадҳои асосии низомҳои ISRU аст.

Таҳқиқот дар баробари ёдовар шудани алтернативаҳо, аз ҷумла табдили каталитикӣ тавассути реголит, реаксияи Sabatier, коҳиши электрохимиявии CO₂ ва электролизи оксиди сахти ҳарорати баланд, таъкид мекунад, ки бартарии асосии плазмаи ғайриҳароратӣ дар тақсимоти энергия аст. Дар плазмаи ғайриҳароратӣ электронҳо метавонанд энергияи баланд ба даст оранд, дар ҳоле ки ҳамаи зарраҳои вазнини газ шарт нест, ки ба ҳамон дараҷа гарм карда шаванд. Бо ин роҳ, электронҳои энергиявӣ метавонанд пайвандҳои қавии CO₂-ро тавассути равандҳои ионизатсия, барангезиши ларзишӣ ва диссотсиатсия фаъол созанд.

Чаро Плазмаи RF CO₂ дар Миррих Ҷолиб Аст?

Плазмаи RF CO₂ аз он сабаб ҷолиб аст, ки дар муҳити пастфишори Миррих, ки бо фишори тақрибан 4.5 Torr ва ҳарорати 210 K ифода мешавад, метавонад молекулаҳои CO₂-ро бо электронҳои энергиявӣ фаъол кунад, бидуни он ки тамоми газ аз ҷиҳати ҳароратӣ аз ҳад зиёд гарм шавад. Қобилияти разряди RF, махсусан дар реҷаи α, барои ташкили минтақаи нисбатан васеъ ва якхелаи плазма имкон медиҳад, ки химияи диссотсиатсияи CO₂ тавассути тағйир додани параметрҳои геометрӣ, аз ҷумла фосилаи электродҳо, оптимизатсия шавад.

Доираи физикии модели ҷараёнӣ

Маълумоти физикии ground-truth-и таҳқиқот аз модели якандоза ва худмувофиқи ҷараёни плазма гирифта шудаанд. Модел аз муодилаҳои пайвастагии намудҳо, равиши drift-diffusion барои зарраҳои заряддор, муодилаи Пуассон барои майдони барқӣ ва муодилаи энергияи электрон барои муайян кардани ҳарорати электрон иборат аст.

Дар тавсифи асосии усул зикр мешавад, ки ин 26 навъ бо 278 реаксияи элементарӣ ба ҳам пайвастанд. Бо вуҷуди ин, дар бахши Conclusion-и мақола як бор ибораи “21 species and 268 reactions” истифода шудааст. Ин ибора бо Table I ва тавсифи муфассали усул мувофиқат намекунад. Дар ин ҷо сохтори 26 навъ/278 реаксия, ки бо усул ва ҷадвали ошкори намудҳо дастгирӣ мешавад, асос гирифта шудааст ва фарқи бахши натиҷа ҳамчун номувофиқии дохили манбаъ нигоҳ дошта шудааст.

Муодилаҳои асосии пайвастагӣ ва интиқол

Тавозуни зичии шумораи электронҳо, ионҳо ва намудҳои нейтралӣ:

\[ \frac{\partial N_{e,i,n}(x,t)}{\partial t} + \frac{\partial \Gamma_{e,i,n}(x,t)}{\partial x} = S_{e,i,n}(x,t) \tag{1} \]

мебошад. Дар ин ҷо \(N\) зичии шумора, \(\Gamma\) ҷараёни зарра ва \(S\) термини холиси манбаъро, ки аз реаксияҳои химиявӣ ба вуҷуд меояд, ифода мекунад.

Ҷараёни drift-diffusion-и электронҳо ва ионҳо таҳти таъсири майдони барқӣ:

\[ \Gamma_{e,i}(x,t) = \mp\mu_{e,i}E(x,t)N_{e,i}(x,t) - D_{e,i}\frac{\partial N_{e,i}(x,t)}{\partial x} \tag{2} \]

ҳисоб мешавад, дар ҳоле ки барои намудҳои безаряд, азбаски drift-и барқӣ вуҷуд надорад:

\[ \Gamma_n(x,t) = -D_n\frac{\partial N_n(x,t)}{\partial x} \tag{3} \]

истифода мешавад.

