Przygotowanie do lądowania na planetach
Każda planeta i księżyc w naszym układzie słonecznym posiada odmienną charakterystykę i stwarza różne wyzwania, jeśli chodzi o wejście w atmosferę i wytracania wysokości. Wszystkie różnice występujące w cechach gęstości atmosfery odgrywają rolę w bezpieczeństwie zbliżenia się do powierzchni planety. A bez udanego lądowania nie można rozważać robotycznej misji nawet wówczas, gdy statek kosmiczny z powodzeniem dotrze do docelowej planety. Celem finansowanego ze środków UE projektu "Planetary entry integrated models" (PHYS4ENTRY) było zbadanie procesów fizycznych, które odgrywają rolę w wejściu w atmosferę z prędkością naddźwiękową. Gdy statek kosmiczny dociera do atmosfery, przed jego dziobem powstaje fala uderzeniowa podgrzewająca gaz znajdujący się w tej okolicy do bardzo wysokiej temperatury. Gdy statek zanurza się coraz głębiej w atmosferę, nagrzewa się od otaczającej go atmosfery. Naukowcy uczestniczący w projekcie PHYS4ENTRY opracowali teoretyczne modele służące do opisywania elementarnych procesów zachodzących w mieszaninach atmosferycznych gazów planetarnych podgrzanych do wysokiej temperatury (Ziemia, Mars, Jowisz). Zderzenia elektronów z cząsteczkami, atomów z cząsteczkami i cząsteczek z cząsteczkami w fazie gazowej oraz interakcje zachodzące na powierzchni styku atomu z cząsteczką i procesy stymulowane przez fotony zostały objęte badaniami dotyczącymi rozszerzającego się przepływu powstającego podczas wejścia w atmosferę. Wpływ ogólnego strumienia cieplnego na powierzchnię statku kosmicznego został oceniony za pomocą symulacji obliczeniowej dynamiki płynów. Zdolność modeli teoretycznych do przewidywania kinetyki stanu nierównowagi mieszaniny o wysokiej temperaturze został poddany ocenie za pomocą pomiarów eksperymentalnych. Warunki panujące w rozszerzającym się przepływie zostały zbadane w tunelu aerodynamicznym wykorzystującym plazmę indukcyjnie sprzężoną w Instytucie Dynamiki Płynów von Karman w Belgii. Baza danych projektu PHYS4ENTRY zawiera wskaźniki podstawowych procesów i właściwości fizycznych rodzajów istotnych dla (ponownego) wejścia w atmosferę Ziemi, Marsa i Jowisza. Dzięki publicznemu udostępnieniu danych za pośrednictwem strony internetowej projektu powinny one mieć istotne znaczenie dla prac z zakresu modelowania aerotermodynamiki (ponownego) wejścia w atmosferę. Dzięki szczegółowej analizie procesów fizycznych zachodzących podczas wchodzenia statku kosmicznego w atmosferę planety, naukowcy uczestniczący w projekcie PHYS4ENTRY udoskonalili kluczowe elementy modelowania warunków lotu. Poczynione przez nich ustalenia przyczynią się do zaprojektowania wydajniejszych osłon termicznych, co będzie miało istotne znaczenie dla powodzenia misji planetarnych.
Słowa kluczowe
Eksploracja planet, tunel aerodynamiczny, wejście w atmosferę planety, atmosfery planetarne, osłona termiczna
