Данные с Галилео обнаружили пробелы в моделировании теплозащитного экрана

Когда зонд спустился в атмосферу планеты и сгенерировал достаточно тепла, чтобы вызвать плазменные реакции на своей поверхности, он передал данные о сгорании теплового экрана, которые отличались от эффектов, предсказанных в моделях гидродинамики. Новая работа исследует, что могло вызвать такое несоответствие.

Исследователи из Университета Лиссабона и Университета Иллинойса 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 годы 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 в 2019 году, потому что у нас есть большая вычислительная мощность, новые устройства, новые теории и новые данные».

Зонд Галилея вошел в атмосфру 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 с зонда, показали, что обод теплозащитного экрана сгорел значительно больше, чем предсказывают даже современные модели, что измеряется так называемой скоростью рецессии.

«Одна из проблем моделирования заключается в том, что существует много источников неопределенности и только один наблюдаемый параметр - скорость спада теплозащитного экрана», говорит он.

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 моделировать 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.

Исследователь надеется, что эта работа поможет улучшить дизайн будущих космических кораблей, включая будущие проекты по исследованию Нептуна.

Лино да Силва пытается подтвердить некоторые из смоделированных результатов, воспроизводя аналогичные условия в установке, предназначенной для воспроизведения высокоскоростных потоков.