Майдони барқӣ тавассути заряди фазоӣ бо муодилаи Пуассон муайян карда мешавад:

\[ \frac{\partial E(x,t)}{\partial x} = \frac{e}{\varepsilon_0} \left[ N_i(x,t)-N_e(x,t) \right]. \tag{4} \]

Тавозуни энергияи электрон ҳамзамон интиқоли электронҳо, энергияи аз майдони барқӣ гирифташуда, энергияи ба реаксияҳои химиявӣ гузаронидашуда ва тағйири энергия дар бархӯрдҳои электрон-зарраи вазнинро дар бар мегирад:

\[ \frac{\partial [N_e(x,t)\bar{\varepsilon}]}{\partial t} + \frac{\partial}{\partial x} \left[ \frac{5}{3}\bar{\varepsilon}\Gamma_e - \frac{5}{3} \frac{\partial}{\partial x} (\bar{\varepsilon}N_e)D_e \right] + e\Gamma_e\cdot E = -\sum_j \Delta E_jR_j - 3\frac{m_e}{m_g}k_{el}k_B(T_e-T_g). \tag{5} \]

Дар электродҳо шартҳои сарҳадии ҷараён барои зарраҳо ва энергияи электрон татбиқ шудаанд, коэффисиенти эмиссияи электрони дуюмдараҷа 0.03 гирифта шудааст ва хомӯшшавии рӯизаминии намудҳои барангехта ба ҳисоб гирифта шудааст.

Идоракунии қувваи RF

Ҷараёни разряд:

\[ I(t)=I_0\sin(2\pi ft) \]

таъриф шудааст. Дар таҳқиқот параметри асосии идоракунӣ амплитудаи ҷараён нест, балки қувваи ҳадафии вуруд аст. Барои нигоҳ доштани қувваи дилхоҳи \(P_0\), амплитудаи ҷараён дар ҳар итератсия чунин нав мешавад:

\[ I_0^{(n+1)} = I_0^{(n)} + \lambda \left( P_0+P^{(n)} \right) \tag{6} \]

ва \(\lambda=0.0005\) гирифта шудааст. Дар манбаъ қувва бо:

\[ P = f\int_{t_0}^{t_0+T} I(t)V(t)\,dt \tag{7} \]

ҳисоб мешавад.

Тасдиқи таҷрибавии модели ҷараёнӣ

Figure 1-и манбаъ табдили CO₂ ва самаранокии энергияро дар вурудҳои гуногуни хоси энергия байни ченкуниҳои таҷрибавӣ ва модели ҷараёнӣ муқоиса мекунад. Наздик будани каҷҳои ҳисобшуда ба маълумоти таҷрибавӣ заминаи физикии модели ҷараёниро, ки дар омӯзиши DeepONet истифода мешавад, таъмин мекунад.

Дар Figure 2, дар 13.56 MHz ва қувваи доимии 10 W/cm², вақте фосилаи электродҳо аз тақрибан 0.13 cm то 0.32 cm зиёд мешавад, амплитудаи шиддати RF тақрибан аз 280 V то 330 V боло меравад, дар ҳоле ки зичии ҷараён тақрибан аз 81 то 67 mA/cm² паст мешавад. Манбаъ инро бо ҳаҷми васеътари разряд ва афзоиши импеданси самараноки плазма шарҳ медиҳад.

DeepONet Дар Ин Масъалаи Плазма Чиро Меомӯзад?

DeepONet дар ин ҷо ба ҷойи азёд кардани ҳалли алоҳидаи пешакӣ муайяншудаи плазма, оператори ҳалро байни фосилаи электродҳо \(g\) ва ҳалли плазма \(U(x,t)\) дар ҳар координатаи фазо-вақт меомӯзад. Шабакаи branch геометрияро ва шабакаи trunk координатаҳои пайвастаи \(x,t\)-ро рамзгузорӣ мекунад; вақте ин ду намояндагӣ якҷо мешаванд, арзишҳои 28 майдони физикӣ ҳатто дар фосилаҳои электродии қаблан надидашуда мустақиман ҳисоб мешаванд.

