Используя высокотемпературный плазменный туннель, ученые обнаружили, как это — проникнуть в глубины Урана. Есть сразу целый ряд факторов, которые необходимо принимать во внимание при разработке зонда, способного выдержать суровые условия. Поэтому ученые смоделировали атмосферные условия далекого ледяного гиганта Солнечной системы и его почти близнеца Нептуна перед миссиями к двум планетам, которые могут однажды состояться.
«Проблема заключается в том, что любой зонд будет подвергаться воздействию высоких давлений и температур и, следовательно, потребует высокоэффективной системы тепловой защиты, чтобы выдержать вход в атмосферу в течение полезного периода времени», — объясняет инженер по аэротермодинамике Луи Уолпот из Европейского космического агентства. «Чтобы приступить к разработке такой системы, нам необходимо сначала адаптировать существующие европейские испытательные мощности, чтобы воспроизвести состав атмосферы и соответствующие скорости».
Исследование нашей Солнечной системы далеко не завершено. Мы провели приличное исследование Марса и исследования вокруг Сатурна и Юпитера, которые произвели революцию в нашем понимании газовых гигантов. Мы отправили космический корабль проверить Меркурий и Венеру. Но лучшее обследование, которое когда-либо получали Уран и Нептун, было проходящей волной в 1980-х годах с «Вояджера-2».
Итак, мы многого не знаем о двух загадочных внешних планетах. А учёные из НАСА и ЕКА всё сильнее настаивают на отправке миссии, чтобы мы могли начать заполнять некоторые из этих вопиющих пробелов в знаниях.
Два ледяных гиганта очень похожи друг на друга, но есть некоторые интригующие различия, например, разница в их оттенках из-за способа распределения газов в их атмосферах. Кроме того, их атмосферы сильно отличаются от атмосфер Сатурна и Юпитера, поэтому последний нельзя использовать в качестве аналога для понимания того, как проявляются эти различия.
Одна вещь, которую ученые хотели бы сделать, — это отправить атмосферные зонды, подобные зонду входа в атмосферу, доставленному миссией НАСА «Галилео» к Юпитеру, для изучения атмосфер ледяных гигантов изнутри. Но для того, чтобы проводить измерения и передавать данные домой на Землю, таким зондам придется выдерживать условия, в которые их отправляют.
Такой зонд будет двигаться со скоростью до 23 километров в секунду, что приведет к высоким температурам при его падении в атмосферах планет.
Итак, международная группа ученых из Великобритании, Европейского космического агентства и Германии создала входной зонд подмасштаба, аналогичный зонду «Галилео», и использовала два разных объекта для воспроизведения условий: туннель T6 «Сталкер», установку гиперзвуковой плазмы в Оксфорде и плазменные аэродинамические трубы группы диагностики высокоэнтальпийных потоков Университета Штутгарта.
Они создали аналоги атмосферы, используя смеси газов, аналогичные тем, что обнаружены на Нептуне и Уране, и подвергли свой зонд воздействию эквивалентных скоростей до 19 километров в секунду. Затем зонд измерил конвективный тепловой поток через его поверхность.
«Туннель [Сталкер] способен измерять как конвекционный, так и радиационный тепловой поток и критически обеспечивать необходимые скорости потока для воспроизведения входа ледяного гиганта со следами CH 4 [метана]», — объясняет Уолпот.
«Сам туннель оснащен приводом со свободным поршнем, который можно соединить с несколькими различными компонентами, расположенными ниже по потоку, чтобы превратить его в ударную трубу, отраженный ударный туннель или расширительную трубку. Такая адаптируемость позволяет проводить широкий спектр испытаний: от испытаний с подмасштабным моделированием до испытаний на подмасштабном моделировании. исследование фундаментальных процессов высокоскоростного потока».
Между тем плазменный туннель в Штутгарте — единственная установка в мире, способная создать условия, необходимые для изучения воздействия абляции и пиролиза на защиту космического корабля.
Теперь, когда эксперименты успешно проведены, исследователи могут использовать полученную информацию для разработки датчиков, которые будут измерять атмосферу ледяных гигантов, когда они погружаются в загадочные глубины.
