|
Планируете посадку на Титан
|
|
|
|
Теплозащитные экраны предназначены для защиты поверхности и груза космического корабля при входе в атмосферу. Аэрокосмические инженеры из инженерного колледжа Грейнджер при Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне недавно обнаружили разрушительную разницу в функционировании теплозащитных экранов в атмосферах, подобных Земной, которые содержат кислород, и в богатых азотом атмосферах, таких как Венера и Титан, один из спутников Сатурна.
|
|
|
|
Поверхность теплозащитного экрана спроектирована таким образом, чтобы пропускать химически активные газы, которые отслаиваются или испаряются, защищая автомобиль. Часть этого материала подвергается эрозии, отлетает кусками и частицами и повторно оседает на поверхности.
|
|
|
|
"Отложения покрывают поверхность теплозащитного экрана, засоряя его и влияя на эксплуатационные характеристики", - сказал Франческо Панераи, профессор кафедры аэрокосмической техники.
|
|
|
|
Серия экспериментов по количественной оценке влияния фрикционной эрозии на абляцию была проведена с использованием аэродинамической трубы Plasmotron X Центра исследований гиперзвуковых систем и систем входа в атмосферу, которая имитирует атмосферные условия, возникающие при гиперзвуковом полете. Группа Panerai изучала углеродный аблятор, пропитанный фенолом. Это одна из лучших технологий теплозащитных экранов НАСА, которая используется в большинстве исследований Марса и была выбрана для защиты Dragonfly от проникновения на Титан, крупнейший спутник Сатурна. Исследование "Нестационарное расщепление абляторов из углеродного волокна низкой плотности" опубликовано в журнале Carbon.
|
|
|
|
|
|
|
"Что было особенно удивительно в этом исследовании, так это то, что когда мы меняли газ, явление абляции проявлялось по-разному. В классической воздушной среде, где присутствует кислород, абляция происходит равномерно. Поток вокруг космического аппарата разрушает поверхность, и частицы выбрасываются постоянным потоком.
|
|
|
|
"Но когда кислород удаляется, это явление становится неустойчивым. Периодически происходят выбросы частиц, и иногда процесс становится интенсивным. Я занимаюсь исследованиями в области абляции более 15 лет и никогда не сталкивался с подобным. Мы все были по-настоящему удивлены, когда впервые увидели такое поведение в туннеле".
|
|
|
|
Панераи сказал, что, несмотря на достигнутый прогресс, все еще существуют существенные пробелы в понимании феномена абляции, в частности, того, как меняется поведение отщепления в условиях дефицита кислорода.
|
|
|
|
"Мы использовали высокоскоростную визуализацию и отслеживание частиц для количественной оценки скорости выброса частиц и оценки потери массы поверхности при отколе. Микроскопия и спектроскопия после испытаний позволили определить морфологию и химический состав поверхности".
|
|
|
|
Панераи особо отметил своего аспиранта Бена Рингела, который окончил университет и сейчас работает в Varda — одном из основных поставщиков летных испытаний для Министерства обороны.
|
|
|
|
"Бен углубился в анализ. Он использовал оборудование Лаборатории исследований материалов Иллинойса при Институте Бекмана и установил уникальный набор микроскопов, чтобы определить, что это неустойчивое явление связано с некоторым отложением углерода в материале".
|
|
|
|
Панераи добавил, что это исследование содержит важную информацию о влиянии трения, а также о влиянии повышения внутреннего давления.
|
|
|
|
"Когда мы начали разбираться в экспериментальных наблюдениях, полученных с помощью плазмотрона X, я сразу подумал о потере заряда Artemis 1. Во-первых, потому, что абляционные теплозащитные экраны не перестают нас удивлять, даже когда мы думаем, что знаем о них все. И, во-вторых, из-за ключевой роли проницаемости материала. Полет "Артемиды-1" напомнил нам об этой важности самым драматичным образом. В теплозащитном экране произошло аномальное обугливание, что привело к расследованию. Это может повлиять на целостность транспортного средства."
|
|
|
|
Panerai внимательно следит за исследовательской работой НАСА.
|
|
|
|
"Материал в том случае отличался от того, что мы имеем здесь, но феномен в чем-то схож: материал не способен дышать. НАСА обнаружило, что если материал слишком плотный и непроницаемый, газы задерживаются внутри, и давление увеличивается до тех пор, пока не образуются взрывы, которые приводят к большому отколу".
|
|
|
|
Панераи подчеркнул, что эта информация важна, поскольку НАСА готовится к полету Dragonfly в атмосферу, состоящую в основном из азота со следами метана. Условия, испытанные на Плазмотроне X, были гораздо более экстремальными, чем НАСА ожидало при входе на Титан, но твердые частицы, образующиеся в результате эрозии теплозащитного экрана PICA, могут оказать серьезное влияние на бортовые приборы, предназначенные для наблюдения за полем потока во время входа и измерения характеристик атмосферы Титана.
|
|
|
|
"Хотя эта работа напрямую не влияет на конструкцию теплозащитного экрана, она оказывает очень глубокое влияние на физику материала — на то, как материал ведет себя при экстремальных температурах. Понимание того, при каких условиях это явление становится заметным в полете, может помочь нам разработать более совершенные теплозащитные экраны".
|
|
|
|
Источник
|