Операторе, ки бояд омӯхта шавад:

\[ G:g\longrightarrow U(x,t) \]

мебошад. Шабакаи branch-и DeepONet фосилаи электродҳо \(g\)-ро гирифта:

\[ [b_1,b_2,\ldots,b_q]^T \]

вектори хусусиятҳои ниҳониро тавлид мекунад. Шабакаи trunk бошад координатаҳои пайвастаро:

\[ y=(x,t) \]

гирифта:

\[ [t_1,t_2,\ldots,t_q]^T \]

функсияҳои базисии фазо-вақтро меомӯзад. Пешгӯии як майдони физикӣ чунин ҳисоб мешавад:

\[ G(g)(x,t) \approx \sum_{k=1}^{q} b_k(g)t_k(x,t)+b_0 \tag{8} \]

Бо ҳамин тарз ҳисоб мешавад.

Дар ин меъморӣ шабакаи branch коэффисиентҳои таъсири геометрия ба ҳалро тағйир медиҳад, шабакаи trunk бошад профили фазоии плазма ва ларзишҳои вақтӣ дар даври RF-ро ифода мекунад. Фарқи асосии таҳқиқот дар он аст, ки дар дохили ҳамин меъморӣ 28 тағйирёбандаи физикии ба ҳам вобаста ҳамчун майдонҳои арзиш-векторӣ пешгӯӣ мешаванд.

Маҷмӯи маълумоти омӯзиш

Дар тавлиди маълумоти асосии омӯзиш, фосилаи электродҳо:

\[ g=0.15,\ 0.16,\ldots,0.30\ \mathrm{cm} \]

бо қадамҳои 0.01 cm скан шудааст. Басомади RF 13.56 MHz, қувва 10 W/cm², фишори газ 4.5 Torr ва ҳарорати газ 210 K доимӣ нигоҳ дошта шудаанд.

Функсияи талафот хатои миёнаи квадратӣ байни майдонҳои ground-truth-и модели ҷараёнӣ ва пешгӯии DeepONet мебошад:

\[ L_{MSE} = \frac{1}{N_{samples}} \sum_{j=1}^{N_{samples}} \left| G_\theta^{(j)}(x,t) - \hat G_\theta^{(j)}(x,t) \right|^2. \tag{9} \]

Чаро Аз Grid Мустақил Будан Муҳим Аст?

Мустақил будан аз grid ё discretization invariance маънои онро дорад, ки DeepONet-и омӯзонидашуда метавонад ҳалро на танҳо дар grid-и дискретии 400-гиреҳӣ, ки дар омӯзиш истифода шудааст, балки дар дигар ҳалли фазо-вақтии дилхоҳ низ арзёбӣ кунад. Ин хусусият имкон медиҳад, ки градиентҳои хеле тез, ба монанди sheath-и электрод, бо grid-ҳои нозуктар омӯзиш шаванд ва барои андозаҳои нави реактор бидуни сохтани grid-и нав ва ҳалли дубораи тамоми модели ҷараёнӣ майдонҳои баландҳалли плазма тавлид шаванд.

Дар Figure 4-и манбаъ барои фосилаи электродии 0.31 cm, ки дар омӯзиш мустақиман иштирок надошт, зичии электрон дар ҳалли фазо-вақтии 100×100, 300×300 ва 600×600 аз нав сохта шудааст. Дар ҳар се ҳал ларзишҳои RF sheath ва сохтори асосии минтақаи quasi-neutral bulk плазма нигоҳ дошта мешаванд.

Ин натиҷа яке аз далелҳои асосист, ки DeepONet танҳо тензорҳои маълумоти тасвирмонанди андозаи муайянро мувофиқ намекунад, балки дар шабакаи trunk функсияҳои пайвастаи координатиро меомӯзад.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Сохтори плазма дар фосилаи электродии 0.31 cm

Қобилияти DeepONet барои аз ҷиҳати физикӣ бозсозӣ кардани геометрияи қаблан надидашуда аввал дар фосилаи 0.31 cm таҳлил шудааст. Дар Figure 5 зичиҳои миёнаи вақтии зарядҳои мусбат ва манфӣ дар маркази разряд тақсимоти зангӯламонанд ташкил карда, тақрибан ба:

\[ 1.6\times10^{12}\ \mathrm{cm^{-3}} \]

зичии қуллавӣ мерасанд. Дар наздикии электродҳо зичии заряди мусбат аз заряди манфӣ ба таври назаррас баландтар аст; ин ҳолат sheath-и заряди фазоӣ ва майдони қавии барқиро ба вуҷуд меорад.

