ЭКЗОМАРС-2020. ИСПЫТАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ДЕСАНТНОГО МОДУЛЯ

ЭКЗОМАРС-2020. ИСПЫТАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ДЕСАНТНОГО МОДУЛЯ

Центр теплообмена и аэрогазодинамики ЦНИИмаш (входит в Госкорпорацию «РОСКОСМОС») проводит отработку тепловой защиты десантного модуля миссии «ЭкзоМарс-2020» в условиях имитации атмосферы Марса. На высокочастотном плазмотроне тестируются теплозащитные пакеты аэродинамического экрана и заднего кожуха аппарата, внутри которого будут размещены российская посадочная платформа с научной лабораторией и европейский марсоход.

Условия входа в марсианскую атмосферу очень жёсткие. Температура окружающих десантный модуль атмосферных газов во время торможения составляет порядка десяти тысяч градусов, а нередкие пылевые бури могут стать угрозой успеху миссии. Поэтому на этапе экспериментальной отработки конструкции должно быть проверено всё оборудование до мельчайших составляющих.

Десантный модуль имеет специально рассчитанную форму внешних обводов для аэродинамической устойчивости аппарата при спуске в атмосфере Марса. При входе в плотные слои его поверхность неизбежно будет нагреваться. Во время экспериментальной отработки в потоке плазмы на ВЧ-плазмотроне в ЦНИИмаш имитируются параметры, характерные для марсианской атмосферы, что позволяет достаточно точно воспроизвести внешнее воздействие раскалённых газов и пылевых микрочастиц на тепловую защиту модуля. В ходе испытаний отрабатываются различные материалы теплозащитного покрытия, основная функция которых заключается в сбросе избыточного тепла с поверхности десантного модуля - в процессе нагрева они испаряются и тем самым не дают самому аппарату нагреться до критических температур. При достижении определённой высоты аэродинамический экран сбрасывается, и далее спуск десантного модуля проходит уже на парашюте.

Теплозащитный пакет поверхности десантного модуля состоит из различных материалов, каждый из которых выполняет свою функцию – часть сгорает в процессе спуска, другая составляющая пакета, полые стеклосоты, обладающие низким коэффициентом теплопроводности, призвана сдерживать распространение тепла. Таким образом при температуре наружной поверхности модуля около 1000°С внутри десантного модуля должны сохраняться допустимые для работы приборов температуры.

Особо тщательно, в максимально неблагоприятных режимах нагрева и углах атаки, отрабатывается стык аэродинамического экрана и заднего кожуха – если он не обеспечит герметичность, то раскалённые газы могут проникнуть внутрь десантного модуля, и тогда посадочная платформа и марсоход будут уничтожены ещё до посадки. Уплотнение стыка осуществляется при помощи специального резинового кольца. Сам стык закрыт, его обтекание потоком газа происходит в режиме вязкого течения и, согласно решению уравнений Навье-Стокса, максимально высокие температуры не должны достигнуть резинового уплотнения. Тем не менее, испытатели стремятся получить экспериментальное подтверждение надежности конструкции.

На высокочастотном плазмотроне воспроизводится течение плазмы, максимально близкое к реальному, которое будет создаваться в потоке газов марсианской атмосферы вокруг десантного модуля. Условия испытаний проверены с помощью предварительного численного моделирования, систематически проводится диагностика плазмы в рабочей камере ВЧ-плазмотрона на соответствие натурным лётным параметрам.

Вход десантного модуля в атмосферу Марса по скоростным характеристикам будет протекать несколько легче, чем при подобном спуске на Землю, даже с орбитальной скоростью. Атмосфера Красной планеты в основном состоит из углекислого газа, который при разложении образует кислород, способствующий процессу горения теплозащитного покрытия. Молекулы углекислого газа обладают большим количеством уровней энергии (электронной, колебательной, вращательной), между которыми возможны переходы с излучением квантов света, что даёт высокий лучистый тепловой поток на поверхность десантного модуля. В этом заключается особенность спуска аппарата в атмосфере Марса, которая учитывается при численном расчёте тепловых потоков на поверхность десантного модуля и экспериментальной отработке конструкции в ЦНИИмаш.

***

Проект «ЭкзоМарс» — совместный проект РОСКОСМОСА и Европейского космического агентства по исследованию Марса, его поверхности, атмосферы и климата с орбиты и на поверхности планеты. Он откроет новый этап исследования космоса для Европы и России.

Космический аппарат миссии «ЭкзоМарс-2020» планируется к запуску ракетой-носителем «Протон-М» с разгонным блоком «Бриз-М» с космодрома БАЙКОНУР в июле-августе 2020 года. Космический аппарат должен будет доставить к Марсу:

— российскую посадочную платформу для доставки европейского марсохода на поверхность Красной Планеты. После схода марсохода платформа начнёт работать как долгоживущая автономная научная станция для изучения состава и свойств поверхности и атмосферы планеты. Разработку десантного модуля и посадочной платформы осуществляет НПО Лавочкина (входит в состав Госкорпорации «РОСКОСМОС», участие ЕSА в комплексе научной аппаратуры;

— европейский автоматический марсоход с комплексом научной аппаратуры «Пастер» для непосредственного изучения поверхности и атмосферы Марса в окрестности района посадки, поиска соединений и веществ, которые могли бы свидетельствовать о возможном существовании на планете жизни. Разработка ЕSА с участием России в комплексе научной аппаратуры.

Источник: m.vk.com