Numerical investigation of the influence of the "ExoMars" spacecraft propulsion system jets on erosion of the Mars surface
The paper presents results of mathematical modeling of the effect caused by supersonic propulsion system jets on the surface of Mars during the descent of the ExoMars module. The action of propulsion system supersonic jets on the Mars surface was investigated numerically using the OpenFOAM software. According to results of the force action of supersonic jets on the Mars surface, the possible erosion of the Mars soil is estimated using Coulomb's law of shearing resistance. The soil model involves empirical constants which were obtained from previous Viking, Pathfinder, and MER space programs. The soil erosion during the landing of the spacecraft on the surface of Mars under the influence of the propulsion system at the maximum and minimum mode for loose, lumpy soil, and sand was investigated. During the numerical research, the distance from which soil erosion begins was revealed. The destructive force of propulsion system supersonic jets is greatest at one meter height and below. At the time of the spacecraft contacts with the surface of Mars at the maximum mode of the propulsion system, erosion of all soil types is possible except for the loose soil; for the minimum mode of the propulsion system, erosion is not observed.
Keywords
космический аппарат «ЭкзоМарс»,
математическое моделирование,
сверхзвуковая струя,
эрозия,
марсианский грунт,
прочность на сдвиг,
SC «ExoMars»,
mathematical modeling,
supersonic jet,
erosion,
Mars,
martian soil,
shear strengthAuthors
Kagenov Anuar Magzhanovich | Tomsk State University | anuar@ftf.tsu.ru |
Всего: 1
References
Хартов В.В., Мартынов М.Б., Лукьянчиков А.В., Алексашкин С.Н. Проектная концепция десантного модуля «ЭкзоМарс-2018», создаваемого НПО им. С.А. Лавочкина // Вестник ФГУП НПО им. С.А. Лавочкина. 2014. № 2 (23). С. 5-12.
Лихачев В.Н., Федотов В.П. Управление движением посадочного модуля космического аппарата «ЭкзоМарс» на этапе его спуска и посадки на поверхность Марса // Вестник ФГУП НПО им. С.А. Лавочкина. 2014. № 2 (23). С. 58-64.
Ваго Хорсе, Лорензони Лейла, Калантропио Фабио, Защиринский А.М. Выбор места посадки для миссии «ЭкзоМарс-2018» // Вестник ФГУП НПО им. С.А. Лавочкина. 2014. № 2 (23). С. 42-46.
Глазунов А.А., Еремин И.В., Кагенов А.М., Кувшинов Н.Е. Численное исследование взаимодействия продуктов сгорания двигателей космических аппаратов с обтекаемыми поверхностями в условиях Марса // Известия высших учебных заведений. Физика. 2014. Т. 57. № 8/2. С. 97-103.
Глазунов А.А., Еремин И.В. Кагенов А.М., Тырышкин И.М. Математическое моделирование взаимодействия продуктов сгорания двигателей КА с обтекаемыми поверхностями // Известия высших учебных заведений. Физика. 2013. Т. 56. № 9/3. С. 57-59.
Глазунов А.А., Еремин И.В. Кагенов А.М., Тырышкин И.М. Применение пакета OpenFOAM для расчетов течений газа в соплах и струях // Известия высших учебных заведений. Физика. 2013. Т. 56. № 9/3. С. 66-68.
Menter F.R. Zonal Two Equation k-ю Turbulence Models for Aerodynamic Flows // AIAA Paper. 1993. 93-2906. P. 1598-1605.
Kryzhanovskii L. Coulomb's friction law and soil failure in a three-dimensional stress-strain state // Hydrotechnical Construction. 1982. V. 16. No. 12. P. 664-674.
OpenFOAM / Официальный сайт OpenFOAM. [Электронный ресурс]. URL: http://openfoam.com (дата обращения 11.01.2016).
Toro E.F. Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics. Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2009. P. 315-344. DOI: 10.1007/b7976-1_10.
Golombek M. P., Huertas A., Marlow J., McGrane B., Klein C., Martinez M., Arvidson R. E., Heet T., Barry L., Seelos K., Adams D., Li W., Matijevic J. R., Parker T., Sizemore H. G., Mellon M., McEwen A. S., Tamppari L. K., Cheng Y. Size-frequency distributions of rocks on the northern plains of Mars with special reference to Phoenix landing surfaces // Journal of Geophysical Research: Planets. 2008. V. 113. Issue E3.