Аэродинамика возвращаемого космического аппарата Stardust на участке гиперзвукового полета

Приведены результаты расчетов аэродинамических характеристик космического аппарата Stardust при осесимметричном обтекании и под углом атаки 10°. В расчетах использованы авторские компьютерные коды NERAT-2D и NERAT-3D, в которых реализованы гибридные явно-неявные компьютерные модели интегрирования уравнений Навье - Стокса движения физически и химически неравновесных газовых смесей. Учтены процессы химической кинетики и колебательной релаксации двухатомных молекул воздуха, а также теплообмена излучением в сжатом слое, образующемся у поверхности космического аппарата, входящего в плотные слои атмосферы со скоростью 12,4 км/с. Выполнено сравнение полученных расчетных данных по коэффициентам сопротивления и подъемной силы, а также по моментам тангажа с результатами расчетов специалистов NASA, которые проводили работы по планированию траектории входа космического аппарата Stardust в плотные слои атмосферы после шестилетнего полета к комете Wild-2. При этом использовался один из наиболее авторитетных компьютерных кодов LAURA, разработанный в NASA. Проведение указанного сопоставления позволяет говорить о выполненной верификации кодов NERAT-2D и NERAT-3D по отношению к коду LAURA в части определения аэродинамических коэффициентов.

Литература

[1] Kontinos D.A., Wright M.J. Introduction: Atmospheric entry of the stardust sample return capsule // J. Spacecraft and Rockets. 2010. Vol. 47. No. 5. P. 705-707.

[2] Boyd I.D., Trumble K.A., Wright M.J. Modeling of Stardust entry at high altitude. Part 1: Flowfield analysis // J. Spacecraft and Rockets. 2010. Vol. 47. No. 5. P. 708-717.

[3] Liu Y., Prabhu D., Trumble K.A. et al. Radiation modeling for the reentry of the Stardust sample return capsule // J. Spacecraft and Rockets. 2010. Vol. 47. No. 5. P. 741-752.

[4] Trumble K.A., Cozmuta I., Sepka S. et al. Postflight aerothermal analysis of Stardust sample return capsule // J. Spacecraft and Rockets. 2010. Vol. 47. No. 5. P. 765-774.

[5] Shang J.S., Surzhikov S.T. Simulating nonequilibrium flow for ablative Earth entry // J. Spacecraft and Rockets. 2010. Vol. 47. No. 5. P. 806-815.

[6] Jenniskens P. Observations of the Stardust Sample Return Capsule Entry with a Slit-less Echelle Spectrograph // AIAA. Paper 2008-1210. January 2008.

[7] McHarg M.G., Stenbaek-Nielsen H.C., Kanmae T. Observations of the Stardust Sample Return Capsule Entry using a High Frame Rate Slit-less Spectrograph // AIAA. Paper 2008-1211. January 2008.

[8] Mitcheltree R.A., Wilmoth R.G., Cheatwood F.M., Brauckmann G.J., Green F.A. Aerodynamics of Stardust Sample Return Capsule // J. Spacecraft and Rockets. 1999. Vol. 36. No. 3. P. 429-435.

[9] Desai P.N., Lyons D.T., Tooley J. et al. Entry, descent, and landing operations analysis for the Stardust entry capsule // J. Spacecraft and Rockets. 2008. Vol. 45. No. 6. P. 1262-1268.

[10] Shang J.S., Surzhikov S.T. Simulating Stardust Earth reentry with radiation heat transfer // J. Spacecraft and Rockets. 2011. Vol. 48. No. 3. P. 385-396.

[11] Shang J.S., Surzhikov S.T. Coupled radiation-gasdynamic model for Stardust Earth entry simulation // J. Spacecraft and Rockets. 2012. Vol. 49. No. 5. P. 875-888.

[12] Суржиков С.Т. Радиационная аэротермодинамика космического аппарата Stardust // ПММ. 2016. Т. 80. № 1. С. 60-79.

[13] Суржиков С.Т. Радиационная газовая динамика спускаемых космических аппаратов. Многотемпературные модели. М.: ИПМех РАН, 2013. 706 с.

[14] Olynick D., Chen Y.-K., Tauber M.E. Aerothermodynamics of the Stardust sample return capsule // J. Spacecraft and Rockets. 1999. Vol. 36. No. 3. P. 442-462.

[15] Edwards J.R., Liou M.-S. Low-diffusion flux-splitting methods for flow at all speeds // AIAA Jl. 1998. Vol. 36. No. 9. P. 1610-1617.

[16] Марчук Г.И. Методы расщепления. М.: Наука, 1988. 264 с.

[17] Гинзбург И.П. Трение и теплопередача при движении смеси газов. Л.: Изд-во ЛГУ, 1975. 278 с.

[18] Агафонов В.П., Вертушкин В.К., Гладков А.А., Полянский О.Ю. Неравновесные физико-химические процессы в аэродинамике / под общ. ред. Г.И. Майкапара. М.: Машиностроение, 1972. 344 с.

[19] Bird R.B., Stewart W.E., Lightfoot E.W. Transport Phenomena. 2nd ed. New York: Wiley, 2002. 912 p.

[20] Treanor C.E., Marrone P.V. Effect of dissociation on the rate of vibrational relaxation // Phys. Fluids. 1962. Vol. 5. No. 9. P. 1022-1026.

[21] Аэродинамика / А.Г. Голубев, В.Т. Кулугин, А.Ю. Луценко, В.О. Москаленко, Е.Г. Столярова, А.И. Хлупнов, П.А. Чернуха. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. 687 с.