2 / 19
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2016. № 3
5
We take into account the processes of chemical kinetics and vibrational relaxation of
air molecules and radiation heat transfer in the compressed layer formed at the
surface of a spacecraft entering the Earth’s atmosphere at a speed of 12.4 km/s.
We compared the calculated data on the drag coefficient and lift, as well as moments
of the pitch, with the calculations results of NASA experts who had worked on
planning the trajectory of the spacecraft Stardust entry into the dense atmospheric
layers after about six years of the spacecraft flight to the comet Wild-2. At the same
time, NASA experts used one of the reputable computer codes LAURA developed at
NASA. Implementation of this comparison suggests performing NERAT-2D and
NERAT-3D codes verification in relation to LAURA code in terms of determining the
aerodynamic coefficients.
Keywords:
Stardust spacecraft, aerodynamic coefficients, atmospheric reentry,
superorbital velocity.
Возвращаемая капсула космического аппарата (КА) Stardust вошла в
плотные слои атмосферы со скоростью
V
= 12,6 км/с 15 января 2006 г.
Указанному событию был посвящен первый тематический выпуск жур-
нала
Spacecraft and Rockets
[1
5]. Десять лет аэротермодинамика поса-
дочного модуля находится в центре внимания специалистов по аэрофизи-
ке возвращаемых КА по ряду причин. Во-первых, в этом полете была до-
стигнута наибольшая скорость входа в плотные слои атмосферы искус-
ственного тела —
V
= 12,4 км/с. Во-вторых, после посадки удалось из-
мерить толщину унесенной тепловой защиты, что позволило определить
суммарную тепловую нагрузку на КА и использовать эти данные для те-
стирования компьютерных моделей аэрофизики обтекания КА на гипер-
звуковых скоростях и разрушения его тепловой защиты. В третьих, све-
чение КА при входе в плотные слои атмосферы удалось наблюдать с бор-
та летающей лаборатории [6, 7]. Полученные экспериментальные данные
позволяют построить адекватную компьютерную модель светимости КА
в процессе спуска.
Кроме того, высокая запланированная точность посадки на по-
верхность Земли свидетельствует о хороших расчетных предсказаниях
аэродинамических коэффициентов КА Stardust при спуске в атмосфе-
ре. Среди серии работ по аэродинамике посадочного модуля Stardust
отметим работу [8], посвященную прогнозированию аэродинамиче-
ских характеристик на участках свободномолекулярного движения,
гиперзвукового и сверхзвукового полета, а также на участках звуково-
го и дозвукового полета перед раскрытием тормозного парашюта на
высоте 3 км при скорости М = 0,16. Анализ условий входа КА Stardust
также выполнен в работе [9].
В предыдущих работах автора [5, 10
12] исследовались вопросы
радиационной газовой динамики КА Stardust, а также процессы радиа-
ционно-конвективного теплообмена в сжатом слое с учетом спек-
тральных линий атомов и ионов. Для этих целей использовались ав-
торские компьютерные коды NERAT-2D и NERAT-3D [13]. Аэродина-
мические характеристики в указанных работах не рассчитывались.