У зонда Галилея обнаруживают проблемы с теплозащитным экраном
AstroNews.ru - 16 Октября 2019 10:57:50
Спускаемый зонд миссии Галилео для спуска на Юпитер вошел в атмосферу планеты в 1995 году. Когда зонд замедлился с 50 Маха до 1 Маха и генерировал достаточно тепла, которое вызвало плазменные реакции на его поверхности, он передавал данные о быстром сгорании своего теплового экрана. Эти данные сильно отличались от эффектов, предсказанных в моделях на земле. Новая работа исследует, что могло вызвать такое несоответствие.
Исследователи из Университета Лиссабона и Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн сообщают о своих выводах из новых моделей жидкостной радиационной динамики, используя данные, полученные из 30-секундной записи Галилея. В статье, опубликованной в Physics of Fluids, используются новые вычислительные методы, разработанные за почти 25 лет после миссии.
«Раннее моделирование конструкции зонда проводилось в 1980-х годах», - сказал Марио Лино да Силва, автор статьи. «Есть некоторые вещи, которые мы можем сделать только в 2019 году, потому что у нас есть вычислительная мощность, новые устройства, новые теории и новые данные».
Зонд Галилея вошел в атмосферу Юпитера со скоростью 47,4 км в секунду, что сделало его одним из самых быстрых объектов, созданных человеком. Огненный шар, вызванный спуском, нагревал углеродный фенольный теплозащитный экран до температур, более высоких, чем поверхность Солнца.
Данные, полученные с зонда, показали, что обод теплозащитного экрана сгорел значительно больше, чем предсказывают даже современные модели, что измеряется так называемой скоростью рецессии.
«Огненный шар - это своего рода суп, в котором одновременно происходит много вещей», - сказал он. «Одна из проблем моделирования заключается в том, что существует много источников неопределенности и только один наблюдаемый параметр - скорость сгорания теплозащитного экрана».
Группа пересчитала характеристики водородно-гелиевой смеси, через которую прошел зонд, такие как вязкость, теплопроводность и диффузия массы, и обнаружила, что часто приводимая модель переноса (Wilke/Blottner/Eucken) не смогла точно смоделировать взаимодействия между молекулами водорода и гелия.
Они обнаружили, что свойства радиационного нагрева молекул водорода сыграли значительную роль в дополнительном нагреве, который испытал теплозащитный экран зонда.
«Инженерные запасы встроенного теплозащитного экрана фактически спасли космический корабль», - сказал Лино да Силва.
Лино да Силва надеется, что эта работа поможет улучшить дизайн будущих космических кораблей, включая будущие проекты по исследованию Нептуна, которые вероятно даже не достигнут своей цели, когда он уже уйдет в отставку.
«В каком-то смысле это похоже на строительство соборов или пирамид», - сказал он. «Ты не увидишь работу, когда она закончится».
Затем Лино да Силва пытается подтвердить некоторые из смоделированных результатов, воспроизводя аналогичные условия в аэродинамической ударной трубе, предназначенной для воспроизведения высокоскоростных потоков.