Дар минтақаи sheath-и профили миёнаи вақтӣ майдони барқӣ тақрибан 3.5 kV/cm ва ҳарорати электрон дар наздикии сарҳади sheath–bulk тақрибан 7 eV қулла нишон медиҳад. Ин арзишҳо бо майдони максималии барқӣ ва ҳарорати максималии электрон дар даври RF, ки дар Figure 11 гузориш шудаанд, як метрика нестанд; профили миёнаи вақтӣ ва максимумҳои мутлақи вақтӣ бояд аз ҳам ҷудо шаванд.

Маҳсулоти диссотсиатсияи CO₂

Барои 0.31 cm дар Figure 6, CO ва O-и атомӣ маҳсулоти асосии диссотсиатсия мебошанд. Зичиҳои максималӣ тақрибан:

Ҷамъшавии CO ва O дар марказ бо самаранок будани диссотсиатсияи бархӯрди электронӣ дар минтақаҳои bulk плазма, ки зичии электрон баланд аст, алоқаманд карда мешавад. Зичиҳои C ва O₂ пасттаранд; дар ташаккули онҳо роҳҳои мураккабтари реаксияҳои дуюмдараҷа нақш доранд.

Ҳолатҳои ларзишии CO₂

Ҳолатҳои аз ҷиҳати ларзишӣ барангехтаи CO₂ барои плазмаи ҳарорати пасти Миррих муҳиманд, зеро энергияи молекула метавонад тавассути қадамҳои сершумори хурди ларзишӣ зиёд шуда, то диссотсиатсия расад. Ин раванд vibrational ladder climbing ном дорад.

Дар Figure 7, аз ҳолатҳои кашиши симметрӣ CO₂va тақрибан:

\[ 7.71\times10^{16}\ \mathrm{cm^{-3}} \]

ва ҳолати bending CO₂vb тақрибан:

\[ 3.01\times10^{15}\ \mathrm{cm^{-3}} \]

зичӣ ба даст меоранд.

Дар силсилаи кашиши асимметрӣ дида мешавад, ки сатҳҳои баланди ларзишӣ метавонанд ба миқдори назаррас ҷамъ шаванд. Тибқи манбаъ:

\[ N_{\mathrm{CO_2v8,max}} \approx2.92\times10^{16}\ \mathrm{cm^{-3}} \]

дар ҳоле ки:

\[ N_{\mathrm{CO_2v1,max}} \approx1.94\times10^{14}\ \mathrm{cm^{-3}}. \]

Муаллифон фарқи тақрибан ду тартибиро бо он шарҳ медиҳанд, ки интиқоли энергияи vibration-vibration (V–V) сатҳҳои баланди ларзиширо ғизо медиҳад.

Бо Зиёд Шудани Фосилаи Электродҳо Плазмаи RF Чӣ Гуна Тағйир Меёбад?

Бо зиёд шудани фосилаи электродҳо, азбаски қувваи доимии 10 W/cm² ба ҳаҷми калонтари разряд паҳн мешавад, майдони максималии барқӣ ва ҳарорати электрон коҳиш меёбанд; дар баробари ин, азбаски эҳтимоли расидан ва гум шудани зарраҳо дар электродҳо кам мешавад, зичии электрон меафзояд. Минтақаи васеътари bulk плазма ва коҳиши талафоти деворӣ ҷамъшавии CO, O ва O₂-ро дастгирӣ мекунанд; дар муқобил, ҳиссаи нисбии sheath нисбат ба фосилаи умумӣ кам мешавад.

