Вчені змоделювали, що може бути, якщо зануритися в Уран

Використовуючи високотемпературний плазмовий тунель, вчені з’ясували, як це може бути, поринути в глибини Урана. Звичайно, ми знаємо, що це буде смердюче; але є й інші міркування, які необхідно брати до уваги при проєктуванні зонда, здатного витримати суворі умови. Тому вчені змоделювали атмосферні умови далекого крижаного гіганта Сонячної системи та його майже близнюка Нептуна перед місіями на дві планети, які одного дня можуть відбутися.

«Проблема полягає в тому, що будь-який зонд буде піддаватися впливу високих тисків і температур, і, отже, вимагатиме високоефективної системи теплового захисту, щоб витримати його входження в атмосферу протягом корисного періоду часу», — пояснює інженер з аеротермодинаміки Луї Волпот з Європейського космічного агентства.

«Щоб розпочати розробку такої системи, нам потрібно спочатку адаптувати поточні європейські випробувальні засоби, щоб відтворити атмосферний склад і швидкість».

Дослідження нашої Сонячної системи далекі від завершення. Ми добре дослідили Марс і зонди навколо Сатурна та Юпітера, які революціонізували наше розуміння газових гігантів. Ми відправили космічний корабель, щоб перевірити Меркурій і Венеру. Але найкращим оглядом Урана і Нептуна була хвиля, що пройшла в 1980-х роках з «Вояджера-2».

Отже, ми багато чого не знаємо про дві таємничі зовнішні планети. І вчені з NASA та ESA посилюють тиск, щоб відправити місію, щоб ми могли почати заповнювати деякі з цих кричущих прогалин у знаннях.

Два крижаних гіганти дуже схожі один на одного, але є деякі інтригуючі відмінності, наприклад різниця в їх відтінках через те, як розподіляються гази в їхній атмосфері. Крім того, їхні атмосфери дуже відрізняються від атмосфер Сатурна та Юпітера, тому останній не можна використовувати як аналог для розуміння того, як ці відмінності відбуваються.

Єдине, що вчені хотіли б зробити, це відправити атмосферні зонди, подібні до атмосферного зонда, який перевозить місія NASA Galileo на Юпітер, щоб вивчити атмосферу крижаних гігантів зсередини. Але для того, щоб проводити вимірювання та передавати дані додому на Землю, такі зонди повинні будуть витримувати умови, в які їх відправляють. Такий зонд рухатиметься зі швидкістю до 23 кілометрів (14,3 милі) за секунду, що призведе до високих температур, коли він падає крізь атмосфери планет.

Отже, міжнародна група вчених із Великої Британії, Європейського космічного агентства та Німеччини створила субмасштабний вхідний зонд, подібний до зонда Galileo, і використала два різні засоби для повторення умов: тунель T6 Stalker, гіперзвуковий плазмовий комплекс в Оксфорді. Університет у Великій Британії та плазмові аеродинамічні труби групи діагностики високоентальпійного потоку Університету Штутгарта.

Вони створили атмосферні аналоги, використовуючи суміші газів, подібні до тих, що знаходяться на Нептуні та Урані, і піддали свій зонд еквівалентній швидкості до 19 кілометрів на секунду. Потім зонд виміряв конвективний тепловий потік через його поверхню. «Тунель [Stalker] здатний вимірювати як конвекцію, так і радіаційний потік тепла, а також критично забезпечувати необхідні швидкості потоку для відтворення входу крижаного гіганта зі слідами CH 4[метану]», — пояснює Волпот.

«Сам тунель працює за допомогою вільного поршневого драйвера, який можна з’єднати з декількома різними компонентами нижче за течією, щоб стати ударною трубкою, відбитим ударним тунелем або розширювальною трубкою. Ця адаптивність дозволяє проводити широкий спектр випробувань від тестування субмасштабного моделювання до дослідження основних процесів високошвидкісного потоку».

Тим часом плазмовий тунель у Штутгарті є єдиним у світі об’єктом, який може створити умови, необхідні для вивчення впливу абляції та піролізу на екранування космічних кораблів. Тепер, коли експерименти успішно проведені, дослідники можуть використовувати отриману інформацію для розробки датчиків, які вимірюватимуть атмосферу крижаних гігантів, коли вони занурюються в таємничі глибини Урану. Джерело