大気圏突入のための設計貿易空間に関する調査

大気の濃いところ飛び込む前に減速したほうが表面温度が抑えられて良い。打ち上げ時にコンパクトに畳んで惑星到着時に広げれるように膨張型一択だと思ってたら。ハードタイプもあるらしい。以下、機械翻訳。
大気圏突入のための設計貿易空間に関する調査 降下および着陸ミッション
概要
惑星探査の歴史、大気圏突入探査機
探査機や着陸船を金星、火星、木星に運ぶために使用されてきました。
巨人。 エントリービークルは科学的探査を進めるためのツールですが、
現場探査を行う探査機や着陸船を届けることで、
参入車両と軌道の設計自体は非常に興味深いものです。
大気圏に突入すると車両は減速し、
車両が耐久性を発揮するために耐えなければならない空気力学的な暖房負荷。
探査機や着陸船は大気圏に入る。 遭遇した条件
目的地、大気圏突入速度、車両によって異なります。
タイプ、弾道係数、車両の形状、および進入飛行経路
角度。 運転上の制約は、ピーク空力減速度、ピーク
熱速度、および臨界段階で発生する総熱負荷
エントリ。 木星は最も極端な突入条件を示しますが、タイタンは
最も穏やかな侵入環境を提供します。 この研究は次の調査を示しています。
太陽を越える大気圏突入ミッションのための設計貿易空間
カーペット プロットを使用したシステムと、歴史的なミッションからのベンチマーク、
これは、将来のミッションを設計する際の有用な参考として役立ちます。
キーワード: 大気圏突入、貿易空間、車両デザイン、カーペットプロット
I.はじめに
惑星探査の歴史を通じて、大気圏突入機は探査機や探査機を運ぶために使用されてきました。
金星、火星、木星、タイタンに着陸します。 サンプルリターンミッションでは、地球に侵入するための侵入車両も使用されています。
雰囲気。 大気探査機と着陸船は、不可能なその場での測定を行うことができました。
それ以外の場合は、太陽系の起源と進化を理解する上で非常に重要です [1]。 一方、
エントリービークルは、科学探査を推進するためのツールであり、探査機や着陸船、探査車などの機能を提供します。
現場探査、進入車両および軌道設計自体は、工学的に非常に興味深いものです [2]。 を入力すると、
大気により、車両は減速および空力加熱負荷にさらされますが、これらの負荷に車両は耐えなければなりません。
探査機や着陸船を大気圏内に送り込みます。 遭遇する状況は目的地の状況に大きく依存します
重力井戸、大気の構造、組成 [3]。 他の要因には、大気に対する相対的な突入速度が含まれます。
車両のタイプ、弾道係数（質量対面積比）、車両の形状（コーンの角度と鈍さ、つまりノーズ）
半径）、および進入飛行経路の角度（急な対浅い）。 エントリー車両の目的は科学を提供することです
機器が測定できる条件の大気圏内のペイロードまたは着陸機
ソフトランディングができる。 エントリー車両の設計に利用できる主要な設計変数は、弾道係数、
車両の形状、進入飛行経路の角度、および進入速度[4]。 エントリ用の 2 つの一般的な構成
車両の設計を図 1 に示します。Pioneer Venus や Galileo エントリーなどの従来の硬質エアロシェル
プローブは高い弾道係数を持っています。 ADEPT などの展開可能なエアロシェルには大きな抗力領域があるため、
弾道係数が低い。 運転上の制約は、ピーク空力減速度、ピーク熱率、および合計です。
参入の重要な段階で発生する熱負荷。 ピーク減速度は車両の構造設計を推進し、
減速荷重に耐える認定が必要な、持ち運び可能な科学機器も同様です。
ピークよどみ点の熱速度により、使用できる熱保護システム (TPS) 材料の選択が決まります。
TPS 材料は通常、地上での熱速度とよどみ圧力の組み合わせに耐えるのに適しています。
アークジェット施設。 総熱負荷は TPS の質量分率を左右するため、TPS の質量を維持するには最小限に抑える必要があります。
割合が低く、妥当な積載量の質量割合が許容されます。 従来、参入車両の設計取引スペースは分析されていました。
「カーペットプロット」を使用して、減速度、熱速度、熱負荷を車両の弾道の関数として表示します。
係数、進入速度、進入飛行経路角度。 この研究は、次のようなデザイン貿易空間の調査を示しています。
歴史的なベンチマークとともに、カーペットプロットを使用した太陽系全域の大気圏突入ミッション
これは、将来の突入探査機や着陸船ミッションのコンセプトを設計するための有用な参考資料として役立ちます。