Ғафсии sheath ва шиддати sheath

Вақте фосилаи электродҳо тақрибан аз 0.15 то 0.31 cm зиёд мешавад, ғафсии мутлақи sheath:

\[ 0.0286\ \mathrm{cm} \rightarrow 0.0300\ \mathrm{cm} \]

танҳо каме меафзояд. Бо вуҷуди ин, нисбати sheath ба фосилаи умумии электрод пайваста кам мешавад; яъне bulk плазма нисбат ба геометрия ҳиссаи худро зудтар зиёд мекунад.

Дар ҳамин диапазон шиддати sheath тақрибан:

\[ 108\ \mathrm{V} \rightarrow 99\ \mathrm{V} \]

коҳиш меёбад. Манбаъ ин натиҷаро бо афзоиши зичии плазма ва экранкунии самараноктари маҳаллии майдони барқӣ алоқаманд мекунад.

Майдони барқӣ, ҳарорати электрон ва зичии электрон

Коҳиши майдони барқӣ ва ҳарорати электрон бо кам шудани вуруди энергия ба як воҳиди ҳаҷм дар ҳаҷми калонтари разряд таҳти қувваи умумии доимӣ алоқаманд аст. Афзоиши зичии электрон бошад бо шарҳи electron trapping-и муаллифон алоқаманд аст: дар фосилаи васеъшудаи электродҳо эҳтимоли он ки интиқолдиҳандагон дар ним даври RF ба электродҳо расида гум шаванд, кам мегардад.

Таъсири масштаб ба истеҳсоли CO, O ва O₂

Дар фосилаҳои танги разряд радикалҳои фаъол метавонанд пеш аз ҷамъ шудан дар bulk плазма ба электродҳо зудтар диффузия шаванд. Бо калон шудани фосилаи электродҳо таъсири нисбии талафоти деворӣ кам мешавад ва bulk плазмаи васеъшуда ҷамъшавии маҳсулоти диссотсиатсияи CO₂-ро таъмин мекунад.

Дар манбаъ шарҳ дода мешавад, ки CO асосан аз диссотсиатсияи бархӯрди электронӣ ва равандҳои electron-attachment, O бештар аз диссотсиатсияи бархӯрди электронӣ, ва O₂ бошад ба таври назаррас аз реаксияҳои дуюмдараҷае, ки намудҳои заряддорро дар бар мегиранд, ҳосил мешавад.

Ladder-climbing-и ларзишӣ ва фосилаи электродҳо

Ҳамаи ҳолатҳои барангехта ба фосилаи электродҳо яксон посух намедиҳанд. CO₂ve1-и электронии барангехта аввал зиёд шуда, баъд кам мешавад, дар ҳоле ки зичии қуллавии CO₂v1a-и ларзишии паст бо зиёд шудани фосила коҳиш меёбад.

Дар муқобил, CO₂v7 аз ҳолатҳои баланди кашиши асимметрӣ афзоишро идома медиҳад. Муаллифон инро бо он шарҳ медиҳанд, ки афзоиши зичии электрони bulk механизми ladder-climbing-и ларзиширо қавитар мекунад. Ҳамин тавр, кам шудани энергияи миёнаи электрон ҳатман маънои кам шудани популятсияҳои молекулаҳои баландларзишро надорад; интиқоли V–V ва зиёд шудани нигоҳдории зарраҳо метавонанд тавозуни кинетикии дигар ба вуҷуд оранд.

Оё DeepONet Воқеан Фосилаҳои Электродии Қаблан Надидашударо Пешгӯӣ Карда Метавонад?

Санҷишҳои наздик-диапазони манбаъ ҷавоби “ҳа”-ро дастгирӣ мекунанд: дар фосилаҳои электродии 0.18 ва 0.26 cm, ки дар минтақаи омӯзишанд, хатои нисбии зичии электрон тақрибан дар тартиби \(10^{-5}\) мемонад, дар ҳоле ки дар 0.14 ва 0.32 cm, ки бевосита берун аз диапазони омӯзишанд, хато то тақрибан \(10^{-4}\) боло меравад, вале ларзишҳои асосии sheath ва сохтори bulk плазма нигоҳ дошта мешаванд. Аммо ин натиҷа маънои боэътимод будани экстраполятсияҳои дурро надорад.

