Prepararsi all’atterraggio sui pianeti
Ogni pianeta e luna nel nostro sistema solare ha caratteristiche differenti e presenta sfide differenti per la fase di ingresso e di discesa. Le differenze nelle caratteristiche della densità atmosferica giocano tutte una parte nella determinazione del metodo di avvicinamento più sicuro alla superficie del corpo celeste. Senza un atterraggio di successo non ci potrebbe essere alcuna missione robotica, anche se il veicolo spaziale riuscisse a raggiungere il pianeta bersaglio. L’obiettivo del progetto PHYS4ENTRY (“Planetary entry integrated models”), finanziato dall’UE, consisteva nello studio dei processi fisici che giocano un ruolo determinante nella fase di ingresso supersonico. Quando un veicolo spaziale raggiunge l’atmosfera, si forma un’onda d’urto davanti alla prua che riscalda il gas in questa regione fino a raggiungere una temperatura molto elevata. Mentre si tuffa più in profondità nell’atmosfera, il veicolo spaziale viene riscaldato dall’atmosfera circostante. Gli scienziati di PHYS4ENTRY hanno elaborato modelli teorici in grado di descrivere i processi elementari che si verificano all’interno delle miscele ad alte temperature delle atmosfere planetarie (Terra, Marte, Giove). Collisioni elettrone-molecola, collisioni atomo-molecola e collisioni in fase gassosa molecola-molecola, interazioni atomo-superficie della molecola e processi indotti dai fotoni sono stati inclusi nelle indagini del flusso di ingresso in espansione. L’impatto del flusso di calore complessivo sulla superficie del veicolo spaziale è stato stimato con simulazioni fluidodinamiche computazionali. La capacità dei modelli teorici di prevedere la cinetica di non equilibrio della miscela ad alta temperatura è stata valutata mettendola a confronto con misurazioni sperimentali. Le condizioni del flusso in espansione sono state studiate nella galleria del vento a plasma ad accoppiamento induttivo dell’Istituto von Karman per la dinamica dei fluidi, in Belgio. La banca dati PHYS4ENTRY include informazioni relative ai tassi dei processi elementari e alle proprietà fisiche delle specie attinenti al (ri-)entro nelle atmosfere della Terra, di Marte e di Giove. Disponibile al pubblico grazie al sito web del progetto, si prevede che questo strumento abbia un impatto significativo sui tentativi di modellazione nell’ambito dell’aerotermodinamica del (ri-)entro. Un’analisi approfondita dei processi fisici che avvengono durante l’ingresso di un veicolo spaziale all’interno delle atmosfere planetarie ha consentito agli scienziati di PHYS4ENTRY di potenziare gli elementi cruciali della modellazione delle condizioni di volo. I risultati contribuiranno a progetti di scudi termici più efficienti con un forte impatto sul successo delle missioni planetarie.
Parole chiave
Esplorazione planetaria, galleria del vento, ingresso nel pianeta, atmosfere planetarie, scudo termico