Bezpieczne dotarcie na Wenus i Tytana: Różne atmosfery w różny sposób wpływają na osłony termiczne

redakcja@echobiznesu.pl

wyświetleń 4mins 0 opinii

Bezpieczne dotarcie na Wenus i Tytana: Różne atmosfery w różny sposób wpływają na osłony termiczne

Wejście w atmosferę planety jest niebezpiecznym manewrem dla każdego statku kosmicznego, ponieważ musi on wytrzymać intensywne ciepło tarcia generowane przez szybki kontakt z atomami i cząsteczkami.

Właśnie dlatego lądowniki i łaziki to robią osłony termiczne. Nowe badania przeprowadzone przez Grainger College of Engineering na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign sugerują, że skład atmosfery ma duży wpływ na działanie osłon termicznych.

Osłona termiczna „oddycha”, gdy uderza w atmosferę. Powierzchnia tarczy zaczyna się wypalać w procesie zwanym ablacją. Aby naśladować naddźwiękowy prędkość wlotu statku kosmicznego, zespół naukowców pod kierownictwem Francesco Panerai, profesora na Wydziale Inżynierii Kosmicznej, przeprowadził eksperymenty z osłonami termicznymi w tunelu aerodynamicznym Plasmatron X w Centrum Badań nad Hipersoniką i Systemami Wejścia, które mieści się kilka przecznic od kampusu uniwersyteckiego.

Kontynuacja artykułu poniżej

dwa obrazy obok siebie przedstawiające stożkowe wybuchy azotu w komorze testowej — Szybkie klatki obrazu ilustrują ekstremalne wybuchy cząstek w naddźwiękowym azocie. W rzadkich przypadkach obserwuje się cząstki przemieszczające się w górę rzeki, co wskazuje na mechanizm wyrzucania napędzany ciśnieniem. (Zdjęcie: Francesco Panerai/Uniwersytet Illinois)

„Bardzo zaskakujące w badaniu było to, że po zmianie gazu zjawisko ablacji zachowywało się inaczej” – stwierdził Panerai w oświadczenie z 12 marca. „W klasycznym środowisku powietrznym, w którym występuje tlen, ablacja zachodzi w sposób ciągły. Przepływ wokół statku kosmicznego powoduje erozję powierzchni, a cząstki są wyrzucane w postaci stałego strumienia”.

Kiedy materiał z zewnętrznej warstwy osłony termicznej ulega erozji, jego część może gromadzić się na powierzchni osłony, potencjalnie zatykając niektóre obszary i uniemożliwiając „oddychanie” materiału znajdującego się pod spodem. Może to mieć wpływ na skuteczność tarczy. W nowym badaniu naukowcy odkryli, że zmiana gazów, z którymi styka się osłona, zmienia również jej działanie.

„Po usunięciu tlenu zjawisko to staje się niestabilne. Wyrzucane są sporadyczne wybuchy cząstek, a czasami proces ten staje się gwałtowny” – powiedział Panerai. „Od ponad 15 lat zajmuję się badaniami nad ablacją i nigdy się z czymś takim nie spotkałem. Wszyscy byliśmy naprawdę zaskoczeni, kiedy po raz pierwszy zaobserwowaliśmy takie zachowanie w tunelu”.

gotowy na premierę w 2028 roku w kierunku ogromnego księżyca Saturna tytan. Tytan ma gęstą atmosferę, która jest zupełnie inna od tej ziemskiego: Składa się z około 95% azotu i 5% metanu, podczas gdy nasz składa się z 78% azotu i 21% tlenu.

Dragonfly będzie badać powierzchnię Tytana, co może dać naukowcom wskazówki, czy księżycowe jeziora i rzeki węglowodorowe zawierają cząsteczki, które są prekursor życia.

„Chociaż prace te nie mają bezpośredniego wpływu na projekt osłony termicznej, mają bardzo głębokie implikacje dla fizyki materiału – sposobu, w jaki materiał zachowuje się w ekstremalnych temperaturach” – mówi Panerai. „Zrozumienie, w jakich warunkach to zjawisko staje się widoczne podczas lotu, może pomóc nam zaprojektować lepsze osłony termiczne”.