ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛООБМЕНА И УНОСА ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ ПРИ ТОРМОЖЕНИИ СПУСКАЕМЫХ АППАРАТОВ В ГЕТЕРОГЕННОЙ АТМОСФЕРЕ

© А.Ф.Клишин, А.М.Никитин
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и научное прогнозирование"
2015 г.

Считается, что принципиальные вопросы теплообмена спускаемых аппаратов (известных форм) при аэродинамическом торможении в атмосфере планет достаточно исследованы. Это положение справедливо для гомогенной (однофазной) среды. В тех случаях, когда в атмосфере планеты присутствуют составляющие твердой фазы (в виде ледяных, пылевых и других твердых мелких образований) возникает необходимость оценить влияние этого фактора гетерогенности среды на теплообмен и унос материала теплозащитного покрытия (ТЗП) спускаемого аппарата (СА) при аэродинамическом торможении. Это утверждение относится и к СА, разрабатываемым для входа и торможения в атмосфере Марса.

Существенный уровень названного влияния был продемонстрирован уже при первой посадке аппарата на поверхность Марса. СА «Марс-3» (НПО им. С.А. Лавочкина) достиг поверхности планеты 02.12.1977 г. Сеанс связи был ~ 20 сек, как потом стало известно- в условиях глобальной пылевой бури. Особенности бури и ее последствия фиксировал с 10.11.1971 г. первый искусственный спутник Марса «Маринер-9» (США), который передал за год работы на орбите около 7300 кадров поверхности Марса. Информация о наличии пыли была учтена учеными НАСА, и влияние гетерогенности (двухфазностисостава) атмосферы исследовалось до создания СА«Викинг-1, -2» (пуски в августе и сентябре 1975 г.) Все последующие американские разработки СА для посадки на поверхность Марса были выполнены с учетом присутствия пыли в атмосфере планеты.

По известным зарубежным публикациям отработка ТЗП десантного модуля (ДМ) экспедиции «ЭкзоМарс-2016» (ЕКА) проведена с учетом возможного воздействия на него двухфазности атмосферы при аэродинамическом торможении. Этот подход намечено осуществить и при создании тепловой защиты ДМ изделия «ЭкзоМарс-2018» путем проведения серии расчетно-экспериментальных работ с использованием вновь созданных алгоритмов вычисления теплообмена ДМ в двухфазной атмосфере и специальных устройств по разгону и вводу в плазменные потоки малоразмерных частиц (диаметром от 5 до 100 мкм) со скоростями до 1000 ± 200 м/с. Решение названных задач потребует разработки совершенно новых (пока не апробированных) методик расчета теплосилового воздействия пыли атмосферы на высокоскоростное тело (поверхность СА).

Рассматриваются известные и новые данные по названной проблеме, которые подтверждают, что наличие твердых частиц в атмосфере Марса может существенно повлиять как на параметры траектории торможения СА, так и на процессы тепло- и массообмена в ударном слое и на поверхности тепловой защиты аппарата.