Analyse af Galileos Jupiter-indgangssonden afslører huller i varmeskjoldsmodellering

Indgangssonden for Galileo-missionen til Jupiter kom ind i planetens atmosfære i 1995 på en brændende måde. Da sonden faldt fra Mach 50 til Mach 1 og genererede nok varme til at forårsage plasmareaktioner på overfladen, det videresendte data om afbrændingen af ​​dets varmeskjold, der adskilte sig fra de forudsagte effekter i fluiddynamikmodeller. Nyt arbejde undersøger, hvad der kunne have forårsaget en sådan uoverensstemmelse.

Forskere ved Universidade de Lisboa og University of Illinois i Urbana-Champaign rapporterer deres resultater fra nye flydende strålingsdynamikmodeller ved hjælp af data transmitteret fra Galileos 30-sekunders indgang. Papiret, udgivet i Fysik af væsker , anvender nye beregningsteknikker udviklet i de næsten 25 år siden missionen.

"Tidlige simuleringer for sondedesignet blev udført i 1980'erne, " sagde Mario Lino da Silva, en forfatter på papiret. "Der er nogle ting, vi kan gøre i 2019, fordi vi har regnekraften, nye enheder, nye teorier og nye data."

Galileos sonde gik ind i Jupiters tyngdekraft ved at rejse 47,4 kilometer i sekundet, hvilket gør det til et af de hurtigste menneskeskabte objekter nogensinde. Ildkuglen forårsaget af nedstigningen opvarmede kulstoffenolvarmeskjoldet til temperaturer varmere end solens overflade.

Data fra sonden afslørede, at kanten af ​​varmeskjoldet brændte betydeligt mere, end selv nutidens modeller ville forudsige, målt ved det, man kalder recessionsraten.

"Ildkuglen er en slags suppe, hvor der sker mange ting på samme tid, " sagde han. "Et problem med modellering er, at der er mange kilder til usikkerhed og kun én observeret parameter, varmeskjoldets recession."

Gruppen genberegnede træk ved hydrogen-helium-blandingen, som sonden passerede igennem, såsom viskositet, termisk ledningsevne og massediffusion, og fandt ud af, at den ofte citerede Wilke/Blottner/Eucken-transportmodel ikke var i stand til nøjagtigt at modellere interaktioner mellem brint- og heliummolekyler.

De fandt ud af, at brintmolekylers strålingsopvarmningsegenskaber spillede en væsentlig rolle i den yderligere opvarmning, som sondens varmeskjold oplevede.

"De indbyggede varmeskjolds tekniske marginer reddede faktisk rumfartøjet, " sagde Lino da Silva.

Lino da Silva håber, at arbejdet hjælper med at forbedre fremtidens rumfartøjsdesign, herunder kommende projekter for at udforske Neptun, som sandsynligvis ikke når deres destinationer, før han er gået på pension.

"På en måde, det er som at bygge katedraler eller pyramiderne, sagde han. Man får ikke værket at se, når det er færdigt.

Lino da Silva ser dernæst på at validere nogle af de simulerede fund ved at gengive lignende forhold i et stødrørsanlæg, der er skræddersyet til at gengive højhastighedsstrømme.