Lorsqu’un atterrisseur descend vers la lune – ou une planète rocheuse, un astéroïde ou une comète – le panache d’échappement de la fusée interagit avec la surface, provoquant une érosion et soulevant des particules de régolithe. La couverture de débris poussiéreux qui en résulte peut créer un effet de baisse de tension dangereux, limitant la visibilité et endommageant potentiellement le vaisseau spatial ou les équipements à proximité.
Dans la revue Physique des fluides,, des chercheurs de l’Université nationale de Chungnam, de l’Université d’Édimbourg, de l’Université nationale de Gyeongsang et de l’Institut coréen d’information scientifique et technologique ont développé un modèle pour décrire l’interaction entre un panache de fusée et la surface d’un corps planétaire dans des conditions de quasi-vide. Les résultats peuvent être utilisés pour évaluer la sécurité et la faisabilité d’un site d’atterrissage proposé et pour optimiser la conception des engins spatiaux et des moteurs de fusée pour les atterrissages planétaires.
« Comprendre l’interaction entre le panache de la fusée et la surface est important pour la sécurité et le succès des missions spatiales en termes de contamination et d’érosion, de précision d’atterrissage, de protection planétaire et de conception technique, ainsi que pour la compréhension scientifique et l’exploration future », a déclaré l’auteur Byoung Jae Kim de l’Université nationale de Chungnam.
Le cadre de calcul prend en compte des informations sur la fusée, ses moteurs, la composition et la topographie de la surface, ainsi que les conditions atmosphériques et les forces gravitationnelles sur le site d’atterrissage.
En considérant l’interaction du gaz avec les particules solides comme un système d’équations, la simulation estime la forme et la taille du panache, la température et la pression du panache et de la surface, et la quantité de matière érodée ou déplacée. Il le fait d’une manière qui est plus efficace en termes de calcul que les méthodes précédentes.
« Notre outil peut simuler le problème d’interaction de la surface du panache au niveau fondamental (par exemple, la formation de modèles d’affouillement et le développement de modèles d’érosion) et pour des applications d’ingénierie pratiques (par exemple, prédire les trajectoires des particules pour éviter d’endommager l’atterrisseur et les sites précédemment établis et planifier la descente /scénarios d’ascension) », a déclaré Kim.
Dans le modèle, de petites particules de régolithe atteignaient des altitudes élevées et provoquaient de graves baisses de tension lors de la montée et de la descente. En revanche, des particules plus grosses avec une hauteur de lit accrue ont conduit à un état de baisse de tension plus favorable.
« Les informations tirées de cette étude des effets de différents paramètres sur l’interaction panache-surface peuvent éclairer le développement de technologies d’atterrissage plus efficaces et efficientes », a déclaré Kim. « L’étude met également en lumière les motifs d’affouillement festonnés qui peuvent être observés sur les surfaces planétaires, ce qui peut fournir des informations précieuses pour les futures enquêtes scientifiques sur les corps planétaires. »
Les chercheurs prévoient d’améliorer les capacités du cadre pour inclure une physique plus complexe, comme les réactions chimiques et les collisions de particules solides. Ils pensent que le modèle peut être appliqué à d’autres scénarios physiques, y compris les systèmes d’administration de médicaments sans aiguille.
Plus d’information:
Omid Ejtehadi et al, Approche du continuum complet pour simuler l’interaction panache-surface dans les atterrissages planétaires, Physique des fluides (2023). DOI : 10.1063/5.0143398