Дар Figure 17 майдонҳои DeepONet ва майдонҳои модели баланддақиқи ҷараёнӣ аз ҷиҳати визуалӣ ба ҳам наздик мувофиқат мекунанд. Афзоиши намоёнтарини хато махсусан дар наздикии градиентҳои тези sheath дар ҳолати 0.32 cm дида мешавад.

Бурд дар вақти ҳисоб

Аз ҷиҳати муҳандисӣ натиҷаи аз ҳама назарраси таҳқиқот фарқи суръат аст. Дар ҳоле ки модели баланддақиқи ҷараёнӣ барои ҳалли разряди динамикии устувор дар фосилаи нави электродҳо соатҳо ё даҳҳо соат талаб мекунад, DeepONet-и омӯзонидашуда барои ҳамон параметр 28 майдонро:

дар камтар аз 1 сония

пешгӯӣ карда метавонад.

Ин суръатбахшӣ ройгон нест: барои сохтани surrogate model аввал маълумоти баланддақиқи омӯзишӣ тавлид шуда, худи DeepONet дар RTX 4090D тақрибан 7.6 соат омӯзонида шудааст. Аз ин рӯ, усул на он қадар як ҳалли плазмаро ба таври мӯъҷизаосо тез мекунад, балки агар шумораи зиёди геометрияҳои нав скан карда шаванд, хароҷоти гарони offline-ро як бор пардохта, дархостҳои минбаъдаи параметриро хеле арзон мекунад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• DeepONet оператори ҳалли плазмаи RF CO₂-ро вобаста ба фосилаи электродҳо меомӯзад ва метавонад майдонҳои фазо-вақтии 28 тағйирёбандаи физикиро зуд пешгӯӣ кунад.
• Барои зичии намояндагии электрон хатои интерполятсия тақрибан \(10^{-5}\), хатои экстраполятсияи наздик тақрибан \(10^{-4}\) аст.
• Модель дар grid-ҳои гуногуни фазо-вақт сохторҳои асосии плазмаро нигоҳ дошта, discretization invariance нишон медиҳад.
• Зиёд шудани фосилаи электродҳо майдони максималии барқӣ ва ҳарорати электронро кам карда, зичии электронро зиёд мекунад.
• Дар фосилаҳои васеътари электродҳо зичиҳои CO, O ва O₂ зиёд мешаванд.
• Фосилаи электродҳо популятсияҳои CO₂-и аз ҷиҳати ларзишӣ барангехта ва равандҳои ladder-climbing-ро тағйир медиҳад.
• DeepONet-и омӯзонидашуда вақти пешгӯиро барои геометрияи нав аз соатҳо/даҳҳо соат то камтар аз як сония кам мекунад.

Умумисозиҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад

• Ин таҳқиқот таҷрибаи физикии реактори плазмаи RF дар сатҳи Миррих нест.
• Баромадҳои DeepONet мустақиман бо ченкуниҳои таҷрибавии Миррих тасдиқ нашудаанд; ground truth-и surrogate model модели ададии ҷараёнӣ мебошад, ки тасдиқ шудааст.
• Муваффақият дар экстраполятсияи наздик исбот намекунад, ки дар геометрияҳои электродии хеле дур аз диапазони омӯзиш ҳамин дақиқӣ нигоҳ дошта мешавад.
• Тағйири ҳамзамони фишор, қувва, басомад, ҷараёни газ ва геометрияи реактор бо ин шабака тасдиқ нашудааст.
• Афзоиши зичии CO ва O₂ маънои онро надорад, ки самаранокии умумии энергетикии реактор ё самаранокии холиси истеҳсоли ISRU бо ҳамон таносуб меафзояд.
• Таҳқиқот дар миссияи воқеии Миррих масса, буҷаи қувва, умри электрод, чанг, давраҳои ҳароратӣ ё иҷрои боэътимодии дарозмуддатро арзёбӣ намекунад.
• DeepONet ҷойгузини универсалии модели баланддақиқи физикаи плазма нест; он бояд ҳамчун surrogate барои фазои параметрии омӯхташуда ва ҳамсоягии наздики он арзёбӣ шавад.

