安全抵达金星和土卫六:研究表明,不同的大气层对隔热罩的影响不同

隔热罩可防止即将到来的航天器在行星大气层中燃烧。现在我们了解到不同的气氛有不同的效果。

来源:Space.com: NASA,太空探索和天文新闻

对于任何航天器来说,进入行星大气层都是一项危险的操作,因为它必须承受与原子和分子高速接触所产生的强烈摩擦热。

这就是着陆器和漫游车配备隔热罩的原因。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格兰杰工程学院的新研究表明,大气的成分对隔热罩的工作方式有很大影响。

隔热罩在接触大气层时会“呼吸”。护罩的表面开始燃烧,这一过程称为烧蚀。为了模拟航天器进入的高超音速速度,由航空航天工程系教授 Francesco Panerai 领导的研究小组在高超音速和进入系统研究中心的 Plasmatron X 风洞中对隔热罩进行了实验,该中心距离大学校园只有几个街区。

“这项研究非常令人惊讶的是,当我们改变气体时,烧蚀现象会以不同的方式表现,”沛纳海在 3 月 12 日的一份声明中表示。 “在有氧气存在的经典空气环境中,烧蚀会以稳定的方式发生。航天器周围的流动会侵蚀表面,粒子会以恒定的流的形式喷射出来。”

当隔热罩外层的材料腐蚀时,其中一些材料会聚集在隔热罩的表面上,可能会堵塞某些区域并阻止下面的材料“呼吸”。这会影响防护罩的性能。在这项新研究中,研究人员发现,改变防护罩接触的气体也会改变其性能。

“当氧气被移除时,这种现象就会变得不稳定。粒子会间歇性地喷射出来,有时,这个过程会变得剧烈,”沛纳海说。 “我从事消融研究已经超过 15 年了,但我从未见过这种情况。当我们第一次在隧道中观察到这种行为时,我们都感到非常惊讶。”