Математическая модель СПбГУ поможет безопасно сажать аппараты на Марс

Фото из открытых источников

Исследователи Санкт-Петербургского государственного университета разработали математическую модель, которая позволяет глубже понять поведение ударных волн в атмосфере Марса. Об этом, как пишет ТАСС, сообщает пресс-служба вуза. Работа направлена на повышение точности расчетов тепловых нагрузок, которым подвергаются спускаемые космические аппараты при входе в марсианскую атмосферу.

В основе новой модели лежит анализ микроскопических процессов, таких как столкновения молекул и механизмы колебательной релаксации угарного газа (CO). Модель учитывает неравновесный характер газовой смеси, в том числе диффузию и теплоперенос, возникающие при высокоскоростном движении. Исследование особенно актуально для условий гиперзвукового полета, при котором происходят сильные изменения температуры и давления.

Атмосфера Марса почти полностью состоит из углекислого газа. Во время входа в неё космического аппарата на высокой скорости образуются ударные волны, сопровождающиеся резким нагревом воздуха. Это создает значительные тепловые потоки, которые необходимо учитывать при проектировании теплозащитных покрытий.

Специалисты СПбГУ сконцентрировались на смеси CO и инертного газа — например, гелия — чтобы более точно смоделировать происходящие явления. Применив кинетическую теорию неравновесных процессов, они выявили, что диффузия играет ключевую роль в теплопередаче. Без ее учета тепловой поток, рассчитанный по традиционным моделям, оказывается занижен почти в два раза.

Чтобы реализовать свою модель, ученые создали уникальный численный код, не прибегая к сторонним программным решениям. Это позволило им достичь высокой точности в расчетах структуры ударных волн. Разработка охватывает весь цикл — от теоретической базы до расчетной реализации, что делает её полностью независимой от внешних источников.

Новая модель не только уточняет тепловые параметры при входе в атмосферу, но и способствует безопасному проектированию будущих миссий на Марс. Чем точнее удастся спрогнозировать тепловую нагрузку, тем эффективнее можно спроектировать теплозащиту аппаратов. Особенно важно это при подготовке к пилотируемым экспедициям, где допустимая погрешность минимальна.

Ученые уверены, что их модель найдет применение в аэрокосмической отрасли. Это позволит не только снизить риск перегрева аппаратов, но и повысит точность миссий по доставке научного оборудования и, в перспективе, людей на Красную планету.