Таҳқиқоти оянда

Муаллифон пешниҳод мекунанд, ки дар оянда ченкуниҳои таҷрибавӣ мустақиман ба модел ворид карда шаванд ва фазои параметрҳо то фаро гирифтани фишор, қувваи вуруд, басомади RF, ҷараёни газ ва геометрияи реактор васеъ карда шавад. Ҳамчунин ҳадаф зиёд кардани боэътимодӣ ва тафсирпазирии модел тавассути маҳдудиятҳои physics-informed ва усулҳои uncertainty quantification мебошад.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Таҳқиқоти аслӣ:Rapid Prediction of Scale Effects in Martian CO2 Radio-Frequency Discharges using Deep Operator Networks.

Муаллифон: Zheng Zhao, Xiaolong Wang, Yawei Feng, Wenkai Li ва Yuantao Zhang.

Муассиса: School of Electrical Engineering, Shandong University, Jinan, Shandong Province, China.

Муаллифи иртиботӣ: Yuantao Zhang.

DOI: 10.2139/ssrn.7199166.

Платформа/мақоми нашр: Preprint-и 37-саҳифаӣ, ки 28 июли 2026 дар SSRN нашр шудааст ва аз арзёбии ҳамтоён нагузаштааст.

Навъи таҳқиқот: Таҳқиқоти омӯзиши мошинии илмӣ/surrogate model дар асоси Deep Operator Network, ки бо маълумоти баландандоза аз модели тасдиқшудаи ҷараёни плазма омӯзонида шудааст.

Шароити асосии физикӣ: 4.5 Torr CO₂, ҳарорати газ 210 K, драйви RF-и 13.56 MHz ва қувваи доимии 10 W/cm².

Минтақаи асосии омӯзиш: Фосилаи электродҳо 0.15–0.30 cm, бо қадами 0.01 cm. Дар арзёбиҳои наздики умумисозӣ ва экстраполятсия, арзишҳои берун аз омӯзиш, аз ҷумла 0.14, 0.31 ва 0.32 cm низ санҷида шудаанд. Abstract доираи умумии геометрияро тақрибан 0.13–0.32 cm баён мекунад.

Модели ҷараёнӣ: Тавсифи асосии усул ва Table I механизми кӯтоҳшудаи химияи CO₂-ро бо 26 навъи плазма ва 278 реаксияи элементарӣ гузориш мекунанд.

Номувофиқии дохили манбаъ: Ибораи “21 species and 268 reactions” дар бахши Conclusion бо таърифи 26 species / 278 reactions дар бахши усул ва Table I мувофиқат намекунад. Verianla ин фарқро хомӯшона ислоҳ накардааст.

DeepONet: Шабакаҳои branch ва trunk чор қабати ниҳонӣ ва дар ҳар қабат 75 нейрон истифода мебаранд. Модель дар PyTorch бо AdamW, бо суръати омӯзиши доимии 0.0001, барои 50,000 epoch омӯзонида шудааст.

Таҷҳизот ва хароҷот: Омӯзиш дар NVIDIA RTX 4090D 24 GB GPU тақрибан 7.6 соат давом кардааст; inference-и онлайн барои геометрияи нави модели омӯзонидашуда камтар аз як сония аст.

Маблағгузорӣ: National Natural Science Foundation of China (No. 12375201) ва Shandong Province Key R&D Program, Soft Science Project (No. 2025RZB0218).

Дастрасии маълумот: Зикр шудааст, ки маълумоте, ки натиҷаҳои таҳқиқотро дастгирӣ мекунад, бо дархости асоснок аз муаллифи иртиботӣ дастрас карда мешавад.

Ҳуқуқи муаллиф: Сабти SSRN нишон медиҳад, ки ҳамаи ҳуқуқҳо ҳифз шудаанд ва истифодаи дубора бе иҷозат иҷозат дода намешавад. Ба ҷойи такрори фигураҳои манбаъ дар сатҳи пиксел, реактори плазма, меъмории DeepONet, тамоюлҳои масштаб ва тағйироти намудҳо бояд барои Verianla ба таври аслӣ аз нав кашида шаванд.