ESA

外側のガス惑星である木星と土星、特に外側の氷の巨人である天王星と海王星は、優先度の高い探査ミッションの目標として長い間認識されてきました。 これらの冷たく高密度の天体は、太陽系で見つかった他の惑星とは異なり、最後に探査され、最も理解されていない惑星です。 その大気は主に水素 (H2)、ヘリウム (He) で構成されており、海王星の場合は微量のメタン (CH4) が含まれています。 これらの氷の巨大天体の 1 つまたは複数へのミッションは、太陽系やその他の系外惑星系の形成と進化についての理解をさらに進めることに大きく貢献するでしょう。 ESA は、そのような将来のミッションに向けて、外側の巨大な氷とガスの惑星への高速突入のための空気熱力学試験技術を準備しています。

氷の巨人の科学的メリットは、NASA の 2023 ～ 2032 年の惑星科学 10 年調査および ESA 航海 2050 プログラムの中で国際的に推奨されています。 氷の巨人のいずれかへの現場計測器を備えた大気探査機は、優先度の高いミッションとしてマークされており、ESA (M) 中クラスの科学ミッションの範囲内で構想される可能性があります。

2019年に実施された2件のESA CDF研究では、天王星または海王星と巨大ガス惑星土星へのNASA主導のミッションに対するESAの潜在的な貢献を調査した。 ESAがホイヘンス探査機を提供したカッシーニ・ホイヘンス計画のパートナーシップと同様に、このミッションはヨーロッパの惑星科学コミュニティ全体に重大な影響を与えるだろう。 2030年代初頭には、木星のスイングバイによって複数の惑星へのアクセスが可能となる打ち上げの可能性が存在する。 最近、NASAの惑星科学者らも、天王星へのミッションが将来の優先的な機会であると表明した。

ミッションを検討する前に、巨大氷の突入時の大気熱環境を理解するためにさらなる調査が必要です。 降下中の宇宙船は、天王星や海王星のミッションでは約 23 km/s、土星の場合は約 27 km/s の突入速度で寒くて濃い大気中に突入するため、激しい加熱にさらされることになります。 宇宙船の熱保護システムは、貴重なペイロードを極端な加熱の影響から保護する必要があります。 この加熱速度は、ESAが現在行っているどのミッションよりも桁違いに大きいだろう。 「この活動の目的は、現在の地上施設を地上試験施設の探査機で関連する H2/He/CH4 大気状態をシミュレートするために適応させることでしたが、ヨーロッパではまだ利用可能ではなく、H2/He をシミュレートするためのプラズマ施設も存在しませんでした」 /CH4 環境」と、この活動の技術責任者である Louis Walpot 氏は説明します。

ドイツ、イギリス、ESA GSTP が資金提供したリスク回避活動を組み合わせた活動を通じて、シュツットガルト大学宇宙システム研究所 (IRS) の高エンタルピー流診断グループ (HEFDiG) とオックスフォード大学の極超音速グループは、それぞれの地上試験施設を適応させました。 。

オックスフォード大学にあるオックスフォード T6 ストーカー トンネルは、高速空気熱力学的ガス放射ダイナミクスをシミュレートし、代表的な H2/He/CH4 環境における対流熱流束を調査しました。 これはヨーロッパ最速の風洞施設であり、故レイ・ストーカー教授の設計に基づいた極超音速、マルチモード、空気熱力学試験施設を備えています。

「このトンネルは対流と放射熱流束の両方を測定することができ、CH4 の痕跡を伴う巨大な氷の侵入の再現に必要な流速を決定的に提供します。 トンネル自体はフリーピストンドライバーで動作し、下流のいくつかの異なるコンポーネントに結合して、ショックチューブ、反射ショックトンネル、または膨張チューブにすることができます。 この適応性により、サブスケール モデリング テストから基本的な高速フロー プロセスの探索まで、幅広いテストが可能になります。」と Louis Walpot 氏は付け加えます。

同様に、アブレーターのガス表面相互作用は、IRS のプラズマ風洞施設 PWK1 で研究されています。 PWK1 は現在、宇宙船の熱保護システムにおける熱分解とアブレーションの相互作用を研究するために必要な水素機能を備えた世界で唯一のプラズマ施設です。