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El análisis de la sonda de entrada de Júpiter de Galileo revela lagunas en el modelado de escudo térmico

La sonda de entrada de la misión Galileo a Júpiter entró en la atmósfera del planeta en 1995 de manera ardiente. A medida que la sonda descendió de Mach 50 a Mach 1 y generó suficiente calor para causar reacciones de plasma en su superficie, transmitió datos sobre la quema de su escudo térmico que diferían de los efectos predichos en los modelos de dinámica de fluidos. Un nuevo trabajo examina lo que pudo haber causado tal discrepancia.

Investigadores de la Universidade de Lisboa y la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign informan sus hallazgos de nuevos modelos de dinámica de radiaciones fluidas utilizando datos transmitidos desde la entrada de 30 segundos de Galileo. El artículo, publicado en Physics of Fluids, de AIP Publishing, emplea nuevas técnicas computacionales desarrolladas en los casi 25 años desde la misión.

"Las primeras simulaciones para el diseño de la sonda se realizaron en la década de 1980", dijo Mario Lino da Silva, autor del artículo. "Hay algunas cosas que podemos hacer en 2019, porque tenemos el poder computacional, nuevos dispositivos, nuevas teorías y nuevos datos".

La sonda de Galileo entró en la gravedad de Júpiter viajando 47,4 kilómetros por segundo, convirtiéndolo en uno de los objetos más rápidos hechos por el hombre. La bola de fuego causada por el descenso calentó el escudo de calor fenólico de carbono a temperaturas más altas que la superficie del sol.

Los datos de la sonda revelaron que el borde del escudo térmico se quemó significativamente más de lo que incluso los modelos actuales podrían predecir, medido por lo que se llama la tasa de recesión.

"La bola de fuego es un tipo de sopa donde suceden muchas cosas al mismo tiempo", dijo. "Un problema con el modelado es que hay muchas fuentes de incertidumbre y solo un parámetro observado, la tasa de recesión del escudo térmico".

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La sonda de entrada de la misión Galileo a Júpiter entró en la atmósfera del planeta en 1995 de manera ardiente, generando suficiente calor para causar reacciones de plasma en su superficie. Los datos transmitidos sobre la quema de su escudo térmico diferían de los efectos predichos en los modelos de dinámica de fluidos, y un nuevo trabajo examina lo que podría haber causado tal discrepancia. Los investigadores informan sus hallazgos de los nuevos modelos de dinámica radiactiva de fluidos en la Física de fluidos de esta semana. Esta imagen muestra el campo de flujo de alta temperatura alrededor de la nave espacial Galileo al ingresar a Júpiter, con la distribución del algoritmo de trazado de rayos visualizado. (Crédito: Luís S. Fernandes)

El grupo recalculó las características de la mezcla de hidrógeno y helio por la que pasó la sonda, como la viscosidad, la conductividad térmica y la difusión de masa, y descubrió que el modelo de transporte Wilke / Blottner / Eucken, que se cita con frecuencia, no pudo modelar con precisión las interacciones entre las moléculas de hidrógeno y helio.

Descubrieron que las propiedades de calentamiento radiativo de las moléculas de hidrógeno desempeñaban un papel importante en el calentamiento adicional que experimentó el escudo térmico de la sonda.

"Los márgenes de ingeniería del escudo térmico incorporado realmente salvaron la nave espacial", dijo Lino da Silva.

Lino da Silva espera que el trabajo ayude a mejorar el diseño futuro de naves espaciales, incluidos los próximos proyectos para explorar Neptuno que probablemente no llegarán a sus destinos hasta después de que se haya retirado.

"En cierto modo, es como construir catedrales o pirámides", dijo. "No puedes ver el trabajo cuando está terminado".

A continuación, Lino da Silva busca validar algunos de los hallazgos simulados mediante la reproducción de condiciones similares en una instalación de tubos de choque diseñada para reproducir flujos de alta velocidad. (Fuente: Instituto Americano de Física)

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