図 1. (左) Galileo エントリープローブ。 (右) 展開可能な ADEPT エントリー システム (Austin et al. [9])
車両弾道係数 (ベータ) は、エントリー車両にとって最も重要な設計パラメータの 1 つです。 全て
これまでに飛行した惑星突入機は、最近の準軌道飛行を除いて、硬質エアロシェルであった。
地球での展開可能および膨張可能な空力減速機のテスト。 高い弾道係数により、車両は次のような影響を受けます。
弾道係数の低い車両よりも減速率と加熱率が高くなります。 パイオニアなどのリジッドエアロシェル
金星探査機やガリレオ探査機の弾道係数は、~100 kg/m^2 の範囲です。
、一方、展開可能な低弾道
ADEPT などのエアロシェルの係数は、~10 kg/m^2 の範囲に収まります。
。 弾道係数の低い車両は、
大気が薄いため、硬質エアロシェルと比較して、大気圏でははるかに高いところで減速することができます。
減速率と加熱率を低く保ちます。 突入速度は主に惑星の重力井戸によって左右され、より小さな影響を受けます。
惑星間の到着速度による範囲。 エントリ速度が速くなると、エントリ環境の要求も厳しくなります。 ために
例 木星の巨大な重力井戸の結果、ガリレオ探査機は大気相対速度
秒速47kmはこれまでに試みられた最高速度であり、宇宙史上最も困難な大気圏突入だった
探検。 高速で回転する外惑星の場合、順行に入ることで大気と比べて実質的に小さいものになる可能性があります。
逆行進入よりも進入速度が速くなります。 大気の構造と組成が侵入環境に影響を与える
遭遇した。 金星のような短くて厚い大気は、大きな減速と加熱負荷を与えます。 長くて厚い
タイタンなどの大気圏への突入速度の遅さにより、金星に比べてかなり穏やかな条件が可能になります。
進入飛行経路の角度も重要な設計変数です。 浅すぎると車両が衝突する可能性があります
スキップアウトする一方、急に入りすぎると、高い減速とピークヒートレートが発生します。 浅すぎると、
その結果、車両が長時間にわたって暖房にさらされることになり、熱負荷（熱速度の積分）が発生します。
時間）高すぎる。 TPS の質量分率を適切に保つには、総熱負荷を制限する必要があります [5]。
II. 大気圏突入用の設計貿易空間に関する調査
航空捕獲と突入の迅速な概念設計のために設計された航空捕獲ミッション分析ツール (AMAT)
ミッションは、貿易空間調査のカーペット プロットを生成するために使用されます [6、7]。 選択した弾道係数と
グラフは、突入飛行経路角度 (EFPA) と大気圏相対突入速度の関数として、ピーク減速度、ピーク熱速度、総熱負荷を示しています。 図2 は、金星参入の貿易空間を示しています。
パイオニア ヴィーナスなどの硬質エアロシェル。 車両設計パラメータは、Pioneer Venus エアロシェルから選択されます。
(ベータ = 190 kg/m^2、ノーズ半径 RN = 0.19 m)。 前に説明したように、減速とヒートレートの両方が増加します。
EFPA が急勾配になり、進入速度が増加します。 総熱負荷も進入速度とともに増加します。 ただし、同じことに対して、
進入速度に応じて、総熱負荷は急な進入に比べて浅い進入の方が高くなります。 金星は特に
短く厚い大気のため、入国するのに厳しい目的地です。 4 つの Pioneer Venus (PV) エントリー プローブは次のとおりです。
参考のために図2 で強調表示されています。 たとえば、PV Small North 探査機は -68.74 度で進入し、
450gを超える減速度とほぼ7000 W/cm^2のピーク熱量
。 たくさん入ったPV Small Dayプローブ
-25 度でより浅く、北探査機（225g、3500 W/cm^2）ほど極端な条件に遭遇しませんでした。
）、それでもかなりだった
要求が厳しい。 図2 は、硬質エアロシェルによる金星突入は、数百秒の減速を伴う非常に厳しいものであることを示しています。
g、熱速度 (1000 W/cm^2)、および 15 ～ 30 kJ/cm^2 の範囲の熱負荷。


図 2. 硬質エアロシェルによる金星突入の貿易空間 (ベータ = 190 kg/m^2)。

Ⅲ． 結論
この研究は、太陽系全体の大気圏突入ミッションのための設計貿易空間の調査を提示しました。
カーペットプロットを使用します。 過去の金星突入ミッションでは、熱負荷を制限するために硬いエアロシェルと急な突入が使用されてきましたが、
非常に高い減速とピークヒートレートにさらされました。 展開可能な低弾道係数システムは、
将来の金星突入ミッションの有望な代替手段となる。 金星の大気圏突入環境は地球ほど厳しくなく、
火星への突入環境は地球よりもはるかに厳しいものではありません。 木星は極端な環境を提供します
巨大な重力井戸のため、非常に速い進入速度で進入できます。 土星の突入は大きな影響を及ぼします
土星よりも厳しい環境はなく、金星に匹敵します。 タイタンは重力が低いため、突入速度が遅くなり、
そして厚く広がった大気が結果として減速速度と加熱速度が遅くなり、天王星と海王星の突入も結果として起こる
高い進入速度と高い空気熱負荷では、既存の熱保護システムの能力の範囲内です
材料。 この研究で提示された貿易空間のカーペット プロットは、歴史的ミッションからのベンチマークとともに、
これは、太陽系全域での将来の突入探査機や着陸船ミッションのコンセプトを設計するための有用な参考資料として役立ちます。